Công nghệ sản xuất Amoniac, Acid Nitric, Đạm

Đề tài:Công nghệ sản xuất Amoniac, Acid Nitric, Đạm. Nhóm 7: MSSV: Võ Tấn Phát: 2096793 Võ Phương Thanh: 2092160 Dương Thúy Duy: 2096781 Lê Ngọc Bích: 2092118 Trần Nguyên Huyền Trân: 2092171 Nội dung trình bày Sơ lược về tính chất vật lý , tính chất hóa học cũng như trạng thái tồn tại tư nhiên của Amoniac, Acid Nitric, Phân đạm. Một số ứng dụng của Amoniac, Acid Nitric và Phân đạm vào đời sống. Quy trình sản xuất và điều chế ở phòng thí nghiệm cũng như ở quy mô công nghiệp I.Amoniac Amoniac đã được ngành giả kim thuật biết đến vào khoảng thế kỉ 13 bởi Albertus Magnus. Nhưng khí amoniac được tinh chế lần đầu tiên bởi Joseph Priestley năm 1774. 11 năm sau ,năm 1785 Clause Louis Berthollet tìm được chính xác cấu trúc của nó. 1070 0,102 nm Sơ đồ cấu tạo của phân tử NH3 1.Cấu tạo, trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý  Cấu tạo: hình tứ diện, có tính chất phân cực, momen lưỡng cực lớn.  Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý - NH3:Thối rửa protit, xác sinh vật và phân giải urê, là sản phẩm phụ trong sản xuất than cốc…. - Tính chất vật lý: Chất khí không màu mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí… T0nc: -77.75oC, TOS:-33.35OC Tan tốt trong nước do tạo liên kết H Dung dịch NH3 đậm đặc thường có nồng độ 25% 2.Tinh chất hóa học : a.Tính bazơ yếu : -Tác dụng với nước : Ion OH- làm cho dung dịch amoniac có tính bazơ -Tác dụng với axit : tạo thành muối amoni -Tác dụng với dung dịch muối :kết tủa hidroxit kim loại Trong các phản ứng hóa học có sự thay đổi số oxi hóa ,số oxi hóa của Nitơ trong amoniac chỉ có thể tăng lên Amoniac có tính khử b.Tính khử Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 (Màu xanh thẫm) 4NH3 (k) + CuCl2 (dd) = [Cu(NH3)4]Cl2 (dd) c.Tạo phức: NH3 có thể tạo thành dung dịch phức với Cu(OH)2 , Zn(OH)2 , AgOH, AgNO3 …do tạo liên kết cho nhận giữa cặp e chưa sử dụng của nguyên tử N với ion kim loại 3.Ứng dụng: NH3 sử dụng chủ yếu sản xuất axit nitric, phân đạm urê, amoni nitrat, amoni sunfat,… Làm chất tẩy rửa. Dd NH3 kết hợp với các axit tạo ra các muối amoni-là nguồn nguyên liệu quý được dùng trong công nghệ chế tạo thức ăn khô,trong y học, trong nông nghiệp. Dùng trong công nghiệp đông lạnh,sản xuất nước đá và bảo quản thực phẩm,…ngoài ra NH3 để điều chế N2H4 làm nguyên liệu cho tên lửa. 4.Sản xuất – điều chế NH3 Trong phòng thí nghiệm: Thủy phân muối Nitrua Mg3N2 (r) + 6H2O (l) = 3Mg(OH)2 (r) + 2NH3 (k) Nhiệt phân muối amoni NH4HCO3 (r) = NH3 (k) + CO2 (k) + H2O (k) Đun sôi dung dịch amoniac hoặc cho vôi bột tác dụng với muối amoni 2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O Để làm khô khí NH3, cho khí đi qua KOH rắn hoặc CaO mới nung. Trong công nghiệp: - Trước đây: CaCN2 + 3H2O = CaCO3 + 2NH3 -Ngày nay: dùng phương pháp Haber Process N2 + 3H2 2NH3 II.Acid nitric Công thức HNO3: Cấu tạo không gian: Sự tổng hợp axít nitric đã được ghi nhận lần đầu vào khoảng năm 800 TCN bởi một nhà giả kim người Ả Rập tên là Jabir ibn Hayyan 1.Tính chất: a.Tính chất vật lý: Chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí. Dung dịch có màu vàng vì bị phân hủy một phần bởi ánh sáng hay nhiệt độ cao. TS=860C ,hóa rắn thành dạng tinh thể ở - 410C, tan mạnh trong nước (D=1,4g/cm3) b . Tính chất hóa học: HNO3 là chất oxi hóa mạnh. Tác dụng tất cả các kim loại ( - Pt, Au, Ro…) tạo ra các sản phẩm khử khác nhau của Ni-tơ.Kim loại bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao nhất. Cu + 4 HNO3 đ = Cu(NO3)2+ 2NO2 + 2H2O HNO3 đ,n làm thụ động hóa Al, Fe, Cr =>có thể dùng bình Al để đựng HNO3đ Khi đun nóng acid HNO3 có thể oxi hóa các phi kim S, C, P… 4HNO3+ C= CO2+ 4NO2 + 2H2O HNO3 đặc oxi hoá nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ. Phá hủy các hợp chất hữu cơ (bông, giấy, vải, mùn cưa, dầu thông…) Hỗn hợp HNO3,HCl tỉ lệ (1:3) gọi là nước cường toan (cường thủy) có tính oxi hóa mạnh có thể hoà tan Au,Pt… Au + HNO3 + 3HCl = NO + 2H2O + AuCl3 2. Sản xuất Acid Nitric Các phương pháp sản xuất HNO3 Đầu TK 20 dùng phương pháp hồ quang điện (N2 +02 KK ở nhiệt độ cao). Phương pháp này tốn nhiều điện năng  từ khi tổng hợp được NH3 dùng: PP oxi hoá NH3 (3gđ) Đầu thế kỷ 17 : H2SO4 đđ + KNO3 (diêm tiêu) = KHSO4 + HNO3 về sau nguồn nguyên liệu quặng nitơrat trong thiên nhiên không phổ biến. -Giai đoạn 1: oxi hoá NH3 thành NO ( PP tiếp xúc) Tuỳ điều kiện và chất phản ứng mà xảy ra theo các phản ứng (1) (2) (3): một chiều, đồng thể, toả nhiệt  TPSP phụ thuộc vào tốc độ các phản ứng. Vậy để sản xuất HNO3 người ta tìm cách để phản ứng (1) xảy ra với tốc độ nhanh nhất và hạn chế phản ứng (2) (3) với tốc độ nhỏ nhất -Giai đoạn 2: oxi hoá NO thành NO2 2NO + O2  2NO2 Nhiệt độ 1500oC phản ứng thuận nghịch, nhiệt độ > 8000oC sự oxi hoá không xảy ra Nếu trong điều kiện không đủ O2  hh khí ngoài NO2 còn có N2O3, N2O4, NO (N2O4 tạo thành ở nhiệt độ thấp dư O2, 2NO + O2 N2O4) Thực nghiệm cho thấy để đạt hiệu suất NO2, N2O4 cao thì P = 8 – 10atm, to 60 – 62% quá trình xảy ra đồng thời với giai đoạn 2 (1):thiết bị làm sạch kk (H2O hoặc Na2CO3) (2):thiết bị lọc các tạp chất cơ học (3),(9): quạt (4):thiết bị lọc cactong cùng với khí NH3 (5):thiết bị oxi hóa NH3 (6):thiết bị thu hồi (7),(8):tháp làm lạnh (10):tháp hấp thụ Ngoài ra HNO3 còn dùng để : Làm thuốc nổ TNT. Thuốc nhuộm. Dược phẩm … 3.Ứng dụng III.Phân đạm: Phân đạm là tên gọi chung của các loại phân bón vô cơ cung cấp đạm cho cây dưới dạng NO3-,NH4+.Phân đạm kích thích quá trình sinh trưởng, làm tăng tỉ lệ protein thực vật nên phân đạm là chất dinh dưỡng rất cần thiết và rất quan trọng đối với cây - thành phần chính của clorophin, prôtit, các axit amin, các enzym và nhiều loại vitamin trong cây. Có 3 nhóm đạm chính Nhóm đạm amoni: (NH4)2SO4 ,NH4Cl, … Nhóm đạm Nitrat: NaNO3 ,KNO3, NH4NO3, … Nhóm đạm amit: CaCN2 , CO(NH2)2. 1.Nhóm đạm amit Phân Urê CO(NH4)2: Phân urê có 44 – 48% N, chiếm khoảng 59% các loại phân đạm được sản xuất ở các nước trên thế giới.Có 2 loại phân urê: Loại tinh thể màu trắng, hạt tròn, dễ tan trong nước, có nhược điểm là hút ẩm mạnh. Loại có dạng viên nhỏ, có thêm chất chống ẩm nên dễ bảo quản,dễ vận chuyển được dùng nhiều trong sản xuất nông nghiệp. Phân Urê bón thích hợp trên đất chua phèn, được dùng để bón thúc. Trong chăn nuôi, urê được dùng trực tiếp vào khẩu phần thức ăn cho lợn, trâu bò. Phân này cần được bảo quản kỹ trong túi pôliêtilen và không được phơi ra nắng. Bởi vì khi tiếp xúc với không khí và ánh nắng urê rất dễ bị phân huỷ và bay hơi. Điều chế: nguyên liệu chủ yếu từ NH3 và CO2 2NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O CaCN2 chứa 20 – 21% N, 20 – 28% vôi, 9 – 12% C .Phân này có dạng bột không có tinh thể, màu xám tro hoặc màu trắng.Vì có than cho nên phân có màu xám đen ,đốt không có mùi khai. Phân này dễ bốc bụi. Khi bám vào da sẽ làm hỏng da, phân bay vào mắt sẽ làm hỏng giác mạc mắt. Thường được dùng để bón lót. Khử được chua, dùng rất tốt ở các loại đất chua. Xianamit Canxi được trộn ủ với phân rác làm cho phân chóng hoai mục. Phân này không được dùng để phun lên lá cây. Điều chế trong lò điện: N2 + CaC2 CaCN2 + C Phân Xianamit Canxi Phân amôn nitrat (NH4NO3): NH4NO3 có chứa 33 – 35% N, chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm trên thế giới. Phân này tồn tại ở dạng tinh thể có màu vàng xám. Dễ chảy nước, dễ tan trong nước, dễ vón cục,bắt lửa và gây nổ, khó bảo quản và khó sử dụng. Là loại phân sinh lý chua. Tuy vậy, đây là loại phân bón quý vì có chứa cả NH4+ và cả NO3-, phân này có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất khác nhau (thuốc lá, bông, mía, ngô…). Được pha thành dung dịch dinh dưỡng để tưới cây trong nhà kính và tưới bón thúc cho nhiều loại rau, cây ăn quả. Điều chế: Sản xuất theo 2 phương pháp: phương pháp bốc hơi và không bốc hơi, ngày nay người ta sử dụng phương pháp bốc hơi: Cơ sở phương pháp bốc hơi: NH3+HNO3 = NH4NO3 ∆HO298=-146,3KJ/mol 2.Nhóm đạm Nitrat Phân đạm Clorua (NH4Cl): Phân này có chứa 24 – 25% N. NH4Cl có dạng tinh thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà. Phân này dễ tan trong nước, ít hút ẩm, không bị vón cục, thường tơi rời nên dễ sử dụng. Là loại phân sinh lý chua. Vì vậy, nên bón kết hợp với lân và các loại phân bón khác. NH4Cl không nên dùng để bón cho thuốc lá, chè, khoai tây, hành, tỏi, bắp cải, vừng, v.v.. Ở các vùng khô hạn, ở các chân đất nhiễm mặn không nên bón phân đạm clorua, vì ở những nơi này trong đất có thể tích luỹ nhiều clo, dễ làm cho cây bị ngộ độc. 3.Nhóm đạm amoni Điều chế: -Phương pháp amoniac hóa: (sản xuất từ nước lọc của quá trình sản xuất Na2CO3). NaCl + NH3 + H20 + CO2 = NH4Cl + NaHCO3 (1) (cho dd NaCl bảo hòa vào dd NH3 20% sau đó dẫn khí CO2 vào dd kk NaHCO3 ít tan, lọc tách ) NaHCO3 = Na2CO3 + H20 + CO2 CO2 tạo thành quay lại phản ứng (1) dd sau (1) là nước ót gồm NH4Cl, NH4HCO3, (NH4)2CO3, NaCl Đun nhẹ (NH4)2CO3 NH3 + H20 + CO2 NH4HCO3 Quay lại phản ứng(1) -Phương pháp trung hòa: NH3 + HCl = NH4Cl Phân sunphat đạm (NH4)2SO4 (còn gọi là phân SA): (NH4)2SO4 có chứa: 20 – 21% N, 29% S. Dạng tinh thể, mịn, màu trắng ngà hoặc xám xanh, có mùi nước tiểu (mùi amôniac), vị mặn và hơi chua, dễ tan trong nước, thường ở trạng thái tơi rời nên dễ bảo quản, dễ sử dụng. (NH4)2SO4 là loại phân bón tốt vì có cả N và S là hai chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây. (NH4)2SO4 là loại phân có tác dụng nhanh, đối với cây trồng, cho nên thường được dùng để bón thúc và bón thành nhiều lần để tránh mất đạm. Khi bón cho cây con cần chú ý vì phân này dễ gây cháy lá. Không nên sử dụng phân này để bón trên đất phèn, vì dễ làm chua thêm đất. Điều chế: (NH4)2SO4 là một trong những sản phẩm phụ của nhà máy luyện than cốc 2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 ∆HO298=-280 KJ/mol Ngoài ra con có một số loại đạm khác như: phân phôtphat đạm (còn gọi là phốt phátamôn): Là loại phân vừa có đạm 16%, vừa có lân 20%,ở dạng viên, màu xám tro hoặc trắng, dễ chảy nước =>thường được sản xuất dưới dạng viên và đựng trong các bao nilông. Phân được dùng để bón lót, bón thúc đều tốt. Thường dùng thích hợp ở đất nhiễm mặn vì không làm tăng độ mặn, độ chua. Phân có tỷ lệ đạm hơi thấp so với lân, cho nên cần bón phối hợp với các loại phân đạm khác, nhất là khi bón cho các loại cây cần nhiều đạm.