Nitrat kislotasini fizik-kimyoviy xususiyatlari va qo‘llanishi

SINTETIK AMMIAKDAN NITRAT KISLOTASI ISHLAB CHIQARISH.

NH₃ dan HNO₃ ishlab chiqarish uch bug‘indan iborat bo‘lib, birinchi bug‘ini NH₃ ni kontaktli ikki pog‘analik oksidlashdir. Bu oksidlashning bir - pog‘ana jarayonida quyidagi ekzotermik reaksiyalar ketishi mumkin:

4NН₃ Q 5О₂ = 4NO Q 6Н₂О Q 907,3 кж (6)
4NН₃ Q 4О₂ = 2N₂O Q 6Н₂О Q 1104,9 кж (7)
4NН₃ Q 3О₂ = 2N₂ Q 6Н₂О Q 1269,1 кж (8)
Bu reaksiyalar amaliyotda qaytmasdir va bularda jarayonni umumiy yo‘nalishi reaksiyalar tezligi nisbatiga bog‘liqdir. Katalizator qo‘llanilmagan taqdirda NН₃ ni oksidlanish reaksiyasi (30.8.) yo‘nalish, ya’ni erkin N₂ bo‘yicha ketadi. Agarda 523 K da marganetsli katalizator qo‘llanilsa (30.7.) reaksiya, ya’ni N₂О kuldiruvchi gaz hosil bo‘ladi. НNO₃ ishlab chiqarish uchun NН₃ ni oksidlanishini NO hosil qilish, ya’ni 1-reaksiya bo‘yicha amalga oshirmoq kerak. Buni esa selektiv maqsadga muvofiq katalizator ishlatish bilan amalga oshiriladi. Bunday katalizator sifatida platina, kobalt, temir, xrom va boshqalar har xil tegishli haroratda ishlatilishi mumkin. Ammo bulardan hozirgi kunga qadar eng aktivi platinali katalizatorlaridir. Ular sanoatda aniqrog‘i kontakt apparatlarida, diametri 0,045-0,090 mm bo‘lgan ingichka simli to‘r sifatida ishlatiladi. Agarda 0,090 mm sim bo‘lsa, 1 sm² to‘rda 1024 dona katakchalar bordir. Odatda bunday katalizatorlar to‘plam - to‘plam sifatida ishlatiladi. Atmosfera bosimida ishlaydigan qurilmalarda 3-4 to‘rdan iborat to‘plam, bosim ishlatiladigan qurilmalarda 15-20 to‘rdan iborat to‘plam ishlatiladi. Izlanishlar ko‘rsatadiki, tarkibida platinadan boshqa elementlari bo‘lgan ktalizatorlar platinadan ham 2,5-3,5 % aktivroq ekan. Amaliyotda hozir 93 % platina, 3 % rodiy va 4 % palladiydan iborat sim to‘rli GIAP - 1 nomli katalizator ishlatiladi. Ammiakni (30.6.) reaksiya bo‘yicha bir pog‘ona oksidlanish tezligi va NO ni chiqishi haroratga, bosimga, О₂ : Н₂ nisbatiga bog‘liqdir. Haroratni oshishi bilan jarayon tezligi ham oshadi va atmosfera bosimi sharoitida eng qulay harorat 973-1073 K (600-800⁰С) dir. Ammo qurilmada (30.1-rasm) bosimni oshishi bilan qulay haroratdan ham biroz ko‘tariladi; agarda R = 0,8 MPa bo‘lsa, harorat 1073-1200 K (800-900⁰С) ni tashkil etadi. Bunday yuqori haroratni bunyod etishda (30.6.) reaksiyaning reaksion issiqlik effektidan foydalanish maqsadga muvofiq bo‘lardiki, chunki oksidlanayotgan jarayonida toza О₂ o‘rniga atmosfera havosi qo‘llanilsa, (21% О₂ Q 79%N₂) va О₂:NH₃ nisbati stexiometrik (О₂:NН₃=1,25) nisbatda bo‘lsa, ammiak havoli aralashmadagi ammiak miqdori 14,4 % ga teng. Ammo NO ni chiqishi О₂:NH₃ nisbatga xom bog‘liq bo‘lib, uni oshishi bilan NO ni chiqishi ham oshadi. Lekin bu vaqtda ammiak havo aralashmasida NH₃ ni miqdori kamayadi: Agarda О₂:NH₃ = 2 bo‘lsa NH₃ nisbatga ham bog‘liq bo‘lib uni oshishi bilan NO ni chiqishi ham oshadi. Lekin bu vaqtda ammiak havo aralashmasida NH₃ ni miqdori kamayadi: О₂:NH_{3 =} 2 bo‘lsa NH₃ ni miqdori 95 % ga teng bo‘ladi, optimal nisbat 1,7 ga teng (30.2-rasm), bunda NH₃ = 12 % bo‘ladi. Bunday holatda ammiak - havo aralashmasini yuqori haroratda bo‘lishini ta’minlash uchun, bu aralashmaning kontakt apparatga kirishidan oldin bir oz qizdirilmoqlik talab qilinadi. Lekin, harorat juda yuqori bo‘lsa 1173 К (900⁰С) dan yuqori bo‘lsa, NO ni chiqimi pasayadi, sababi NO o‘rniga N₂О xosil bo‘la boshlaydi.
Ammiakni oksidlanish jarayonini odatda atmosfera bosimi sharoitida olib boriladi, chunki (30.6.) -reaksiya hajm kengayishi bilan ketayapti: 9 hajmdan 10 hajmga oshayapti. Ammo ayrim qurilmalarda NH₃ ni oksidlanishni 0,7 - 0,9 MPa gacha bosim ostida olib boriladi. Bu albatta oksidlanish jarayonini oshirishga, qurilmalarini ixchamlashtirishga, unumdorlikni, olinadigan НNО₃ ni qo‘yuqligini oshirishga olib keladi. Lekin bosimni oshishi salbiy voqea-oksidlanish jarayonida qo‘llanilayotgan qimmatbaho platina katalizatorini kontakt apparitidan gazlar bilan olib chiqib ketishni ham oshiradi. Agarda atmosfera sharoitida platina olib chiqib ketish 1 t НNО₃ ga hisoblaganda 0,05 ga tashkil etsa, 0,8 MPa da esa
0,2 grammni tashkil etadi, ya’ni deyarli 4 marta oshib ketadi, bu esa НNО₃ aks ta’sir etadi. Platina katalizatori 1,5 yilcha xizmat qiladi. Platina zarrachalarini ushlab qolish uchun qurilmada maxsus filtrlar ishlatiladi. Platina sarfini kamaaytirish uchun hozirgi paytda oksidlanish 2 pog‘onada olib borilayapti: katalizator qatlami yuqorisida 1ғ3 miqdorda platina katalizatori, pastida donador temir - xrom katalizatori 2ғ3 miqdorda ishlatilsa, NН₃ ni 96 % ga qadar NO ga aylanishiga erishish mumkin. NН₃ ni havo aralashmasi katalizatoridan ma’lum (0,3mғsek.)tezlikda o‘tmog‘i kerak. Bu vaqtda aralashmaning platina katalizatori bilan uchrashish vaqti
0,0001-0,0002 sekundga teng buladi. Agarda aralashmaning katalizatordan o‘tish tezligini oshirilsa, bir qism NН₃ oksidlanmay o‘tib ketishi mumkin, u vaqtda elementar N₂ paydo bo‘lib, qurilmani unumdorligi pasayadi va НNО₃ tannarxi oshadi: