Основы химической технологии и лесопереработки

Контрольные вопросы

1. В чем заключается проблема «связанного азота»?
2. Укажите промышленные методы «связывания» атмосферного азота и сравните их энергоемкость и эффективность.
3. Перечислите основные области использования аммиака и его растворов.
4. Почему аммиачно-воздушные смеси с содержанием аммиака от 0,155 до 0,270 об. дол. Не используется в производстве?
5. Почему в производстве аммиака используется циклическая схема?
6. Почему в производстве аммиака наиболее распространены системы так называемого «среднего» давления?

ПРОИЗВОДСТВО АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Азотная кислота является одной из важнейших минеральных кислот и по объему производства занимает второе место после серной кислоты. Она образует растворимые в воде соли (нитраты), обладает нитрующим и окисляющим действием по отношению к органическим соединениям, в концентрированном виде пассивирует черные металлы. Все это обусловило широкое использование азотной кислоты в народном хозяйстве и оборонной технике.

Безводная азотная кислота (моногидрат HNO₃) представляет бесцветную жидкость с температурой кристаллизации – 41,6⁰С, температурой кипения – 82,6⁰С и плотностью – 1,513 г/см³. Смешивается с водой во всех отношениях.

Температура кипения  водных растворов азотной кислоты  зависит от концентрации. С увеличением  концентрации температура кипения  возрастает, достигая максимума 120,7⁰С при азеотропном составе кислоты 68,4% (мас.), после чего снижается. Это имеет существенное значение для концентрирования азотной кислоты. Безводная азотная кислота малоустойчива термически и разлагается уже при хранении по уравнению:

4HNO₃ « 4NO₂ + 2H₂O + O₂ + DH.

Выделяющийся оксид  азота (IV) растворяется в кислоте и окрашивает ее в желто-оранжевый цвет. Для удаления оксида из кислоты в технологическом процессе ее производства предусмотрена операция «отбелки» кислоты.

При растворении оксида азота (IV) в кислоте образуется соединение состава HNO₃·NO₂ (нитроолеум), являющийся промежуточным продуктом в прямом синтезе азотной кислоты.

Азотная кислота корродирует  и растворяет все металлы кроме  золота, платины, титана, тантала, родия  и иридия, однако в концентрированном виде пассивирует железо и его сплавы.

Применение азотной кислоты

Области применения азотной  кислоты весьма разнообразны. Большая  часть ее (до 75 – 80%) расходуется на производство азотных и комплексных  минеральных удобрений и разнообразных нитратов, 10 – 15% идет на получение взрывчатых веществ и ракетного топлива. Остальное количество потребляется производством красителей, органическим синтезом и в цветной металлургии (травление металлов). На рис. 11 представлено применение азотной кислоты в различных областях народного хозяйства.

Краткий исторический очерк производства

Азотная кислота известна человечеству с VIII века. Она стала первой минеральной кислотой, которую использовали в ремесленной практике. Первое упоминание о ней содержится в трудах арабского ученого Гебера (778 год), указавшем способ получения азотной кислоты перегонкой смеси селитры с квасцами. Получение азотной кислоты нагреванием смеси селитры с квасцами или купоросом было описано итальянским ученым В. Бирингуччо (1540 год) и Г. Агриколой (1556 год). В 1648 году И. Глаубер получил азотную кислоту нагреванием селитры с серной кислотой, а в 1763 году М. В. Ломоносов исследовал и описал этот метод ее получения.

Технология получения  азотной кислоты существенно не менялась до конца XVIII столетия, когда был впервые осуществлен крупномасштабный промышленный способ производства азотной кислоты разложением нитрата натрия концентрированной серной кислотой при 150 – 170⁰С в чугунных ретортах, обогреваемых топочными газами. В последующем применение вакуума позволило снизить температуру процесса до 80 – 100⁰С. Метод получил широкое распространение. Например, в России в