Азотная кислота.

Чистая азотная кислота HNO —бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно кон­центрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее обра­зуют с 'влагой воздуха мелкие капельки тумана,

Азотная кислота не отличается прочностью. Уже под влиянием света она постепенно разлагается:

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н и- NO .

Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. При описании свойств аммиака было указано, что он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти полное превращение аммиака в оксид азота 2 и воду. Образовавшийся легко переходит в , который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.

В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе платины.

Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют,

Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55, 47 и 45%, а концентрированная—98 и 97%, Концентрированную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную — в цистернах из кислотоупорной стали.

1.2. Физико-химические характеристики основных стадий процесса.

Кристаллизация

Кристаллизация – процесс перехода из раствора (или расплава) в твердое состояние – является широко распространенным методом получения компонентов в чистом виде. Это обусловлено тем, что из-за различной растворимости отдельных веществ и различия из концентраций в исходных растворах всегда можно подобрать такие условия кристаллизации, при которых получается чистый продукт, а нежелательные примеси остаются в маточном растворе.

Характерной особенностью кристаллов является строго определенное расположение атомов, ионов или молекул в узлах кристаллической решетки. От этого зависит симметрия кристаллов, их принадлежность к той или иной кристаллографической системе, а в значительной степени и их внешняя форма. Параметры кристаллической решетки определяются размерами атомов (ионов, молекул), величиной и направлением сил взаимодействия между ними.

Кристаллизация сопровождается явлениями полиморфизма, образования кристаллогидратов, изоморфизма.

Статика кристаллизации.

Статика кристаллизации, как и статика растворения, определяется растворимостью вещества. Раствор, в котором кристалл не может ни расти, ни растворятся, называется насыщенным, а его концентрация – концентрацией насыщения, или растворимостью. Растворы с меньшей концентрацией называют ненасыщенными, а с более высокой – пересыщенными.

Характер изменения растворимости в зависимости от температуры определяется величиной и знаком теплового эффекта – теплотой кристаллизации (растворения). При переходе молекул (атомов, ионов) из раствора в кристалл они становятся менее подвижными и теряют часть своей энергии, которая выделяется в виде теплоты образования кристаллической решетки. С другой стороны, прежде чем включиться в решетку, им необходимо разорвать свои связи с молекулами растворителя, на что затрачивается энергия десольватации (в водных растворах – дегидратации). В зависимости от того, какой из этих процессов характеризуется большей энергией, суммарный тепловой эффект может быть либо положительным, либо отрицательным. В большинстве случаев при кристаллизации тепло выделяется. Но иногда, например, при кристаллизации некоторых безводных сульфатов из водных растворов, тепло, наоборот, поглощается.

В справочниках теплота кристаллизации обычно не приводится. Поэтому при технических расчетах пользуются значениями теплоты растворения, которая практически равна теплоте кристаллизации с обратным знаком.

Методы кристаллизации.

Для осуществления кристаллизации необходимо создать пересыщенное состояние раствора. Наиболее универсальным способом создания пересыщения является удаление растворителя выпариванием. Так как насыщенный раствор кипит при постоянной температуре, то этот метод называют изотермической кристаллизацией. Он является единственным рациональным способом выделения веществ из раствора, если их концентрация насыщения мало уменьшается (NaCl) или увеличивается (Na₂SO₄) при уменьшении температуры. Если же растворимость вещества существенно уменьшается при понижении температуры (CuSO₄ * 5H₂O, KCl, NaNO₃), то кристаллизацию можно осуществить и без удаления растворителя простым охлаждением. Этот метод получил название изогидрической кристаллизации. При самоиспарении горячего концентрированного раствора под вакуумом или в токе газа оба эти метода комбинируются. Пересыщение создается здесь одновременно вследствие и испарения растворителя, и охлаждения раствора.

Помимо этих наиболее распространенных методов кристаллизацию можно вызывать высаливанием, т. е. введением в насыщенный раствор добавок, понижающих растворимость основного вещества или химически связывающих растворитель.

В ряде производств необходимое для кристаллизации пересыщение возникает в результате химической реакции.

Центрифугирование.

Разделение жидких неоднородных систем при помощи центробежной силы может быть проведено либо фильтрованием в фильтрующих центрифугах, либо отстаиванием в отстойных центрифугах или в сепараторах для эмульсий. Основной частью центрифуг является быстро вращающийся барабан: дырчатый, т. е. с отверстиями, покрытый изнутри дренажной сеткой, если необходимо, и фильтровальной тканью у фильтрующих центрифуг, и сплошной, т. е. без отверстий у отстойных центрифуг.

При фильтровании жидкость протекает через пористую перегородку, которая задерживает твердые частицы. Накапливающийся осадок представляет, в отличии от текучего шлама отстойников, неподвижную массу (лепешку) с влажностью 7÷20%. Таким образом, фильтрование всегда дает более полное обезвоживание осадка и более чистую осветленную жидкость (фильтрат), чем отстаивание.

Выбор материала фильтровальных перегородок зависит от размера частиц в пульпе и требуемой чистоты фильтрата, коррозионной активности пульпы, способа фильтрования и т. д. При фильтровании нейтральных и слабощелочных сред чаще применяются хлопчатобумажные ткани (фильтродиагональ, фильтробельтинг), кислых сред – шерстяные ткани (грубошерстные сукна). Благодаря ворсистому строению, ткани способны задерживать частицы, размеры которых меньше размеров пор ткани. В качестве материала для фильтрующих перегородок применяются также металлические сетки, синтетические волокна (капрон, хлорин, нитрон, лавсан), пористая резина, асбестовая и стеклянная ткань и др. При фильтровании пульп, содержащих очень мелкие частицы (менее 1мкм), иногда применяют «намывные» фильтровальные перегородки из бумажной массы, активированного угля, асбеста и др., которые адсорбируют на своей поверхности эти мелкие частицы (или добавляют названные материалы в пульпу).

Сушка.

Обезвоживание материала производится с целью повышения качества готового продукта, предупреждения слеживаемости, удешевление его транспортировки. Обезвоживание топлива, например, повышает его теплотворную способность и температуру горения.

Удаление влаги производится двумя способами: механическим – путем фильтрования, прессования, центрифугирования (однако этим способом нельзя полностью удалить влагу) и тепловым – путем испарение влаги, т. е. сушкой.

Вследствие большой величины теплоты порообразования r (2100 -2500 кДж/кг или 500 – 600 ккал/кг) высушивание, как и выпаривание, является сравнительно дорогой операцией. Поэтому перед сушкой необходимо предварительное, возможно полное, обезвоживание материала более дешевым механическим сбособом.