28. Производство азотной кислоты и нитрата аммония

Пром. методы получения разб. HNO3 включают след. стадии: получение NO, окисление его до NO2, абсорбцию NO2 водой, очистку отходящих газов (содержащих в осн. N2) от оксидов азота. Осн. способ получения NO заключается в окислении NH3 кислородом воздуха в присут. катализатора: 4МН3 + 5О2 -> 4NO + 6Н2О + 907,3 кДж. Катализатор-сетка из сплавов Pt (80-95%) с металлами платиновой группы. Абсорбцию NO2 водой (3NO2 + H2O->2HNO3 + NO + + 136,2 кДж/моль) осуществляют в тарельчатых колоннах со значит. межтарелочными объемами.

Конц. азотную кислоту получают двумя осн. способами. Первый заключается в ректификации тройных смесей, содержащих HNO3, воду и к.-л. водоотнимающее в-во, обычно H2SO4 или Mg(NO3)2. В результате получают пары 100%-ной HNO3, к-рые конденсируют, и водные р-ры водоотнимающего агента. Последние упаривают и возвращают в произ-во. Второй способ основан на р-ции: 2N2O4M + + 2Н2О(ж) + О2(г)->4НNO3(ж) + 78,8 кДж ("ж"-жидкость, "г"-газ).

Аммония нитрат обычно получают нейтрализацией 60%-ной HNO3 газообразным NH3 с использованием теплоты р-ции (145 кДж/моль) для упаривания р-ра NH4NO3. Образующийся аммония нитрат гранулируют и обраб-т ПАВ.

30. Производство фосфорных и комплексных удобрений

Фосфор получают восст-ем фосфоритов или апатита коксом в присут. SiO2 в электропечах при 1300-1500 0C по р-ции:4Ca5(PO4)3F + 21SiO2 + 30C =3P4 + 20CaSiO3 + SiF4 + З0СО

Образующиеся пары фосфора конденсируются на охлаждаемой пов-сти в виде белого (желтого) фосфора и собираются под слоем нагретой воды (60 0C). В случае присутствия в шихте оксидов железа в качестве побочного продукта получается феррофос-фор - сплав фосфидов Fe2P и Fe3P.

Красный фосфор получают нагреванием белого без доступа воздуха в течение неск. часов при 375-400 0C.

В пром-сти фосфорную кислоту получают термическим и экстракционным способами.

Термич. способ (позволяет производить наиб. чистую фосфорную кислоту) включает осн. стадии: сжигание (окисление) элементного фосфора в избытке воздуха, гидратацию и абсорбцию полученного P4O10 (см. Фосфора оксиды), конденсацию фосфорной кислоты и улавливание тумана из газовой фазы.

Экстракционный метод получения фосфорной кислоты основан на разложении прир. фосфатов к-тами (в осн. серной, в меньшей степени азотной и незначительно соляной).

Сернокислотное разложение фосфатного сырья - осн. метод получения экстракционной фосфорной кислоты, применяемой для произ-ва конц. фосфорных и комплексных удобрений. Суть метода - извлечение (экстрагирование) P4O10 (обычно используют ф-лу P2O5) в виде H3PO4.

Фосфорные удобрения — минеральные удобрения, кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты. К ним относятся суперфосфат, двойной суперфосфат, аммофос, диаммофос, ортофосфат, метафосфат калия, преципитат, томасшлак, фосфоритная мука, костяная мука и др.

Основным мет-дом получения фосф. удобрений явл-ся химическое разложение фосфатного сырья минерал. к-там, чаще серной. В рез-те сернокисл. перераб-ки получ-т простой суперфосфат и фосф. к-ту, кот. перераб-т в 2-ной суперфосфат, преципиат и слож удобрения..

В основе процесса разлож-я фосфатов азотн. к-той лежит реакц-я: Ca5F(PO4)3 + 10HNO3 = 3H3PO4 + 5 Ca(NO3)2 + HF.

32.Электрохимические производства

Технология э/хим. произв-в рассматрив-т процессы, в кот. осн. реакции проходят в обстановке непосредств.перехода электрич.энергии в химическую без промежут. превращ-я энергии в тепло.

Преимущества э/хим. методов: можно получить достаточно читсые продукты. Недостатки: необход-ть расходования дорогого вида энергии (энергии постоянного тока) и произв-ть затраты на созд-е источников ее получения.

Э/хим методы нашли применения для получения водорода и кислорода, хлора, гидроксида натрия и калия, кислородн. соед-й хлора, для э/синтеза неорган. и органич. в-в, для получения гидроэлектрометаллург-м путем металлов (медь, цинк, никель, кобальт и т.д.), а также металлич. порошков.

На основе электрохим. процессов созданы хим. источники ток - аккумуляторы и гальванич. элементы. Электрохим. реакции проходят в аппаратах – электролизерах. В них через электролиты проходит постоянный ток от анода к катоду. На аноде –окисление. на катоде-восстановление. Доля от общего кол-ва прошедш. электричества, израсх. на данную реакцию, сост-т ее выход по току.

Электродная реакция проходит ч/з след. стадии: 1)подача к электродам в-в, вступающих в реакцию, из элеткролита и отвод от них продуктов р-ции. 2)пермещение электронов между электродами и ионами; 3)вторичные реакции на электродах.

В промышленности электролиз водного раствора хлорида натрия используют для получения хлора, водорода и гидроксида натрия. В наст. время исп-т 2 способа электролиза – диафрагменный и ртутный. При диафрагмен. сп-бе применяют стальной катод, к кот. подают р-р хлорида натрия. Часть хлорида натрия превр-ся в гидроксид натрия, и выд-ся водород. Хлорид натрия выд-т от гидроксида при упаривании. В ртутном электролизе катод из ртути. Ионы натрия, разряжаясь на нем, образ-т натриевую амальгаму. В разлагателе она разлагается водой, образуя водород и р-р гидроксида натрия.

Диафрагменное произв-во включ. след. стадии:

1)приготовление и очистка рассола, 2)электролиз, 3) выпаривание электролитич. щелоков, 4) вывод сульфатов, 5)охлаждение и сушка хлора, 6)охлаждение и сущка водорода. Реакции, протекающ. в диафрагм. электролизере, зависит от материалов и конструкций электролизеров, конц-ии рассола, рН среды, плотности тока, темп-ры и содерж-я кислородсодерж-х ионов.

Чтобы диафрагма выполняла функции, она должна удовл-ть след. требованиям:

- быть плотной и прочной, чтобы обеспечивать полное разделение газовых продуктов и исключ. смещение анолита и католита (Анолит, электролит, соприкасающийся с анодом и отделённый от катода пористой перегородкой — диафрагмой. Католит —электролит, соприкасающийся с катодом и отделённый от анода пористой перегородкой диафрагмой)

- иметь низк. электр. сопротивл-е, чтобы избежать потери в диафр-ме.

- обладать низк. гидравлич. сопротивл-м.

- быть хим. стойкой к к-там и щелочам, чтобы диафрагма работала продолж. срок.

- иметь близкие свойства и однор-ть на всех участках.

Основное требование к материалу анода – наибольш. перенапряж. выдел-ю кислорода, чем хлора. В промышленности аноды изгот-ся из графита.