Công nghệ tổng hợp vô cơ cơ bản

- Nitơ được dùng để tổng hợp Amôniac, canxi xyanamit, làm môi trường trơ trong nhiều quá trình sản xuất.- Oxi làm tác nhân oxi hóa, nhiên liệu, chuyển hóa các Hydro Cacbon dùng trong y tế và các ngành kinh tế khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ tổng hợp vô cơ cơ bản Phần: CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP VÔ CƠ CƠ BẢN.BÀI 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NITƠ, HYDRO VÀ OXI****** I. KHÁI NIỆM CHUNG II. ĐIỀU CHẾ NITƠ VÀ OXI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LỎNG KHÔNG KHÍ 1. Hóa lỏng khí bằng làm lạnh thâm độ. 2. Chưng không khí lỏng 3. Các hệ thống điều chế Oxi và NitơIII. ĐIỀU CHẾ HYDRO 1. Phương pháp làm lạnh thâm độ khí cốc 2. Phương pháp chuyển hóa mêtan với chất oxi hoá là hơi nước hoặc oxi. Nguồn nguyên liệu là khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và khí cốc I. Khái niệm chung: - Nitơ được dùng để tổng hợp Amôniac, canxi xyanamit, làm môi trường trơtrong nhiều quá trình sản xuất. - Oxi làm tác nhân oxi hóa, nhiên liệu, chuyển hóa các Hydro Cacbon dùngtrong y tế và các ngành kinh tế khác. - Hydro được dùng để tổng hợp Amôniac, thực hiện quá trình Hydrat hóa (nhiên liệu, chất béo, trong công nghiệp tổng hợp chất hữu cơ), cắt kim loại. Trong công nghiệp N,H,O được sản xuất bằng phương pháp hóa lỏng các hỗnhợp khí ( không khí, khí cốc...) rồi chưng phân đoạn hoặc bằng phương pháp ngưng tụphân đoạn. II. Ðiều chế Nitơ và oxi bằng phương pháp hóa lỏng không khí: Ðiều chế N,O từ hỗn hợp khí bằng phương pháp làm lạnh thâm độ được thựchiện theo 2 giai đoạn nối tiếp: - Hóa lỏng hỗn hợp khí bằng làm lạnh thâm độ. - Chưng phân đoạn sản phẩm lỏng thu được. 1. Hóa lỏng khí bằng làm lạnh thâm TOP độ: Dưới đây ta xét sơ đồ nguyên lý các chu trình thường dùng để hóa lỏng khôngkhí: a) Chu trình tiết lưu có làm lạnh bằng amôniac: Không khí nén trong cụm máy nén (1) có p = 1 atm → 200 atm rồi đưa vàothiết bị làm lạnh (2) để làm lạnh bằng nước đến t° = 18°C → 20°C, rồi qua thiết bịtruyền nhiệt trung gian (3) và thiết bị làm lạnh bằng amôniac (4) là thiết bị truyền nhiệtchính (5) đến t° = -50°C, qua van tiết lưu (6) thì một phần không khí hóa lỏng. Không khí lạnh không hóa lỏng, được đưa trở lại trong các thiết bị truyền nhiệt(3) và (5). b) Chu trình giãn nở có thực hiện công ra bên ngoài: 2. Chưng không khí lỏng: TOP Quá trình tách bằng phương pháp chưng cất các nguyên tố trong không khílỏng dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của chúng, phương pháp này có thể điềuchế được nitơ và oxi nguyên chất ( từ không khí). Ghi chú: thành phần không khí gồm nhiều nguyên tố thành phần (% thể tích):nitơ: 78,030 %; oxi:20,990 %; Argon: 0,933 %; Cacbonic: 0,030 %; Hydro: 0,01 %. Ngoài ra còn hơi nước, bụi, các thành phần không ổn định. Chưng không khí lỏng được thực hiện trong tháp chưng hai cột. Tháp chưng gồm 3 phần: - Dưới cùng là cột chưng dưới (1), làm việc ở p = 6 atm. - Trên cùng là cột chưng trên (2) làm việc ở p = 1 atm. - Giữa 2 cột là thiết bị ngưng tụ bốc hơi kiểu ống chùm (3). Thiết bị ngưng tụ - bốc hơi này có nắp đậy ở phía trên, bên trong của hệ thốngống chùm thông với cột chưng (1) làm nhiệm vụ thiết bị ngưng nitơ, còn không gianngoài ống chùm thông với cột chưng (2) làm nhiệm vụ thiết bị bốc hơi oxi. Không khí nén ở p = 50 → 100 atm đã làm lạnh được đưa vào ruột gà (4) củathiết bị bốc hơi không khí lỏng (5) thuộc cột chưng (1) sau đó qua tiết lưu (6), áp suấtgiảm đến 6 atm. Toàn bộ hỗn hợp được đưa vào phần dưới cột (1). Trong quá trìnhchưng trong cột (1), hàm lượng nitơ ở các đĩa phía trên ngày càng cao và lên đến cácống chùm của thiết bị ngưng tụ - bốc hơi (3), hầu như chỉ còn nitơ nguyên chất. Nitơ truyền nhiệt cho không khí lỏng ở ngoài ống chùm và ngưng tụ. Một phầnđọng lại trong các túi (7), còn một phần theo các đĩa chảy xuống phía dưới, tạo điềukiện cho cột chưng (1) làm việc liên tục. Ở cột (1) là không khí lỏng giàu oxi (khoảng 30 → 40%). Hỗn hợp không khí lỏng này được đưa qua tiết lưu (8) giảm áp suất xuống ápsuất khí quyển rồi đưa vào giữa cột chưng (2) để chưng đến oxi gần nguyên chất. Nitơ lỏng ở (7) qua tiết lưu (9) vào phía tiêu cột (2) để chưng liên tục. Trongquá trình chưng ở cột (2) được nitơ nguyên chất lấy ra ở đỉnh tháp. Ở không gian ngoài ống chùm ngưng tụ - bốc hơi (3), oxi nhận nhiệt do quátrình ngưng tụ nitơ truyền cho bay hơi và được lấy ra ở phía trên thiết bị (3) dưới dạngkhí nguyên chất. 3. Các hệ thống điều chế nitơ và oxi: TOP Ðiều chế nitơ và oxi bằng phương pháp phân ly không khí chủ yếu dùng: - Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac. - Hệ thống áp suất cao và tháp có thiết bị hoàn nhiệt và máy giãn nở kiểutuabin. Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac sản xuất nitơđạt nồng độ tới 99,9%. Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac sản xuất oxiđạ ...