Физико-химические основы метода

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты

Производство концентрированной азотной кислоты

Концентрированную азотную кислоту производят прямым синтезом концентрированного NO с кислородом и водой под давлением. Помимо прямого синтеза применяют концентрирование разбавленной HNO₃ путем перегонки ее с концентрированной серной кислотой, выполняющей роль водоотнимающего средства.

Для получения концентрированной азотной кислоты применяют два метода:

1) концентрирование разбавленной азотной кислоты в присутствии водоотнимающих веществ;

2) прямой синтез азотной кислоты при давлении около 5 МПа.

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты основан на получении жидкого тетраоксида азота (N₂O₄) и его взаимодействии с водой и кислородом под давлением.

2N₂O₄ (ж) + 2H₂O (ж) + O₂ (г) = 4HNO₃ (ж) + 59,5 кДж

100% оксид азота (IV) димеризуется в тетраоксид азота уже при температуре 20ºС. Однако нитрозные газы содержат только 11% оксида азота (IV). Увеличить степень превращения оксида азота (IV) в тетраоксид азота можно путём повышения давления в системе. Повышение давления до 5 МПа позволяет увеличить степень превращения оксида азота (IV) в тетраоксид азота до 85%.

Для выделения 100% оксида азота (IV) из нитрозного газа используют способность оксида азота (IV) растворятся в концентрированной азотной кислоте с образованием нитроолеума состава HNO₃∙NO₂.

Для того, чтобы выделить из нитрозных газов 100% оксида азота (IV) для его дальнейшего превращения в жидкий тетраоксид азота прямой синтез концентрированной азотной кислоты реализуется при давлении 5 МПа, температуре 75ºС и избытке тетраоксида азота (25-30%) по отношению к теоретическому количеству. При этом протекает следующая реакция:

3N₂O₄ + 2H₂O = 4 HNO₃+ 2NO + Q

Возможность протекания этой реакции объясняется тем, что:

а) равновесие реакции, благодаря применению избытка жидкого тетрооксида азота (N₂O₄), по отношению к воде, смещено в направлении образования азотной кислоты;

б) выделяющийся оксид азота (II) вследствие повышения давления и наличия большого избытка чистого кислорода быстро окисляется до оксида азота (IV), который снова частично превращается в тетраоксид азота;

в) понижение температуры ускоряет взаимодействие тетраоксида азота с водой.

В системе одновременно протекают две следующие реакции:

2 NO+ O₂ = (2NO₂) = N₂O₄

3N₂O₄ + 2H₂O = 4 HNO₃+ 2NO,

для которых суммарное уравнение реакции будет выглядеть следующим образом:

2N₂O₄ + O₂ + H₂O = 4 HNO₃

Тетраоксид азота, взятый в избытке, после окончания реакции оказывается растворённым в кислоте.

Раствор концентрированной азотной кислоты, содержащий растворённые в ней оксиды азота носит название нитроолеум.