2.1 Виробництво хімічних речовин

Аміак - безколірний газ з різким характерним запахом, вдвоє псі ший ш повітря, легко зріджується (температура кипіння - 33,4°С). Аміак дуже добре розчиняється у воді (при 20°С в 1 обємі води розчиняється 700 обємів аміаку). Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. При взаємодії аміаку з водою утворюється гідрооксид амонію (NН₄ОН) - слабка основа, котра існує лише у водних розчинах. З кислотами аміак (А) дає відповідні солі амонію. При дії аміаку на солі деяких металів утворюються комплексні сполуки - аміакати. Лужні та лужноземельні елементи реагують з аміаком, утворюючи в залежності від умов нітриди або аміди металів. На каталітичному окисненні аміаку (до окисів азоту) грунтується один з методів виробництва нітратної кислоти. У природі аміак утворюється в процесі розкладання (гниття) нітрогеновмісних органічних речовин. Основний промисловий метод утворення аміаку синтез його в присутності каталізаторів за високої температури та високому тиску з азоту, повітря та водню. Аміак використовується для добування нітратної кислоти та її солей, гідроокису амонію і солей амонію, сечовини, соди за аміачним способом та ін. Аміак застосовується в органічному синтезі як холодоагент, для азотування стилі, у медицині (нашатирний спирт). Азот утворює з воднем декілька спонук, і яких НАЙВАЖЛИВІШОЮ Є аміак.

Структурна формула аміаку (N11,):

У лабораторних умовах аміак виробляють слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном:

2МН₄СІ + Са(ОН)₂ =СаО₂+2ИН_г +Ї2Н₂О.

Аміак, що утворився, висумішують негашеним вапном (СаО), але не хлоридом кальцію або концентрованою сірчаною (сульфатною) кислотою, з якими він вступає в хімічну взаємодію.

Основним промисловим способом утворення аміаку є синтез його з азоту і водню. Реакція екзотермічна і зворотна:

ДГ₂ + ЗЯ₂ о 2Л7/₃ + 92,4 кДж.

Вона протікає тільки в присутності каталізатора - металевого заліза і домішкою оксиду амонію та оксиду калію.

Початкові продукти виробляють: азот - з рідкого повітря, водень - конверсійним способом або з води. Теорія синтезу аміаку з простих речовин складна. Тут тільки вказують оптимальні умови процесу, що ґрунтуються на принципі Ле-Шательє. Оскільки ця реакція екзотермічна, то зниження температури зміщуватиме рівновагу в бік утворення аміаку. Однак при низьких температурах швидкість всіх реакцій мала. Тому синтез аміаку проходить при 450-500°С і в присутності каталізатора. У звязку з тим, що каталізатор прискорює пряму та зворотну реакцію однаково, а підвищення температури зміщує рівновагу ліворуч, то ці умови невигідні для промислового виробництва. Тобто, за принципами Ле-Шательє, для протидії цьому впливу підвищення температури необхідно використовувати високий тиск. Тиск завжди застосовують такий, який витримує матеріал апаратури - до 1000 атм (100 МПа). Негативно впливають на швидкість утворення суміші: сірководень, оксид вуглецю (II), вода та інші сполуки. Вони знижують активність каталізаторів. Тому азото-водневу суміш піддають ретельному очищенню, особливо від сірчаних сполук.

Однак і за цих умов тільки частина азотоводневої суміші перетворюється на аміак. Для більш повного використання початкових речовин утворений аміак зріджують під впливом низьких температур, а нереагуючу частину азотоводневої суміші вдруге направляють до реактора.

Технологічний процес, при якому нереагуючі речовини відділяються від продуктів реакції і знову повертаються в реакційний апарат для повного використання, називається циркуляційним. Завдяки такій циркуляції використання азотоводневої суміші вдається довести до 95%.