CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3

ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



Hàm lượng các chất



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



Đơn vị



Loại 1



Loại 2



%



99,9



99,6



%



0,1



0,4



Dầu



mg/l



10



35



Sắt



–



2



Không quy định



Amoniac

Lượng tạp chất tối đa

Hơi ẩm



1.3 Tính chất vật lý của amoniac

–



NH3 tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d < 1 (dung dịch NH 3 25% có

d = 0,91g/cm3). Nếu đun nóng lên đến 100°C thì tất cả NH3 trong dung dịch bay hơi

hết.

–



Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ hơn không khí. Nhiệt độ



tới hạn của amoniac rất cao 405,55°K nên amoniac dễ hóa lỏng. Amoniac hóa lỏng ở

239,75°K và hóa rắn ở 195°K. Amoniac lỏng không màu, ở gần nhiệt độ sôi có hằng

số điện môi



ε



= 22. Amoniac lỏng là dung môi rất tốt cho nhiều muối vô cơ. Các kim



loại kiềm và kiềm thổ hòa tan trong amoniac lỏng. Amoniac lỏng có entapi bốc hơi

lớn, vì vậy được dùng để nạp các máy lạnh.

–



Ở trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt:

0



Phân tử NH3 có cấu tạo hình tháp tam giác với dN–H = 1,015



(σs ) (σx ) (σ y ) (σz )

2



= 10703, tương ứng cấu hình electron như sau:

SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



A



Trang: 6



2



2



và góc hóa trị HNH

2



ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



Do sự lai hóa sp3 của nguyên tử nitơ mà cặp electron hóa trị tự do (ở N) phân bố

trên 1 sp3 được định hướng rõ rệt trong không gian, vì vậy phân tử NH 3 rất dễ cho cặp

electron đó tạo nên liên kết cho – nhận (liên kết phối trí) với các nguyên tử khác và



μ NH3 =1,47D

liên kết có độ phân cực lớn



.



Cặp electron hóa trị tự do và tính phân cực của liên kết N–H tạo nên liên kết

hidro giữa các phân tử NH3, vì vậy NH3 dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan nhiều

÷



trong nước. Ở nhiệt độ thường chỉ cần áp suất 6 7 atm là có thể hóa lỏng nó.



1.4 Tính chất hóa học của amoniac

Cũng do có cặp electron hóa trị tự do và ít bền mà NH 3 có hoạt tính hóa học cao.

Nó có thể cho ba loại phản ứng: phản ứng cộng, phản ứng khử và phản ứng thế, trong

đó đặc trưng hơn cả là phản ứng cộng.

Amoniac bền ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng có xúc tác amoniac tự phân hủy

theo chiều ngược lại của phương trình tổng hợp. Phản ứng ở trạng thái cân bằng xác

định.

Amoniac bị phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại.

Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với ngọn lửa vàng nhạt tạo thành N 2 và

H2O. Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac và oxi có thể nổ:



2NH 3 +



3

O 2 → N 2 + 3H 2O

2



ΔH 0 = - 768,6kJ/mol



Nếu có chất xúc tác là platin hay hợp kim platin – rodi ở 800 – 900 oC thì khí

amoniac bị O2 không khí oxi hóa thành nito oxit:



2NH 3 +



5

O 2 → 2NO + 3H 2O

2



SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



Trang: 7



ΔH 0 = -588kJ/mol



ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



Các chất oxi hóa khác như nước oxy già, axit cromic, kalipemanganat oxi hóa

amoniac một cách dễ dàng.

Khí amoniac và dung dịch cháy trong clo, brom tạo thành N2.

2NH 3 + 3Cl 2 → N 2 + 6HCl



Amoniac cộng hợp được với rất nhiều chất: nước, axit, muối.

Quan trọng nhất là phản ứng cộng với nước. Khi tan trong nước NH 3 tác dụng với

nước theo sơ đồ sau:

NH3 + HOH → NH4+ + OHSự xuất hiện ion OH- tạo nên môi trường bazơ của dung dịch (nhưng là bazơ yếu

vì có hằng số điện li K = 1,8.10-5). Trong dung dịch amoniac luôn có một cân bằng

kép:

NH3 + HOH → NH4OH → NH4+ + OHVì vậy trong dung dịch nước luôn có mùi NH3 và có thể xem không có NH4OH.

Ngay ở trạng thái khí, cũng cho phản ứng cộng với khí HCl tạo thành muối

amoni clorua:

NH3 + HCl = NH4Cl

Ngoài những loại phản ứng cộng như trên đã nói, NH 3 còn cho một loại phản ứng

kết hợp đặc biệt với các muối tạo thành những hợp chất có thành phần giống như các

hydrat gọi là các amoniacat, ví dụ: AgNO 3.2NH3, CuSO4.4NH3…hoặc tạo thành các

hợp chất phức với nhiều muối.

Trong khi đó bản thân NH3 khan lại là một axit rất yếu, có thể mất 1 proton H+

tạo thành anion amid NH2−. Ví dụ cho liti nitrua vào NH3 lỏng người ta nhận được

anion amid (NH2-):

SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



Trang: 8



ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



Li3N(s) + 2 NH3 (l) → 3 Li+(am) + 3 NH2−(am)

Hydro trong NH3 có thể bị các kim loại mạnh đẩy ra và thế chỗ để tạo ra các

nitrua như magie có thể cháy trong NH 3 để tạo magie nitrua Mg3N2. Natri hoặc kali

kim loại nóng có thể tạo ra các nitrua (NaNH2, KNH2) khi tác dụng với NH3.

NH3 bền ở nhiệt độ thường nhưng khi đun nóng lên 300°C nó bắt đầu phân hủy

và ở 600°C nó phân hủy gần như hoàn toàn:

0



600 C

2NH 3 

→ N 2 + 3H 2



H2 tạo thành làm cho NH3 nóng có tính khử mạnh.

N3- có thể bị oxy hóa lên các trạng thái oxy hóa cao hơn của nitơ, đặc biệt là dễ bị

oxy hóa lên N0 (N2) và N2+ (NO).

Các chất oxy hóa như CuO, nước javen oxy hóa được NH3 thành N2:



3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H 2O + N 2 ↑

Phản ứng này được dùng để khử sạch lớp oxit kim loại trên bề mặt kim loại khi

hàn.

Các nguyên tử hydro của amoniac có thể được thay thế bằng các nguyên tử kim



loại. Phản ứng giữa amoniac và kim loại hình thành các hợp chất amidua (



imidua (



M (I)

2 NH



) và nitrua (



M 3(I) N



),



) trong số các amidua, phổ biến nhất là amidua của



kim loại kiềm và kiềm thổ.

Ví dụ: Ở 3500C, natri tác dụng với NH3 cho amiđua natri NaNH2:

2Na + 2H3N = 2NaNH2 + H2

SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



M (I) NH 2



Trang: 9



ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



NH3 tự bốc cháy ở 651°C và có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí khi nồng độ

nằm trong vùng 16 – 25%.

NH3 có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm

(Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg).... Vì vậy trong thực tế người ta khuyến cáo

không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp xúc với các vật dụng có chứa các kim

loại hoặc hợp kim này. Khi NH3 tiếp xúc lâu dài với một số kim loại (Au, Ag, Hg, Ge,

Te, Sb…) thì có thể tạo ra các hợp chất kiểu fuminat dễ gây nổ nguy hiểm.

Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ của

etylen oxit.



1.5 Ứng dụng

–



Phân bón: Khoảng 73% (tính đến 2004) amoniac được sử dụng làm phân bón trên



toàn thế giới nhằm cung cấp đạm cho cây. Vì vậy ngành công nghiệp sản xuất phân

bón dựa vào amoniac là một thành phần quan trọng của ngân sách thế giới.

–



Tiền thân để tổng hợp các hợp chất nitơ: Amoniac trực tiếp hoặc gián tiếp là tiền



thân của các hợp chất chứa nitơ nhất. Hầu như tất cả các hợp chất nitơ tổng hợp có

nguồn gốc từ amoniac. Một dẫn xuất quan trọng là acid nitric, acid nitric được tạo ra

thông qua quá trình Ostwald bởi quá trình oxy hóa của amoniac với không khí trên

một đĩa bạch kim có xúc tác ở 700 – 850°C, ~ 9 atm. Nitric oxide là một trung gian

trong việc chuyển đổi này: NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O .Axit nitric được sử dụng để

sản xuất phân bón, vật liệu nổ và các hợp chất nhiều organonitrogen.

–



Dung dịch amoniac đặc 25% được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm.

–



Cleaner: NH3 trong nước (amoni hydroxit) được sử dụng như là một mục đích



chung cho các bề mặt sạch hơn, như nó được sử dụng để làm sạch kính, sứ, thép không

gỉ và nó cũng thường được sử dụng để làm sạch lò vì amoniac có khả năng hòa tan

kim loại oxit.



SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



Trang: 10



ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



–



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



Lên men: Amoniac là giải pháp (ở 16 – 25%) được sử dụng trong ngành công



nghiệp lên men như là một nguồn cung cấp nitơ cho vi sinh vật cũng như để điều

chỉnh pH trong quá trình lên men này.

–



Chất làm lạnh R717: Do tính chất bay hơi thuận lợi của nó, amoniac là chất làm



lạnh. Amoniac khan được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện lạnh công nghiệp.

–



Điều chế hidrazin N2H4 (chất đốt cho tên lửa).



CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT VỀ THÁP HẤP THU DẠNG ĐỆM

2.1 Định nghĩa hấp thu

Trong quá trình sản xuất hóa học thường chúng ta thu được hỗn hợp khí nhiều

cấu tử, muốn tiếp tục gia công chế biến chúng ta phải tách chúng ta thành từng cấu tử.

Ví dụ: như sau khi hóa than ta thu được hỗn hợp khí các chất N 2, H2, H2S, NH3,

CO, CO2…muốn dùng hỗn hợp ấy để tổng hợp NH 3 để sản xuất phân đạm (Ure) ta

phải tách chúng ra.

Có nhiều phương pháp để tách hỗn hợp khí thành cấu tử.

+



Phương pháp hóa học.



+



Phương pháp cơ lý (dựa trên chính chất hóa lỏng ở các nhiệt độ khác nhau).



+



Phương pháp hút: dùng chất lỏng hay chất rắn xốp để hút. Nếu dùng chất lỏng



gọi là quá trình hấp thu, nếu dùng chất rắn gọi là quá trình hấp phụ.

Như vậy hấp thu là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị

hấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi (còn gọi là chất hấp thu), khí không bị

hấp thu gọi là khí trơ. Quá trình như vậy cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha



SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



Trang: 11



ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC



GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền



lỏng. Nếu quá trình xảy tra theo chiều ngược lại, nghĩa là từ pha lỏng vào pha khí ta có

quá trình nhả.

Ví dụ: hỗn hợp lỏng gồm dung môi và benzen, toluen sẽ đi vào pha khí và được

mang đi, dung môi ban đầu được dùng lại. Nguyên lý của hai quá trình hấp thu và nhả

khí về cơ bản là giống nhau.



2.2 Phân loại

Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thu

trong pha khí, phương pháp hấp thu được chia làm 2 loại:

+



Hấp thu vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.



+



Hấp thu hóa học: giữa chất bị hấp thu và chất hấp thu hoặc cấu tử trong pha lỏng



xảy ra phản ứng hóa học.



2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu

Sự hấp thu phụ thuộc vào bản chất của các cấu tử (chất hấp thu và dung môi).

Những chất có tính chất tương đồng thì càng dễ hoà tan vào nhau. Điều này đã được

trình bày ở phần trên. Ngoài ra nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan

trọng lên quá trình hấp thụ. Cụ thể là chúng có ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và

động lực quá trình.



SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192



Trang: 12