Haydarov Bekzod Hamza o‘g‘li
Toshkent kimyo-texnologiya instituti Yangiyer filiali assistent o‘qituvchi
Husenov Tolmasjon Azamat o‘g‘li
Toshkent kimyo-texnologiya instituti Yangiyer filiali III-bosqich talabasi
G‘aybullayev Davronbek Nabijon o‘g‘li
Toshkent kimyo-texnologiya instituti Yangiyer filiali III-bosqich talabasi
https://doi.org/10.5281/zenodo.7932887
Qabul qilindi: 11.05.2023
Crossref DOI: 10.24412/cl-37059-2023-05-90-95
Annotatsiya: Ushbu maqolada sintetik ammiak ishlab chiqarish texnologiyasi, ammiakning fizik va kimyoviy xossalari, ammiak sintezi, reaktor – sintez minorasi haqida ma’lumotlar keltirilgan.
Kalit so‘zlar: ammiak, novshadil spirt, ammoniy ioni, reaktor, katalizator, suyuq ammiak, azot, vodorod, promotor.
ASOSIY QISM.
Ammiak va uning fizik-kimyoviy xossalari.
Odatdagi sharoitda NH3 rangsiz, o’ziga xos o’tkir hidli gazdir. Ammiak havodan qariyib 2 marta yengil, shuning uchun uni to’ntarilgan idishga yig’ish mumkin. Bir litr ammiakning normal sharoitdagi og’irligi 0,77 gramm keladi. Ammiak odatdagi bosimda –33,40 C da suyuq holga o’tadi, –77,40 C da qotadi. Ammiak suvda yaxshi eriydi, 200 C haroratda bir hajm suvda 762 hajm, 00 C da 176 hajm ammiak eriydi. Ammiakning suvda eriganda ko’p issiqlik chiqadi, hosil bo’lgan eritma «novshadil spirt» deb ataladi. Sotuvdagi novshadil spirt eritmasi 25% li bo’lib, solishtirma og’irligi 0,91 ga teng.
Ammiakning kimyoviy xossalari. Ammiak birikish, o’rin olish, oksidlanish reaksiyasiga kirishadi. Suvda erigan NH3 ning ko’p qismi NH3 holida bo’ladi, shuning uchun uning eritmasidan ammiak hidi kelib turadi. Erigan ammiakning oz qismi suvning vodorod ionlari bilan birikib, NH4+ ioni hosil qiladi, bir valentli bu musbat ion «ammoniy» deb ataladi va birikmalarda bir valentli metall kabi bo’ladi, suvning ON- ioni bilan birikib, NH4OH hosil qiladi.
NH3 + H2O ⇄ NH4OH ⇄ NH4+ + OH−
Suv nihoyatda oz dissotsilangani uchun reaktsiya chap tomonga kuchli siljigan bo‘ladi. Shu sababli eritmada OH- ionlari oz va eritmada kuchsiz asos xossasi bo‘ladi. Demak, muvozanat NH4OH dan NH3∙H2O tomonga siljigan, eritmada NH4OH kontsentratsiyasi juda oz, shu sababdan kuchsiz deb yuritiladi. Ammiak eritmasiga kuchli kislotalar ta’sir ettirilsa tuz va suv hosil bo’ladi, ya’ni ammoniy gidroksid kislota bilan neytrallanadi.
NH3 + H+ = NH4+
OH- + H+ = H2O
Ammoniy gidroksidning kislotalar bilan neytrallanishi quyidagicha yoziladi:
NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O
2NH4OH + H2SO4 = (NH4)SO4 + 2H2O
Hosil bo’lgan tuzlar ammoniy tuzlari deyiladi. Ammoniy tuzlarini ammiak gaziga to’g’ridan-to’g’ri kislotalar ta’sir ettirish yo’li bilan ham olish mumkin, masalan:
NH3 + HCl = NH4Cl
Ammiakning laboratoriyada olinishi. Laboratoriyada NH4Cl bilan so’ndirilgan ohakdan iborat aralashma qizdirilib ammiak hosil qilinadi:
2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O + 2NH3
Ammiak sintez qilish. Ammiak sintezi quyidagi reaktsiya bilan ifodalanadi:
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q
Ammiak sintezi hajm kamayishi va issiqlik ajralishi bilan boradigan qaytar jarayondir. Demak, bosimni oshirish va haroratni pasaytirish orqali reaksiya muvozanatini ammiak sintezi tomonga siljitish mumkin. Masalan, 200O C harorat va 10 atm bosimda azot va vodorod stexiometrik nisbatidagi aralashmasida NH3 ning muvozanat kontsentratsiyasi 50,7% ni tashkil etadi. Xuddi shu bosimda haroratni 300O C gacha oshirilishi ammiak kontsentratsiyasining 14,7% gacha pasayishiga olib keladi. 300OS haroratda, ammo bosim 10 atm emas, balki 300 atm bo’lganda NH3 kontsentratsiyasi 71,0% ni tashkil etadi. Azot molekulasida bog’ning xattoki yuqori haroratda (800OS) ham yuqori mustahkamlikka ega bo’lganligi sababli ammiak sintezi juda ham sekin sodir bo’ladi. Sintez jarayonini tezlashtirish uchun 400-550O C haroratda sintezni o’tkazishni ta’minlaydigan katalizatorlar qo‘llaniladi. Ammiak sintezining nisbatan faol katalizatorlaridan biri temir oksidlaridan (Fe3O4) qaytarib olingan temir metalli hisoblanadi. Yuqori harorat (450550O C) ta’sirida va katalitik zaharlar (oltingugurtli va kislorodli birikmalar) bilan ta’sirlashishi natijasida temir katalizatori tezda o’zining faollligini yo’qotadi. Katalizatorning yuqori va turg’un faolligini ta’minlash uchun uni tayyorlash jarayonida promotorlar (Al2O3, K2O, CaO) qo’shish orqali faollanadi. Ishlab chiqarish sharoitida katalizatorning xizmat qilish muddati ikki yilni tashkil etadi. Katalizatorni kislorodli birikmalar (H2O, CO2, CO) qaytar (qayta tiklanadigan), oltingugurtli birikmalar qaytmas (qayta tiklanmaydigan) zaharlaydi.
Ammiak sintezi bir necha bosqich bo’yicha sodir bo’ladigan geterogen-katalitik jarayondir: 1) gaz hajmidan katalizator bo’laklari sirtiga va uning ichki qismiga azot va vodorodning diffuziyasi; 2) katalizator sirtiga gazlarning faollangan (kimyoviy) absorbtsiyasi: 3) katalizator sirtida azot va vodorodning ta’sirlashishi; 4) ammiak desorbtsiyasi va uning ichki hajmidan gaz fazasi hajmiga diffuziyasi.
Zamonaviy tasavvurlarga ko’ra, temir katalizatorida barcha jarayon tezligini belgilab beradigan bosqich azotning faollangan absorbtsiyasi hisoblanadi. Ammiak sintezi jarayonining tezligi haroratga, bosimga, hajmiy tezlikka, gaz fazasidagi azot, vodorod va ammiak kontsentratsiyasiga, inert qo‘shimchalar (Ar va CH4) ga hamda katalitik zaharlarga bog’liqdir. Ammiak sintezi agregatining unumdorligi quyidagi formula bo‘yicha hisoblanadi:
bu yerda: G – sintez minorasi unumdorligi, kg/soat; 𝛚 – hajmiy tezlik, soat– 1; c1, c2 – minoraga kirish va chiqishda gazdagi ammiak miqdori, kg/m3; v – katalizator hajmi, m3. s1 kattalik ammiak kondensatsiyasi harorati bilan aniqlanadi. s2 kattalik harorat, bosim, hajmiy tezlik va azot-vodorod aralashmasi tarkibiga bog’liq holda kinetik laboratoriya ma’lumotlari bo’yicha aniqlanadi.
Reaktor – sintez minorasi. Reaktor – sintetik ammiak olish uchun asosiy, eng muhim qurilma hisoblanadi. Minora konstruktsiyasi mustahkam va ishonchli bo’lishi hamda havfsiz va uzoq muddat ishlashini ta’minlash lozim. Shuning uchun minoralar po‘latdan tayyorlanadi, unga yuqori talablar qo’yiladi. Gazlar aralashmasidagi vodorod va ammiak yuqori haroratda po’latga ta’sir ko’rsatadi, uning mexanik xususiyatlarini yomonlashtiradi. Minora devori haroratini pasaytirish uchun sintez minorasiga kiradigan sovuq azot-vodorod aralashmasi minora silindr yuzasi bo’ylab o’tadi. Ammiak sintez minorasining korpusi xrom-vanadiyli po’lat quymadan iborat bo’ladi. 1-rasmda o’rtacha bosimli tizim uchun ammiak sintezi quvurli minorasi tasvirlangan. Minora vertikal po’lat silindr 1 ko’rinishida bo’lib, devorining qalinligi 176-200 mm, balandligi 12-20 m va ichki diametri 1,01,4 m ni tashkil etadi. Minoraning yuqori va pastki qismi po’lat qopqoqlar 2 bilan berkitiladi. Minoralar konstruktsiyalari, asosan, korpusining o’lchamlari va ichki to’ldirgich qurilmalari bilan farqlanadi. O‘rtacha bosimda ishlaydigan minoraning yuqori qismida katalizator qutisi 3, pastki qismida esa jarayon avtotermikligini ta’minlash uchun issiqlik almashtirgich 4 joylashtirilgan bo’ladi. Minora korpusida issiqlik niqobi bo’ladi, u minora ichki va tashqi devorlarilarida haroratning farqlanishi hisobiga korpus devorilarida termik kuchlanish yuzaga kelishini bartaraf etadi.
Katalizator minoradagi panjara 6 ga yuklanadi. Optimal harorat rejimini ta’minlab turish uchun katalizator qatlamlari orasiga qo’shaloq issiqlik almashtirgich quvurlari 7 joylashtiriladi. Azot-vodorod aralashmasi sintez minorasining yuqori qismidan kiradi, asosiy korpus va katalizator qutisi orasidagi halqali bo’shliqdan minora korpusini qizib ketishdan saqlagan holda pastga hamda issiqlik almashtirgich 4 quvurlarivaro bo’shliqdan pastdan yuqoriga harakatlanadi. So’ngra gaz minora ishga tushirilganda ishlaydigan elektr qizdirgich 5 joylashtirilgan markaziy quvur 8 bo’yicha katalizator qutisi 3 ning yuqori qismiga va undan katalizator qatlamida joylashgan qo‘shaloq quvurlarga o‘tadi.
1-rasm.
Ammiak sintezi minorasining sxemasi:
1 – minora korpusi; 2 – qopqoqlar; 3 – katalizator qutisi; 4 – issiqlik almashtirgich; 5 – elektr qizdirgich; 6 – panjara; 7 – issiqlik almashtirgich quvurlari; 8 – markaziy quvur.
Dastlab gaz ichki tor quvur orqali yuqoridan pastga o’tadi, so’ngra tor va keng quvurlar orasidagi halqali bo’shliqdan yuqoriga ko’tariladi. Reaksiya boshlanishiga qadar 400-420OC haroratgacha qizdirilgan azot-vodorod aralashmasi katalizator qatlamiga kiradi. Katalizator doirasidagi harorat 450-520OC da ushlab turiladi. Katalizator qatlami orasidan o’tib ta’sirlashgan gaz issiqlik almashtirgich quvurlariga keladi. Reaksiya issiqligidan samarali foydalanish uchun zamonaviy minoralarda issiqlik almashtirgich ikki qismga ajratilgan. Katalizator qutisidan chiqadigan gaz issiqlik almashtirgichning yuqori qismiga o’tadi va undan 400OC haroratda qozon yuttirgichga beriladi, u yerda 200OC haroratgacha soviydi va yana sintez minorasiga yuboriladi, issiqlik almashtirgichning quyi qismidan o’tadi va minoradan 90-100OC haroratda chiqadi. Hozirgi paytda sutkasiga 150 dan 1500 t gacha unumdorlikka ega bo’lgan ammiak sinezi minoralari ishlatilmoqda. Gazlarning tozalik darajasiga muvofiq holda katalizatorning xizmat qilish muddati ikki yilgacha bo’lishi mumkin.
Ishlab chiqarish agregatlarining sxemasi. Qo‘llaniladigan bosimga muvofiq holda ammiak sintezi ishlab chiqarish qurilmalari quyi bosimli (100-200 atm), o’rtacha bosimli (200-600 atm) va yuqori bosimli (600-1000 atm) tizimlarga bo’linadi. Ulardan o‘rtacha bosim ostida ishlaydigan tizim keng tarqalgandir, chunki bu sharoitda kontakt jihozida jarayon tezligi yetarlicha ta’minlangani holda ammiak ajratib olish masalasi nisbatan oson hal etiladi. Sintez minorasida azot-vodorod aralashmasi to‘la ammiakka aylanmaydi. Kontakt jihozidan chiqadigan gazda ammiak miqdori 14-20%ni tashkil etadi. Bu aralashma sovutiladi, ammiak kondensatsiyalanadi va gazdan ajratiladi, ta’sirlashmagan azot-vodorod aralashmasi esa sirkulyatsiya kompressorlari yordamida kontakt jihoziga qaytariladi. Kontakt jihozida ammiak hosil bo’lishiga to’g’ri keladigan tarkibdagi yangi azot-vodorod aralashmasi aylanuvchi aralashmaga qo’shiladi. Shunday qilib, bu holatda texnologik jarayonni amalga oshirish uchun sirkulyatsiya sxemasidan foydalaniladi.
Madomiki aylanuvchi gazda inert qo’shimchalar to’planib borar ekan, ishlab chiqarish amaliyotida qo’shimchalar miqdorini bir maromda ushlab turish uchun aylanuvchi gazlar aralashmasining bir qismini atmosferaga chiqarib yuboriladi. O‘rtacha bosimda ammiak sintezi qurilmasi 2-rasmda tasvirlangan.
2-rasm.
O‘rtacha bosimda ammiak sintezi agregatining sxemasi.
Sintez uchun tayyorlangan azot-vodorod aralashmasi minora 1 ning yuqori qismidan beriladi, u yerda ammiak sintezi sodir bo’ladi. Ta’sirlashgan azot-vodorod-ammiak aralashmasi minoradan 400OC haroratda chiqadi va yuttirgich qozon 2 ga beriladi, so’ngra minoraga qaytariladi, issiqlik almashtirgichdan o’tadi va 90-100OC haroratda suvli sovutgich 3 va separator 4 ga yuboriladi. Suvli sovutgichda 300 atm bosimida bir qism ammiak kondensatsiyalanadi. Shundan keyin gaz quvurli sirkulyatsiya kompressor 5 bilan kondensatsiya kolonnasi 6 ga va undan bug’latgich 7 ga uzatiladi. Bug’latgichda suyuq ammiakning bug’lanishi hisobiga gaz aralashmasidan ammiakning yetarlicha to’la ajralishi uchun sovuq hosil qilinadi. Yangi azot-vodorod aralashmasi, qoidaga muvofiq, kondensatsiya minorasining quyi qismiga beriladi, u yerda ammiak bilan yuvilish orqali namlik, moy va CO2 dan tozalanadi.
Suyuq ammiakni saqlash va tashish. Suyuq ammiak normal bosimda past qaynash haroratiga (–33,4O C) egadir, shuning uchun u idishlarda bosim ostida saqlanadi. Omborlarda suyuq ammiak 50 dan 100 m3 gacha sig’imli silindrik idishlarda 16 atm bosim ostida saqlanadi. Suyuq ammiakni tashish temir yo’l sisternalarida, avtomobil sisternalarida va po’lat ballonlarda amalga oshiriladi. Ammiakli sisternalar oq rangga bo’yalgan bo’lib, ularning yon sirtiga «Suyuq ammiak», «Gaz – zaharli» yozuvlari bilan sariq yo’l-yo’l chiziq tortilgan bo’ladi. Ammiak ballonlari sariq rangda bo’lib, qora rangdagi «Ammiak» yozuvi bo’ladi. Ammiakli idishlarga o’rnatiladigan jo’mraklar po’latdan tayyorlanadi. Ammiak to’ldirilgan idishlar quyosh nuri ostida saqlanishi ta’qiqlanadi, radiatorlar va boshqa issiqlik manbaalari oldiga qo’yilmaydi. Ballonlarga zarba urilishidan saqlash uchun tashish paytida ularga saqlagich rezina halqalar kiydiriladi. Ammiak sintezi bo’linmasida ishlash portlovchi va yonuvchi gazlardan foydalanish bilan bog’liqdir, chunki vodorod, azot-vodorod aralashmasi va ammiak havo bilan portlovchi havfli aralashma hosil qiladi. Ammiak zaharli modda hisoblanadi. Ishlab chiqarish binolarida chegaraviy me’yoriy kontsentratsiyasi 20 mg/m3 ni tashkil etadi. Ammiak terini kuydiradi va yara hosil qiladi.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR:
1. Технический анализ и контроль производства неорганических веществ. 2издание Под ред. Торочешкникова М. М., Высшая школа 1976 г. с. 241 – 248, 256 – 258.
2. Горошев А.П. Технический анализ, стр. 362-371, Госхимиздат, 1953.
Шрайбан С.С Контроль производства хлора и каустика, стр. 57-66, ОНТИ,1934.
3. Ismatov A.A. va boshqalar. Noorganik materiallar kimyoviy texnologiyasi,-T:
O‘zbekiston, 2002, 336 б.