معرفی آمونیاک

[محمــد 4415]

آمونیاک

 

 

هيدروژن نيتريد(Hydrogen nitride)

 

مدل خطي آمونياك

 

مدل گلوله-ميله آمونياك

 

مدل فضايي آمونياك

 

 

نام ماده: هيدروژن نيتريد(Hydrogen nitride)

 

نام تجاری: آمونياك(Ammonia)

 

سایر اسامی: اندروس , هيدرواكسيد انيروس آمونيوم

 

آمونياك مهم‌ترين تركيب هيدروژنه ازت است و در طبيعت از تجزيه مواد آلي ازت دار بدست مي‌آيد. آمونياك گازي است بي رنگ، با مزه فوق العاده تند و زننده كه اشكآور و خفه كننده است. گاز آمونياك از هوا سبك تر بوده و به سهولت به مايع تبديل مي‌شود. آمونياك درآب بسيار محلول بوده و در منفي 77,7 درجه سانتيگراد منجمد و در منفي33.3 درجه سانتيگراد به جوش در مي‌آيد. وزن مخصوص محلول اشباع آمونياك 88 گرم بر سانتيمتر مكعب است. گاز آمونياك قابل افروزش و حدود اشتعالش 16-25 درصد حجمي گاز آمونياك در هوا است. حضور مواد نفتي و ديگر مواد افروختني خطر آتشگيري را افزايش مي‌دهد. مجاورت و تماس آمونياك با نقره و جيوه توليد " فورمينات نقره و جيوه " ميكند كه موادي شديداً قابل انفجار هستند. گاز آمونياك در اثر گرماي از 400 درجه به بالا تجزيه شده و توليد هيدروژن ميكند. شكل فضايي آمونياك هرمي بوده و زاويه پيوندي بين هر دو اتم هيدروژن در آمونياك 107.8 درجه است. نامهاي ديگر آمونياك: Hydrogen nitride Spirit of Hartshorn Nitro-Sil Vaporole رومي هاي باستان آمونيوم كلرايد را به عنوان پول و سپرده استفاده مي كردند. آنها سنگ آمونيوم را از مكاني به نام پرستشگاه ژوپيتر يا همان ليبي جديد جمع آوري مي كردند. آمونياك به شكل نمك آمونياك نخستين بار توسط شيميدان مسلمان جابرابن حيان (شيميدان ايراني) Geber در قرن 8 شناخته شد. در قرن 15 Basilius Valentinus نشان داد كه آمونياك را مي توان از عمل قلياي بروي نمك آمونياك بدست آورد.

 

 

موارد مصرف:

تهيه كودهاي شيميايي ازته ، اكريلونيتريل ، نیترات ، سولفات و فسفات آمونیوم ، الياف سنتزي نيتر و پارافين و نيترو سلولز ، صنايع نفت و صنايع شيميايي و همچنین در کارخانجات یخ سازی ، تهیه اسید نیتریک ، دارو و مواد منفجره بکار می‌رود.

آمونیاک تجارتی

محلول آمونیاکی که معمولا در تجارت ، خرید و فروش می‌شود، 20 تا 22 درجه سوم (20.7 درصد و تکاتف نسبی آن d=0,92) و یا 28 تا 29 درجه (32.7 درصد آمونیاک) می‌باشد.

 

خواص فیزیکی و شیمیایی:

Molecular formula: NH3

 

Molar mass :17.031 g/mol

 

Density: 0.86 kg/m3

 

Melting point: -77.73 °C /195.42 K

 

Boiling point: -33.34 °C /239.81 K

 

Viscosity Flash point :16-25 C

 

روشهای تولید:

قبل از جنگ جهاني اول بيشتر آمونياك توليدي به روش تقطير خشك سبزيجات نيتروژن دار و فضولات حيواني بدست مي آمد. اما امروزه در روش هاي مدرن توليد آمونياك ابتدا گاز طبيعي يا LPG و يا نفتا را به گاز هيدروژن تبديل مي كنند. اين فرآيند با حذف گاز سولفور از گاز طبيعي آغاز مي شود. هيدروژناسيون كاتاليستي تركيبات آلي سولفور دار به سولفيد هيدروژن. H2 + RSH ----> RH + H2S سپس سولفيد هيدروژن با عيور از درون بستر اكسيد زينك به سولفيد زينك و آب تبديل مي شود. H2S + ZnO -----> ZnS + H2O ريفرمينگ كاتاليستي CH4 + H2O ------> CO + 3 H2 در مرحله بعدي ، واكنش water gas shift reaction براي تبديل منو اكسيد كربن به دي اكسيد كربن و هيدروژن: واتر گزشيفت CO + H2O-------> CO2 + H2 سپس دي اكسيد كربن با عمليات جذب جدا مي شود. در نهايت براي توليد آمونياك هيدروژن با نيتروژن در حضور كاتاليزر واكنش داده مي شود.

 

تقطیر زغال سنگ برای تهیه آمونیاک

منظور از تقطیر زغال سنگ استفاده از گازهای سوختنی و یا کک برای صنایع فلزسازی است که بحث مفصلی را تشکیل می‌دهد و مربوط به این برنامه نیست. لیکن در این جا آن قسمت از عملیات تقطیر که مربوطه به تهیه آمونیاک و سولفات آن است، از نظر تکمیل این مبحث بررسی می‌شود.

 

زغال سنگ ، دارای 1 تا 1,5 درصد نیتروژن آلی است و در موقعی‌که آب را تقطیر کنیم، قسمتی از این نیتروژن ، بصورت آزاد و قسمت دیگری به حالت آمونیاک و ترکیبات آمونیاکی فرار و غیر فرار از دستگاههای تقطیر خارج می‌شود و در خنک کننده هایی که به همین منظور بعد از قرنهای تقطیر قرار داده‌اند، مخلوط با قطرانهای زغال سنگی جمع آوری می‌گردد.

 

سنتز آمونياك(روش هابر)

 

 

آمونیاک طبق واکنش تعادلی زیر از عناصر سازنده اش تشکیل می شود .

N2 + 3H2 2NH3 ∆H= - 387/1kj

چون واکنش گرماده است٬ انتظار می رود٬ دردمای پایین محصول بیشتری تشکیل شود٬ اما به علت بالا بودن انرژی فعالسازی در دماهای پایین میزان آمونیاک تشکیل شده بسیار ناچیز است . بنابراین به کمک کاتالیزگر می توان انرژی فعالسازی را کاهش داد. نقش کاتالیز گر دراین فرایند ٬ سستکردن پیوندها درمولکول نیتروژن وهیدروژ ن است .

 

 

مجددا به واکنش سنتز آمونیاک بر می گردیم . باانجام این واکنش بی نظمی کاهش یافته است . زیرا تعداد مولکول ها درسمت راست معادله کمتر از سمت چپ است به نظر می رسد با افزایش فشار بتوان میزان محصول را افزایش داد . افزایش فشار درضمن باعث می شود تعداد مولکول هادرواحد حجم افزایش یافته وتعداد برخورد افزایش یابد وسرعت واکنش بیشتر شود . اما باید توجه داشت٬که درعمل ٬ دستگاه ها تاحدی می توانند فشار را تحمل کنند . ودرفشار بسیاربالا خطر انفجار دستگاه وسوراخ شدن آن وجود دارد .

فریتس هابر طرح خود را برای سنتز آمونیاک این گونه بیان نمود. که به کمک کاتالیز گر دما را به 450 درجه می رسانیم تا واکنش سرعت مناسبی داشته باشد و فشار را نیز تا 500 atm افزایش می دهیم درصد آمونیاک دراین شرایط به بیشترین مقدار خود می رسد . هابر درسال 1918 میلادی نایل به دریافت جایزه نوبل شد.

 

درصنعت نیتروژن مورد نیز را از هوا استخراج می نمایند وبرای تهیه هیدروژن مورد نیاز از فرآیند گاز- آب استفاده می کنند .

CH4+ H2O 3H2 + CO

 

 

 

 

واکنشهای شیمیایی:

Acidity

 

Li + 2 NH3 ------> 2 LiNH2 + H2

 

Basicity

 

NH3 + HCl --------> NH4Cl

 

Combustion

 

NH3 + 3 O2 --------->2 N2 + 6 H2O (g) DELTA(H) = –1267.20 kJ/mol

 

Catalytic combustion

 

NH3 + 5 O2 ----------> 4 NO + 6 H2O

 

خطرات بهداشتی

سبب تحریکات سیستم تنفسی ، ‌پوست و چشم شده و با آسیب رساندن به ریه‌ها در اثر مواجهه با حجم زیاد این گاز می‌تواند سبب مرگ شود. در صورت تماس با آمونیاک مایع ، سوختگی شدید در محل تماس ایجاد می‌گردد. آستانه مجاز مواجهه با آن ، ppm 50 است و جهت کمکهای اولیه ، قسمتهای آلوده سطح بدن را با آب و صابون شسته و چشمها را نیز با آب فراوانی شستشو داد و به پزشک مراجعه نمود.

طریقه اطفاء حریق

در صورتی‌که سیلندر گاز آمونیاک مشتعل شد، نباید شعله آن را خاموش نمود، مگر اینکه قبلاً بتوان جریان گاز را قطع کرد. در حین عملیات اطفاء ، باید سیلندرهای حاوی گاز آمونیاک را با آب خنک نمود. از پودر شیمیایی خشک یا گاز کربنیک یا آب به‌صورت اسپری جهت اطفاء می‌توان استفاده نمود. به هنگام عملیات باید از لباس کاملاً ایمن و سیستم حفاظتی دستگاه تنفس استفاده کرد.

طریقه نگهداری و حمل ونقل

آمونیاک باید در سیلندرهای استیل نگهداری و توسط تانکرهای مخصوص آن حمل گردد. باید سعی نمود از رسیدن تنشهای فیزیکی و حرارت زیاد به ظروف محتوی آمونیاک جلوگیری شود. انبار و محل نگهداری آن باید مقاوم در برابر حریق بوده و دارای سیستم اعلام و اطفاء اتوماتیک باشد. آمونیاک باید جدا از موادی چون گازهای اکسید کننده ، کلر ، برم ، ید و اسیدها نگهداری شود.

نمکهای آمونیاکی

نمکهای آمونیاکی که از تقطیر زغال سنگ بدست می‌آیند، بر دو نوعند: نمکهای فرار مانند کربنات آمونیوم CO3(NH4)2 و سولفیدرات SHNH4 و S(NH4)2 که به‌آسانی بوسیله بخار آب برده می‌شوند، نمکهای ثابت و غیر فرار مانند کلرید آمونیوم NH4Cl و هیپوسولفیت S2O3(NH4)2 و غیره که بوسیله باز غیر فراری مانند آهک تجزیه می‌گردند.

 

ضمنا باید متذکر شد، آمونیاکی که از تقطیر یک تن زغال سنگ حاصل می‌شود، طبعا با مقدار ازت موجود در زغال متغیر است و این مقدار بین 1,4 کیلوگرم تا 4,6 کیلوگرم نوسان دارد و به‌ندرت در بعضی از انواع زغال سنگها این مقدار به 7,2 کیلوگرم می‌رسد.

 

معمولا هرگاه عمل تقطیر زغال سنگ را در مجاورت 2,5 درصد آهک انجام دهند، بهره آمونیاک تا 20 درصد افزایش نشان می‌دهد و به هر صورت ، آمونیاک و کلیه ترکیبات آمونیاکی را که در بالا نام بردیم، می‌توان در دستگاههای خنک کننده از قطرانهایی که همراه آنها می‌باشند، جدا کرد و اصطلاح صنعتی این قبیل محلولهای آمونیاکی را آبهای آمونیاکی می‌نامند که آنها را ابتدا در ستونی تقطیری وارد می‌کنند. سپس تحت تاثیر شیر آهک قرار می‌دهند و در آنجا آمونیاک و املاح فرار آنها بوسیله بخار آب برده می‌شوند، در حالیکه املاح غیر فرار تحت تاثیر شیر آهک ، تجزیه و به آمونیاک تبدیل می‌گردند.

 

 

دریافت فایل ایمنی:http://www.petronet.ir/modules/content/upload/product/petronet-safety-ammonia-13.pdf

 

منابع:

پترونت

دانشنامه رشد

پتروشیمی زنجان

[محمــد 4415]

 

 

 

 

 

 

فرایند تولید آمونیاک با ترکیب KRES™

 

 

Process schematic of a Kellogg ammonia plant[/center]