Pytanie:
Dlaczego destylacja nie jest dobrym sposobem na oddzielenie amoniaku od wody?
mart
2012-04-30 12:11:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ponieważ ciśnienie pary amoniaku jest wyższe niż ciśnienie wody, spodziewałbym się, że destylacja będzie rozsądnym sposobem oddzielenia mieszaniny obu.

Jednak w znanych mi zastosowaniach przemysłowych zawsze istnieje etap chemicznego odpędzania amoniaku z pary. Dlaczego jest to konieczne?

Chociaż nie mogę odpowiedzieć na pytanie, mogę potwierdzić, że układ woda-amoniak [nie jest azeotropowy] (http://ecosse.org/jack/cheng1h/separation/lect6/node4.html#node15). Czy masz pojęcie, ile amoniaku trafia do szorowania?
Myślę o 5-10kg $ NH_4 $ / t na wejściu, "prawie wszystko" zostanie wyczyszczone (brak dokładnych liczb). Krzywa, którą pokazujesz dla amoniaku, wygląda jakościowo jak krzywe w moich podręcznikach przykładowych do destylacji.
Co to za proces przemysłowy? Destylacja jest droga.
W przemyśle najczęściej robi się coś z myślą o ekonomii. W tym przypadku wydaje się, że ze względu na stężenia i objętości pasek chemiczny jest opcją bardziej opłacalną ekonomicznie. Możesz to sprawdzić jako ćwiczenie.
Odpędzanie amoniaku z materiału pofermentacyjnego instalacji biogazu. Odpędzony produkt pofermentacyjny ma być użyty do rozcieńczenia surowca dla instalacji, amoniak musi zostać usunięty z powodu zahamowania procesu biologicznego.
Nie widzę, gdzie destylacja bardziej lub bardziej skomplikowanych komponentów niż system strippingu - ale mogę się mylić.
Ma to niewiele wspólnego z tym, jak skomplikowany jest system (koszt początkowy), ale zamiast tego ma związek z ilością energii zużywanej podczas procesu (koszty operacyjne): destylacja wymaga doprowadzenia całego roztworu do wrzenia i dalszego zapewnienia wystarczającej ilości ciepła do wrzenia odrzuć całą twoją mieszankę; z drugiej strony, usuwanie wymaga jedynie podwyższonych temperatur, odrobiny bazy i dopływu gorącego powietrza.
Dodatkowo, w zależności od stanu, w jakim chce się otrzymać amoniak, proces może okazać się żmudny: destylacja frakcyjna będzie wymagała albo schłodzenia skraplacza do -33 ° C, albo podniesienia ciśnienia w układzie do 10 atm. Pierwsza z nich wymaga systemów chłodniczych, druga będzie wymagać więcej podgrzewania próbki i obsługi systemu ciśnieniowego.
Dwa odpowiedzi:
#1
+13
Janice DelMar
2012-05-19 03:54:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Po zażenowaniu się pierwszą odpowiedzią, spróbuję jeszcze raz. Amoniak i woda wiążą się wyjątkowo dobrze. W rzeczywistości wartość $ \ ce {O-H ... N} $ wynosi 29 kJ / mol, podczas gdy wartość $ \ ce {O-H ... O} $ wynosi 21 kJ / mol. ( Ref) Tak więc, jeśli w pobliżu jest jakakolwiek woda, amoniak byłby szczęśliwy, gdyby został rozpuszczony podczas ponownego kondensacji.

Ponadto amoniak jest słabą zasadą i reaguje z wodą (co zwykle nie ma miejsca w przypadku destylacji). $$ \ ce {NH3 + H2O < = > NH4 + + OH -} $$ Tak więc, jeśli w pobliżu jest jakaś woda podczas destylacji amoniaku i rekombinacji, zareagowałyby również, co utrudniłoby usunięcie resztek wody . (Pewna reakcja wystąpiłaby, ponieważ najniższy punkt energetyczny równowagi nie znajduje się w reagentach lub produktach.)

Tak więc, jak zauważono w komentarzach, destylacje do przygotowania suchego amoniaku używają skrubera do usuwania wody.

(czyste) rozpuszczenie jest zawsze jakąś reakcją fizyczną - zmianą stanu fizycznego połączoną ze zmianą energii. W tym sensie reakcja (chociaż bardzo różni się na przykład od etanolu) jest integralną częścią każdej destylacji. Gdyby nie interakcja amoniaku z wodą, mieszanina byłaby nierozłączna przez destylację! (byłoby to zgodne z prawem Raoulta).
#2
+7
Janice DelMar
2012-05-25 10:44:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mam nadzieję, że ktoś wskoczy i odpowie na to pytanie, aby uchronić mnie przed myśleniem o tym. Szanse i kończy się zbadaniem tego pytania, które może pomóc komuś innemu odpowiedzieć na nie.

  • Klastry wody i amoniaku, takie jak $ \ ce {NH3 (H2O) 20} $, a także różne inne proporcje, są znane i były zbadane. Nie znalazłem żadnych odniesień, które podawałyby je w fazie gazowej w kolumnach destylacyjnych.
  • Jest jednak odniesienie, które informuje, że skupiska wody o różnych rozmiarach znajdują się w parze podczas destylacji, więc wydaje się możliwe, że podczas destylacji mogą istnieć kompleksy woda-amoniak, ponieważ wiązanie wodorowe między wodą a amoniakiem w roztworze jest silne. (Widziałem raporty sugerujące ich istnienie jako zanieczyszczenia atmosferyczne.)
  • Odnotowano klastry obejmujące zarówno kompleksy jonów dodatnich, jak i ujemnych amoniaku i wody. (Na przykład $ \ ce {(H2O) 20NH4 +} $ ( Ref) lub $ \ ce {(H2O) p (NH3) q -} $ ( Ref)
  • Trudno mi stwierdzić na podstawie streszczeń (lub artykułów), czy te gatunki są ważne w normalnych warunkach laboratoryjnych, ponieważ naukowcy zwykle patrzą na nie przez stwardnienie rozsiane.
  • Pojedynczy $ \ ce {H2O} $ związany z $ \ ce {NH4 +} $ tworzy bardzo silne wiązanie wodorowe 92,5 kJ / m.
  • Dlaczego amoniak nie tworzy azeotropu z wodą? może tworzyć skuteczne wiązania wodorowe z wodą, tylko metanol i amoniak nie tworzą azeotropów. ( ref)

Komentarze do pytania wspominają o usuwaniu amoniaku z wody w fermentacie biogazowni. Amoniak można usunąć ze strumieni ścieków za pomocą pary lub powietrza po dodaniu NaOH w celu powstrzymania tworzenia się jonów amonowych. Raporty sugerują, że jest to dość skuteczne (usunięcie> 99%). Być może pozostały amoniak w ściekach może pochodzić z klastrów woda-amoniak, które nie są oddzielane podczas destylacji. Wydaje się, że istnieją również inne opcje przetwarzania strumienia odpadów omawianego na tym forum.

To wszystko, pomyśleliśmy o tym (i nie szukaliśmy nagrody, ale miło mieć odpowiedź).



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...