Методика проведение опыта

 

Контактный аппарат представляет собой кварцевую или фарфоровую трубку с катализатором 1, установленную в вертикальной (или горизонталь­ной) трубчатой печи 2 с электрообогревом. Температура в контактном аппа­рате заменяется термопарой — 3 и регулируется автоматическим терморегу­лятором 4. В кварцевую трубку помещён неплатиновый гранулированный катализатор. Трубка имеет длину около 300 мм и внутренний диаметр 20-30 мм. Газ подается в контактный аппарат сверху через стеклянную трубку 5.

Газовая смесь готовится следующим образом: аммиак из склянки 6 че­рез реометр 7 подается для смешения в стеклянный или алюминиевый смеси­тель 8 с воздухом, подаваемый воздуходувкой 9 через реометр 10.

Из смесителя газ подается в контактный аппарат и проходит в нем сверху вниз. Для поглощения окислов азота газ после контактного аппарата пропускается через поглотительную склянку 11 с раствором перекиси водо­рода и отводится далее в тягу.

Опыт проводится в следующем порядке: расходы аммиака и воздуха, требуемые для получения смеси заданного состава, устанавливают по зара­нее градуированному реометру. Общая объемная скорость газовой смеси за­дается в пределах 200-1000 см³/мин. Состав газа устанавливают и контроли­руют путем анализа. Газовая смесь с определенной заданной скоростью по­дается в контактный аппарат, нагретый до заданной температуры. Темпера­тура задается в пределах 600-850 ° С. Во время опыта скорость газа и темпе­ратура в контактном аппарате поддерживается строго постоянной. В течение опыта 2-3 раза, через каждые 10 минут, отбираются пробы газа для анализа содержания аммиака.

Таким же образом проводятся опыты при других заданных условиях. Измеряемыми параметрами могут быть состав исходного газа, температура, время контактирования и состав исходного катализатора.

Для каждого данного катализатора при измерении одного из факторов технологического режима остальные условия опыта должны быть строго по­стоянными. Время контактирования можно изменить либо путем изменения скорости газа, либо высоты слоя катализатора. Время контактирования рас­считывается исходя из объемной скорости газового потока и свободного объ­ема контактной зоны V_CB.

 

 

Рисунок 5 - Схема лабораторной установки окисления аммиака

 

1 – трубка с катализатором; 2 – трубчатая печь; 3 – термопара; 4 - терморегулятор; 5 – стеклянная трубка; 6, 11, 12 – склянки; 7, 10 – реометры; 8 – смеситель; 9 – воздуходувка; 13 – газометр

 

Исходная газовая смесь анализируется на содержание NH₃ пропуска­нием газового потока при помощи аспиратора и крана через поглотительную склянку (дрексель), в которую предварительно заливают 50 см³ воды, 10 см³ 0,1 н раствора НС1 и несколько капель метилового оранжевого. Поглотитель­ная склянка соединена с аспиратором, создающим разряжение для протяги­вания газа через поглотительную склянку. Газ пропускается через поглоти­тель до тех пор, пока красная окраска раствора не перейдет в желтую.

Коли­чество воздуха в отобранной на анализ пробе аммиачно-воздушной смеси определяют по объему воды, вытекающей из аспиратора. Содержание ам­миака в газе (в объемных %) вычисляется по формуле:

 

(5.1)

 

где а - объем NH₃, см³,

V - объем вытекающей воды из аспиратора, см³

Р₁ - давление по барометру, мм.рт.ст.,

t - температура в помещении, ° С,

Р₂- упругость водяных паров при температуре, мм.рт.ст.

 

Анализ газа после контактирования проводится методом эвакуирован­ных колб. В колбу заливают 5 см³ 3 %-ого раствора перекиси водорода и, поместив колбу в матерчатый мешок (или обернув ее полотенцем), присое­диняют с помощью резинового шланга к вакуумнасосу: колбу вакуумируют до остаточного давления 200-300 мм рт. ст., проверяют герметичность шлифа колбы; для этого колбу переворачивают горлом вниз и наблюдают, не проис­ходит ли всасывания воздуха (если колба не герметична, то видны пузырьки воздуха, проходящие через раствор перекиси водорода). Если шлиф колбы не герметичен, то следует вынуть пробку со шлифом, протереть горло колбы насухо (фильтровальной бумагой), смазать его вакуумной смазкой, протереть пробку со шлифом в горловине и вновь вакуумировать. Далее колбу взвеши­вают на аналитических весах и засасывают в нее анализируемую газовую смесь, присоединяют колбу к газоотборнику. Перед взятием пробы сливают конденсат и продувают анализируемую газом трубку газоотборника.

Отбор газа в колбу проводят осторожно, проворачивая трубку со шли­фом до совмещения отверстий в шлифе с отверстием газоотборного отростка горловины колбы. При повороте колбы следят за уровнем жидкости в мано­метре, на реометре - воздуха, прикрывая и открывая вновь отверстия для га­зоотбора, с учетом того, чтобы не происходил переброс жидкости в реометр. Отбор газа производят до прекращения колебаний жидкости в манометре, т.е. выравнивая давление в колбе и установке. После взятия пробы газа, кол­бу взвешивают снова и определяют навеску газа по разности.

Затем колбу встряхивают в течение 15-20 минут. При этом кислород воздуха, имеющийся в колбе, и перекись водорода окисляют окислы азота в азотную кислоту, которую далее оттитровывают раствором едкого натра. С этой целью содержимое вакуумированной колбы переливают в коническую колбу, куда добавляют и промывные воды от промывания вакуумированной колбы несколькими порциями дистиллированной воды.

Перед титрованием необходимо разрушить избыток перекиси водорода непродолжительным кипячением; перед кипячением к анализируемому рас­твору добавляют отмеренное количество титрованного 0,1 н раствора едкого натра. Количество едкого натра берут по заданию преподавателя в избытке в зависимости от концентрации газа и его навески. Избыток едкого натра от­титровывают после кипячения и охлаждения пробы 0,1 н раствором НСl с метиловым оранжевым — в качестве индикатора.

Количество едкого натра, израсходованное на нейтрализацию азотной кислоты, пересчитывают на окисленный аммиак.

Расчет результатов анализа производится по формуле:

 

(5.2)

где C₂ - содержание окисленного аммиака в конечном газе, % вес.;

а - количество см³ 0,1 н раствора NaOH, прилитое к анализируемому рас­твору;

в - количество см³ ОД н раствора НС1, израсходованного на титрование избытка NaOH;

(а-в)0,0017 - количество аммиака, окисленного до NO в пробе газа, г;

G - вес пробы.

Для вычисления степени окисления X пересчитывают содержание ам­миак в исходном газе также на весовые проценты по формуле:

 

(5.3)

 

где С₁ - концентрация NH₃, % об.;

17 и 28 - соответственно молекулярные веса аммиака и воздуха.

 

Контрольные вопросы

1. Теоретические основы процесса окисления аммиака. Применение продуктов окисления.

2. Механизм окисления аммиака на окисных катализаторах.

3. Как определяется содержание аммиака в газе?

4. Анализ получаемого газа.

 

Литература

1. Исагулянц В.И., Егорова Г.М. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям. 2-е изд. М., Химия, 1965, 517 с.

2. Лабораторный практикум по технологии основного органического синтеза/ Рейхсвельд В.О., Рубан В.Л., Саратов И.Е. М., Химия, 1966, 320 с.