اسید نیتریک غلیظ

اسید نیتریک که به جوهر شوره نیز معروف اسید جزو اسید های پرکاربرد در کشور عزیمان می باشد که انواع مختلفی دارد که در پترووشیمی تولید می شود نوعی از اسید نیتریک دارای درصدی از ۵۵ الی ۵۷ هست که در عین حال نوعی دیگر از اسید نیتریک وجود دارد که به اسید نیتریک ۶۲ درصد معروف اسید و تولید شده در جنوب کشور است ولی نکته ای که لازم به ذکر است این هست که مرغولبت اسید نیتریک بر حسب درصد تعیین نمی شود لذا اسید نیتریک ۵۷ درصد شیراز به مراتب بهتر و پرکاربردتر از اسید نیتریک ۶۲ درصد جنوب می باشد .

لذا از شما خواستاریم در نگام خرید دقت داشته باشید که جنس تولیدی کدام پتروشیمی می باشد .

برای خرید اسید نیتریک تماس بگیرید .

اطلاعات تماس

شماره های تماس :

  • آقای مرتضی بخشایشی  ۰۹۱۴۱۰۳۲۲۹۲
  • آقای رضا بخشایشی       ۰۹۱۴۱۰۳۲۳۲۹

آدرس انبار ها :

  • انبار تبریز : جاده مایان – شهرک صنعتی مایان – فلکه دوم
  • انبار تهران : جاده قدیم قم – شور آباد

جنبش شناسی تجزیه ی اسید نیتریک در مخلوط اسید و کاربرد آن در مدل سازی نیتراسون معطر

 

تجزیه ی اسید نیتریک غلیظ در مخلوط اسید (مخلوطی مایع از اسید نیتریک و اسید سولفوریک) از منظر شیمیایی و جنبش شناسی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله بیشتر بر روی رفتار مخلوط واکنشی در یک سیستم باز تمرکز شده که در آن، گاز تولید شده از فرآیند تجزیه، قادر است از ظرف خارج شود. همچنین، شبکه ی واکنشی، شبکه ای که سیستم می تواند از طریق آن پیشرفت کند، با توجه به ترکیب شیمیایی مخلوط و دمای آن ، به صورت کامل مورد بررسی و توصیف قرار گرفته شده است. اطلاعات جمع آوری شده اشاره به این دارد که تبخیر آب می تواند تا حد زیادی بر روی رفتار سیستم تاثیرگذار باشد. برای تخمین پارامترهای جنبشی نامعلوم، مجموعه ای از آزمایشات ایزوترمال [همدما]، با استفاده از یک مدل ریاضی که قادر به پیش بینی رفتار سیستم در شرایط مختلف است، صورت گرفته شده است. مدل پیشنهادی و پارامترهای تخمینی، با نتایج بدست آمده از اجراهای آزمایشی در طول نیتراسیون متل نیتروبنزوات (۳NMB) در یک محیط [مخلوط] اسیدی تطبیق داده شده و مورد تایید قرار گرفتند.

  • مقدمه

از آنجایی که محصولات نیتراسیونی [نیتراتی] کاربردهای زیادی، یا به طور مستقیم یا غیرمستقیم، در صنایع شیمیایی دارند، لذا فرآیندهای نیتراسیونی در مقیاس صنعتی و گسترده مورد استفاده قرار می گیرند (اولا و همکاران، ۱۹۸۹). با وجود اینکه بسیاری از این واکنش ها در گذشته مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته (رابینسون و همکاران، ۱۹۳۲)، اما همچنان، برخی از جنبه های فرآیندهای نیتراسیونی از لحاظ مکانیزم و جنبش شناسی، ناشناخته و مبهم باقی مانده است. این امر باعث جلب توجه محققان برای بررسی و تحقیق بر روی جنبه های نظری و عملی این واکنش ها شده است. یکی از رایج ترین سیستم های نیتراتی که در حال حاضر در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد، مخلوط اسید (HNO3/H2SO4/H2O) می باشد (اولا و همکاران، ۱۹۸۹). از گذشته تا کنون، این مطلب همواره شناخته شده بوده که اسید نیتریک غلیظ در یک محیط به شدت اسیدی، تجزیه حرارتی می شود (بالود و همکاران، ۱۹۸۹؛ کاپلی و همکاران، ۲۰۱۳) و برای مخلوط اسید هم، نتایج مشابه به همین، گزارش شده است. اما، علیرغم کاربرد وسیع و گسترده ی آن، تا کنون هیچ گزارشی مبنی بر تجزیه ی پارامترهای جنبشی اسید نیتریک شیراز در طول نیتراسیون و شبکه، وجود نداشته است. در ضمن، ممکن است در طول فرآیندهای نیتراسیون، یک پدیده­ی خارج از کنترل [فراری] نیز رخ دهد. این پدیده هنگامی رخ می دهد که دمای فرآیند از کنترل خارج شود. این به خاطر گرمازایی سیستم است، که ناشی از واکنش های جانبی مانند پلی نیتراسیون و یا تجزیه می باشد (دی سوما و همکاران، ۲۰۱۲؛ آندروزی و همکاران، ۲۰۰۵). با توجه به این ملاحظات، تجزیه ی اسید نیتریک ۵۷ درصد در مخلوط اسید (مخلوطی مایع از اسید نیتریک غلیظ و اسید سولفوریک) از منظر شیمیایی و جنبش شناسی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله بیشتر بر روی رفتار مخلوط واکنشی در یک سیستم باز تمرکز شده که در آن، گاز تولید شده از فرآیند تجزیه، قادر است از ظرف خارج شود.

  • مواد و روش ها

۲٫۱- تجزیه ی اسید نیتریک غلیظ

از قبل در یک حالت ایزوترمال [همدما] و در دمای [کلوین]، لوله های شیشه ای با ظرفیت  لیتر در سه نوع باز، بسته و هم زده شده تهیه شده و در داخل هر یک از این ظروف، مقدار  لیتر مخلوط اسید (اسید نیتریک شیراز و سولفوریک اسید) با ترکیب ثابت، ریخته شده است. در هنگام انجام عملیات شیمیایی، برای دستیابی به یک شرایط ایزوترمال [همدما]، این لوله ها در یک وان روغن با دمای مورد نظر که بین ۳۲۰ تا ۳۵۰ کلوین است، قرار داده شدند و رفتارهای حرارتی آنها ثبت و ضبط گردید. بعد از زمان واکنش مطلوب، نمونه ها را از داخل روغن بیرون کشیده، به سرعت خنک نموده و در یک تیتراسیون اسیدی قرار دادند تا مجموع تغلیظ [جمع شدگی] اسید (مجموع مولکول های هشداردهنده ی اسید نیتریک درصد بالا و اسید سولفوریک ) در سیستم معلوم شود.

۲٫۲- فرآیند نیتراسیون

یک رآکتور شیشه ای با ظرفیت (  لیتر) که از لحاظ مغناطیسی هم زده شده، مورد استفاده قرار گرفته است. دما، توسط گرداننده ی جولابو F32، [سیرکولاتور گرمایشی و سرمایشی شرکت جولابا] در درجه ی مورد نظر، ثابت نگه داشته شده است. در هر دور، به مقداری(۱  لیتر) از مخلوط اسید با ترکیب خاص، که از قبل تهیه شده است، بلافاصله، مقداری مواد زیرلایه ای ارگانیک (متل نیتروبنزوات، ۳NMB) اضافه شده است. هر نمونه ی بیرون کشیده شده از رآکتور شیشه ای، در زمان های مختلف واکنش، با استفاده از رقیق سازی در متانول، از لحاظ شیمیایی فرونشانده می شده است. جمع شدگی [تغلیظ] گونه های ارگانیک موجود، توسط آنالیز HPLC، مشخص شده است. این کار توسط مدل Hewlett-Packard 1100 II که مجهز به یک یابنده ی UV-VIS و یک ستون هم افزایی   Phenomenexمی باشد، انجام شده است.

  • نتایج و بررسی

در بررسی ها و تحقیقات گذشته (دی سوما و همکاران، ۲۰۱۲)، یک ارزیابی کاملا ایمن و بی خطری از فرآیند نیتراسیونِ متل بنزوات صورت گرفته است، به خصوص، رفتار جنبشی [جنبش شناسی] متل ام نیتروبنزوات -محصول خروجی فرآیند نیتراسیون متل بنزوات- در محلول مخلوط اسید، به صورت کامل در یک سیستم بسته، مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. متاسفانه، مدل پیشین، هنگامی که برای پیش بینی رفتار شیمیایی یک سیستم باز واکنشی [رآکتیو] استفاده قرار گرفت، با شکست مواجه شد. در این سیستم بسته، جمع شدگی [تغلیظ یا غلظت] اجزا (مانند اسید نیتریک غلیظ ، سولفوریک اسید ، و آب) از سایر اجزایی که برای بدست آوردن آن [مدل] استفاده شده بودند، متفاوت بود. در واقع، هنگامی که پارامترهای جنبشی شناسایی شده که برای شبیه سازی داده های جمع آوری شده در طول فرآیند نیتراسیون ۳NMB، مورد استفاده قرار گرفته بودند، در یک سیستم باز شروع به فعالیت کردند، نتایج بدست آمده رضایت بخش نبود، زیرا از مخلوط هایی شروع کردند که غلظت یا جمع شدگی آنها بیشتر از موارد استفاده شده ی قبلی بود(شکل ۱).

به عبارت دیگر، سیستم به گونه ای عمل کرد که گویا مقدار اسید نیتریک شیراز ۵۷ درصد موجود در رآکتور کمتر از مقدار شارژ شده ی واقعی آن است. بر اساس این یافته ها و نتایج، این مطلب به خوبی آشکار بود که سایر واکنش هایی که در آن ها اسید نیتریک درصد بالا مشارکت داشت، تحت شرایط سازگاری شده اتفاق افتاد است، که مدل پیشین آن را به شمار نیاورد. در نتیجه مجموعه ای از آزمایشات ایزوترمال [همدما] در دماهای واکنشی متنوع و با مخلوط اسید متنوع از لحاظ ترکیب، صورت گرفت. برخی از نتایج در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل ۲ : مجموع فرسایش اسید در مخلوط های با ترکیبی مختلف : دمای واکنش برابر با ۳۵۳ کلوین. مقایسه ی نتایج بدست آمده از نمونه های آزمایشی ( نمادها) و نمونه های محاسبه شده ( خط های ممتد )

این احتمال وجود دارد که سرعت تجزیه ی اسید نیتریک غلیظ با افزایش ، بیشتر شود؛ در واقع، در آزمایشی که درصد آب بالایی داشت، نه تنها واکنش پذیری ثبت شده، کمترین مقداری بود که تا به حال در تمامی دورهای آزمایشی ثبت شده بود، بلکه یک تغییر نیز، برخلاف تمامی دورها، در فرورفتگی [تقعر] منحنی مشهود بود. به عبارت دیگر، در دورهایی که بدون کمترین مقدار آب [در غیاب کامل آب] انجام شده بود (X)، سیستم بیشترین مقدار واکنش پذیری را از خود نشان داده است. برای اینکه بهتر بتوان اثر ترکیب مخلوط بر روی واکنش پذیری سیستم را مورد تحلیل و بررسی قرار داد، یک متغیر مناسب شناسایی شد.

در این فرمول، ، تعداد مولکول های  مین جز است. برای اینکه قابلیت این متغیر در نشان دادن [توضیح و توصیف] واکنش پذیری های مختلفِ ثبت شده در طول کمپین آزمایشی، تایید شود، برای هر دوری که در شکل ۲ نشان داده شده است، شیب خطی که منحنی های اطراف زمان صفر را تقریب می زند، در مقابل مقدار اولیه ی متغیر، محاسبه و گزارش شده است (شکل ۳ را مشاهده فرمایید).

شکل ۳ : ادغام (داخل کردن ) شیب خط های آزمایشات ( دورهای ) گزارش شده در شکل ۲ در مقابل متغیر منتخب

از نتایج بدست آمده می توان این احتمال را داد که بین واکنش پذیری سیستم و متغیر منتخب، رابطه ای وجود دارد، هر چقدر مقدار متغیر دومی [آخری، یا بعدی] بیشتر باشد، واکنش پذیری بیشتر خواهد بود.

۳٫۱- ارزیابی جنبشی

نتایجی که در پاراگراف قبلی گزارش و بررسی شد، این احتمال را نشان داد که تغلیظ [جمع شدگی یا غلظت] کل اسید در مخلوط اسید متمرکز شده [جمع شده] و سیستم باز در دماهای بسیار بالاتر از مقادیر محیطی، افزایش می یابد. یکی از تحقیقات انجام شده در گذشته بیانگر این مطلب است که علیرغم اینکه فرآیندهای نیتراسیونی در صنایع شیمیایی بسیار پرکاربرد و رایج می باشند، هیچ گونه اشاره ای در خصوص جنبش شناسی این پدیده وجود نداشته است. بر اساس نتایج بدست آمده در بالا، می توان این فرضیه را در نظر گرفت که سرعت تجزیه، مستقیما به محصول بین مولکول های اولیه ی اسید نیتریک درصد بالا و سولفوریک اسید ، وابسته است و همچنین با مجموع آب اضافه شده به سیستم رابطه ی عکس  یا معکوس دارد. بر مبنای این ملاحظات، به منظور انجام فرآیند تجزیه ی مخلوط اسید نیتریک و سولفوریک اسید در یک سیستم باز، یک شبکه ی رآکتیو پیشنهاد شده و در طرح ۱ گزارش شده است.

مخصوصا، اگر واکنش گزارش شده در Eq (4) بسیار سریع باشد، برخی محصولات گازی به سرعت شکل خواهند گرفت. این محصولات ( )، به همراه آبی که از ابتدا وجود داشته و یا بعدا در طول فرآیند شکل گرفته، رآکتور سیستم را به صورت باز رها می کنند و دما را بسیار بالاتر از مقادیر محیطی رها می کنند. در نتیجه، واکنش (۲) نمی تواند به یک شرایط متعادل دست یابد. بر اساس واکنش های گزارش شده در طرح ۱، یک مدل ریاضی به منظور توصیف رفتار سیستم، طراحی و توسعه یافته است. برای هر یک از گونه های موجود در طرح ۱، یک معادله ی توازن موادی نوشته شده است، به خصوص در مورد توازن مواد آبی؛ سهم تبخیر نیز، بر مبنای نظریه ی فیلم و با استفاده از رابطه ی زیر مورد لحاظ واقع شده است:

در این رابطه، Kc و S ، به ترتیب، سطح خاص و ضریب انتقال جرم می باشند.

ضرایب فعال Y از طریق معادله ی ویلسون محاسبه شدند (زالدیوار و همکاران، ۱۹۹۲)؛ مقدار مولکولی V ی i مین گونه و مقدار کل، بر طبق روش های پیشین محاسبه شده اند. (خودهایری و همکاران، ۱۹۸۹).

نتایج تجربی [آزمایشی] بدست آمده در طول انجام آزمایشات و یا دورها، که با شرایط ابتدایی مختلف انجام شد، همزمان در یک روند و یا پروسه ی بهبود سازی واحد به منظور تخمین و شناسایی پارامترهای جنبشی نامعلوم ، ، ، ، ، ، که در طرح ۱ معرفی شده اند، مورد استفاده قرار گرفت، و ضریب ka به صورت زیر تعریف شد:

در این رابطه، D، نفوذ آب می باشد.

مقادیر تخمینی پارامترهای نامعلوم در جدول ۱ گزارش شده است و برخی از نمونه های مقایسه ی آزمایشی و محاسبه شده در شکل ۲ نشان داده شده است.

 

۳٫۲- ارتقای مدل نیتراسیون

مراحل بعدی تحقیق بر روی تست کردن مدل برای تجزیه ی اسید نیتریک صادراتی  منعکس شده است. اسید نیتریک درصد بالا در طول فرآیند نیتراسیونی که بر روی ۳NMB انجام شده، تجزیه شده است. این اقدام مطابق با روندی است که در بخش (۲٫۲) گزارش شده است. برای انجام این کار، لازم و ضروری بود که دو شبکه ی واکنش را با یکدیگر ترکیب سازیم، اولین شبکه، تجزیه ی اسید نیتریک ۶۲ درصد در مخلوط اسید در سیستم باز و با دمای بالاتر از مقادیر محیطی را شرح می دهد (طرح ۱)، و دومین شبکه، فرآیند نیتراسیون ۳NMB (شکل ۴)  را توصیف می کند. توجه به این نکته بسیار مهم است که، مدل سازی فرآیند نیتراسیون نیتروبنزوات در شرایط کنونی، واکنش (eq. 2)، را نمی توان به عنوان یک واکنش متعادل و متوازن در نظر گرفت. این مدل سازی، با مدل پیشنهادی در طرح جنبشی گزارش شده در سایر مکان ها، متفاوت است (دی سوما و همکاران، ۲۰۱۲). در واقع، در تحقیق پیشین، آزمایشات تستی در یک سیستم بسته صورت گرفت که گازها و آب های تولید شده قادر به خروج از ظرف نبودند.

بر اساس این طرح، این امکان و احتمال وجود دارد که مجموعه ای کامل از معادلات دیفرانسیل بنویسیم که تکامل و توسعه ی سیستم رآکتیو (گزارش نشده) را توصیف نماید. ۵ پارامتر نامعلوم در مجموعه معادلات دیفرانسیلبالا گزارش و ارزیابی شدند. ارزیابی آنها توسط همان روند بهینه سازی و یکسانی صورت گرفت که قبلا توصیف شده بود. در این روند از نتایج تجربی و آزمایشی جمع آوری شده در طول دو ران [دور] از فرآیندهای نیتراسیون ۳NMBاستفاده شده که مدل پیشین (دی سوما و همکاران، ۲۰۱۲) در آن با شکست مواجه شده بود (شکل ۱ را مشاهده فرمایید). مقایسه ی داده های محاسبه شده و داده های آزمایشی در شکل ۵ نشان داده شده اند و بهترین مقادیر تخمینی برای پارامترهای نامعلوم در جدول ۲ نشان داده شده است.

(لیتر بر دقیقه )Kc.s     (کیلو کالری بر مول )E   (لیتر بر مول )A واکنش نیتراسیون

۲٫۲     ۱۵٫۷    ۸٫۹     ۳

۱۰٫۵    ۴٫۶      ۶

۳٫۳- تایید مدل پیشنهادی

برای تایید مدل پیشنهادی، یک آزمایش نیتراسیون اضافی بر روی۳NMBو در یک سیستم باز انجام شده است. در این ران یا دور، حتی اگر سردکننده هم در دمای ثابت (۳۵۷ کلوین) نگاه داشته می شد، باز هم، حرارت مخلوط کردن، در هنگام ریختن مخلوط اسید (که قبلا و در دمای ۳۵۷ کلوین تهیه شده بود) در ظرف حاوی زیرلایه ی ارگانیک، باعث افزایش دائمی دما می شد. برای مدل سازی این رفتار، از آنجایی که دمای مخلوط کردن نامعلوم بود و همچنین به خاطر ماهیت بسیار سریع این فرآیند، دمای آغازین، پس از پرکردن مخلوط اسید، به اندازه ی بیشترین مقدار بدست آمده (۴۰۰ کلوین) در نظر گرفته می شد. بر مبنای این ملاحظات، یک معادله ی تعادل و توازن حرارتی به مجموعه معادلات دیفرانسیل بالا افزوده شده است. سیستم کامل معادلات دیفرانسیل که این سیستم مورد نظر را توصیف می کند، با شرایط اولیه ی مناسب و بدون تنظیم و تغییر پارامترها، حل شد. نتایج بدست آمده در شکل ۶ نشان داده شده است. اکنون این احتمال وجود دارد که بتوانیم بیان کنیم، مدل جدید قادر است به خوبی رفتار سیستم را پیش بینی نماید.

  • نتیجه گیری

تجزیه ی اسید نیتریک در مخلوط اسید (مخلوطی مایع از اسید نیتریک  صادراتی  و اسید سولفوریک) از منظر شیمیایی و جنبش شناسی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده برای طراحی و توسعه یک مدل ریاضی به کار برده شده است که بتواند رفتار سیستم در شرایط گوناگون را توصیف کند. این مدل برای شبیه سازی رفتار جنبشی سیستم متل ام نیتروبنزوات در مخلوط اسید به کار برده شده است. برای این منظور مدل پیشین را ارتقا و به روزرسانی نمودند، که این کار نیازمند ارزیابی پارامترهای جدید جنبشی می باشد. نتایج رضایتبخشی از روند تاییدیه ی پارامترهای جنبشی تخمینی بدست آمد. از این نتایج برای شبیه سازی داده های جمع آوری شده در طول آزمایشات اضافی نیتراسیون استفاده شده است. این آزمایشات تحت شرایطی انجام شد که با شرایط استفاده شده برای طراحی مدل فرق می کرد.