Теплота разложения MgOтв (ПМК-83) в слабой азотной кислоте (35% масс.)

[Зотов Никита]

Товарищи, добрый день! 
Столкнулся с проблемами при расчете теплового баланса разложение каустического магнезита.

1) Сколько тепла выделяется и что нужно учитывать? 
Самое банальное решение  посчитать через энтальпии образования  MgOтв+2HNO₃ж=>Mg(NO₃)₂тв+H₂Oж 

Далее рассчитываем сколько энергию нужно затратить для разрушения  кр. реш. Mg(NO₃)₂тв (2480 кДж/моль). Далее через теплоту разбавления Mg(NO₃)₂ рассчитываем выделение тепла на образование 35 % раствора.

Т.е. общее теплота химической реакции равна Q_общ= +-Q_х.р.-Q_кр.р. +Qразб.

Нужно ли учитывать энергию для разрушения решетки MgO?

И вообще правильно ли так вести расчет. Меня смущает, что происходит разбавлении кислоты  и я его не учитываю. 

2) Процесс ведут при 80░С и при этом выделяются окислы азота.  Как можно рассчитать сколько кислоты разложиться HNO3=>NO2+H2O+O2. Данных по разложению кислоты не нашел. 
Еще может отдуваются пары HNO3 с зеркала раствора и этот пар уже разлагается на окислы, но рассчитать проблематично. Не нашел методики. 

[Bastvil]

Цитата

Нужно ли учитывать энергию для разрушения решетки MgO?

Ну, если в реакции образуется вода, а кислотный остаток без изменений переходит к Mg⁺, то стоит. Энергии там выделяется очень много, лично проверял, небольшая засыпка в колбу слабой азотной кислоты происходит бурно с вспениванием и выделением рыжих окислов, если не попытаться охладить.

 

Учитывать нужно полное разрушение кристаллической решётки и растворение всего вещества, за исключением нерастворимого шлама в составе ПМК-83 (там нужно поискать ТУ, вроде указывалась доля примесей). Реакция должна включать в себя выделение тепла от растворения, от самой реакции и от разбавления раствора до нужной концентрации.

Учитывать разбавление водой стоит, т.к. раствор готовится порционной заливкой воды, кислоты, засыпкой кислоты и после доливка воды по тому, как проходит реакция (т.е. сколько фактически воды выделится в процессе). Как раз данный фактор, который не учитывался на производстве (выделение воды в реакции) стал причиной больших экономических затрат в цехе на последующую упарку соли, в которую вводилась, без должного контроля, слишком разбавленная добавка Mg/Ca(NO₃)₂.

 

Цитата

2) Процесс ведут при 80░С и при этом выделяются окислы азота.  Как можно рассчитать сколько кислоты разложиться HNO3=>NO2+H2O+O2. Данных по разложению кислоты не нашел. 
Еще может отдуваются пары HNO3 с зеркала раствора и этот пар уже разлагается на окислы, но рассчитать проблематично. Не нашел методики. 

 

Откуда требование вести процесс при 80 ^оС? Если мне не изменяет память, то данная температура максимальная и нежелательная для данного процесса. Реакция идёт бурно, системе достаточно и 50 ^оС. На практике, конечно, такое встречается на старых производствах, где процесс ведётся при 90 ^оС, вызывая неконтролируемые выбросы окислов в атмосферу, но это плохой пример ведения реакции. Технология хорошо работает и с дозировочным шнеком, циркуляционным насосом с холодильником, поддерживающим температуру 40-60 ^оС в зоне реакции. В такой ситуации окислы тоже выделяются, но уже значительно меньше. Данные по равновесным долям выделяемых окислов при различных температурах можно попробовать поискать, но эти потери на практике проще считать в виде общих производственных потерь по затратам азотной кислоты и выходу добавки - средний анализ шлама на содержание натрат-нитритных групп.

Впрочем если порыться, то попадаются такие исследования: https://cyberleninka.ru/article/n/desorbtsiya-oksidov-azota-iz-produktsionnoy-azotnoy-kisloty-58-60-mass по которым можно, собрав предварительно данные из реального процесса, сделать оценку выделения окислов азота при различных режимах приготовления добавки.

Визуально в отобранной из трубы слабой азотной кислоте при 50 ^оС содержится тонкий слой окислов всегда, так что тут условно потери начинаются уже с момента выхода свежеприготовленной азотной кислоты, что делает задачу ещё более сложной, в то время как влияние этого процесса на тепловой баланс стремится к нулю.
 

 

Изменено 17 Декабря, 2021 в 20:12 пользователем Bastvil