Vraag:
Waarom is distillatie geen haalbare manier om ammoniak van water te scheiden?
mart
2012-04-30 12:11:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aangezien de stoomdruk van ammoniak hoger is dan die van water, zou ik verwachten dat destillatie een redelijke manier is om een ​​mengsel van beide te scheiden.

Bij mij bekende industriële toepassingen is er echter altijd een stap van het chemisch strippen van de ammoniak uit de damp. Waarom is dit nodig?

Hoewel ik de vraag niet kan beantwoorden, kan ik bevestigen dat het water-ammoniaksysteem [niet azeotroop] is (http://ecosse.org/jack/cheng1h/separation/lect6/node4.html#node15). Heb je enig idee hoeveel ammoniak er uiteindelijk wordt geschrobd?
Ik denk aan 5-10 kg $ NH_4 $ / t in de invoer, "vrijwel alles" zal worden geschrobd (geen exacte cijfers). De curve die je laat zien voor ammoniak lijkt kwalitatief op de curven in mijn leerboekvoorbeelden voor destillatie.
Welk industrieel proces is dit? Destillatie is duur.
Vaker wel dan niet, in de industrie, wordt er iets gedaan met het oog op de economie. In dit geval blijkt dat voor de concentraties en volumes een chemische strip economisch de meest haalbare optie is. Een oefening voor u zou kunnen zijn om dat te controleren.
Ammoniak strippen uit digestaat van een biogasinstallatie, het gestripte digestaat wordt gebruikt om de grondstof voor de plant te verdunnen, ammoniak moet worden gestript vanwege de remming van het biologische proces.
Ik zie niet waar een distillatie meer of meer gecompliceerde componenten is dan het stripsysteem - maar misschien heb ik het mis.
Het heeft weinig te maken met hoe ingewikkeld het systeem is (initiële kosten), maar in plaats daarvan heeft het te maken met de hoeveelheid stroom die tijdens het proces wordt verbruikt (bedrijfskosten): voor distillatie moet de hele oplossing aan de kook worden gebracht en moet er voldoende warmte worden geleverd om te koken weg je hele mengsel; strippen daarentegen vereist alleen verhoogde temperaturen, een beetje basis en een toevoer van hete lucht.
Bovendien, afhankelijk van de staat waarin men ammoniak wil verkrijgen, kan het proces vervelend blijken te zijn: gefractioneerde destillatie vereist ofwel afkoeling van de condensor tot -33 ° C of verhoging van de druk van de opstelling tot 10 atm. De eerste vereist koelsystemen, de laatste vereist meer monsterverwarming en behandeling van een systeem onder druk.
Twee antwoorden:
#1
+13
Janice DelMar
2012-05-19 03:54:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nu ik mezelf in verlegenheid heb gebracht met mijn eerste antwoord, wil ik dit opnieuw proberen. Ammoniak en water-waterstof binden uitzonderlijk goed. In feite is de $ \ ce {O-H ... N} $ -waarde 29 kJ / mol, terwijl de $ \ ce {O-H ... O} $ -waarde 21 kJ / mol is. ( Ref) Dus als er water in de buurt is, zou ammoniak graag worden opgelost als ze weer condenseren.

Ook is ammoniak een zwakke base en reageert het met water (wat meestal niet het geval is bij een destillatie). $$ \ ce {NH3 + H2O < = > NH4 + + OH -} $$ Dus als er water in de buurt is, aangezien de ammoniak aan het destilleren is en ze recombineren, zouden ze ook reageren, waardoor het moeilijk zou worden om het laatste water te verwijderen . (Er zou enige reactie optreden omdat het laagste energiepunt van het evenwicht niet bij reactanten of producten ligt.)

Dus, zoals opgemerkt in de opmerkingen, gebruiken destillaties om droge ammoniak te bereiden een scrubber om het water te verwijderen.

(pure) ontbinding is altijd een soort fysieke reactie - een verandering van fysieke toestand, gecombineerd met een verandering in energie. In die zin is de reactie (hoewel heel verschillend van bijvoorbeeld ethanol) een integraal onderdeel van elke destillatie. Zonder de interactie tussen ammoniak en water zou het mengsel door destillatie onafscheidelijk zijn! (het zou de wet van Raoult volgen).
#2
+7
Janice DelMar
2012-05-25 10:44:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik blijf hopen dat iemand erin springt en deze vraag beantwoordt, zodat ik er niet aan hoef te denken. Kansen en eindigen met het onderzoeken van deze vraag die iemand anders zou kunnen helpen deze te beantwoorden.

  • Clusters van water en ammomie, zoals $ \ ce {NH3 (H2O) 20} $ en verschillende andere verhoudingen, zijn bekend en zijn onderzocht. Ik heb geen referenties gevonden die ze in de dampfase in destillatiekolommen rapporteerden.
  • Maar er is een referentie die meldt dat waterclusters van verschillende groottes in stoom worden aangetroffen tijdens distillatie, dus het lijkt mogelijk dat water-ammoniakcomplexen kunnen bestaan ​​tijdens destillatie, aangezien waterstofbinding sterk is tussen water en ammoniak in oplossing. (Ik heb wel rapporten gezien die hun bestaan ​​als luchtverontreinigende stoffen suggereerden.)
  • Er zijn clusters gerapporteerd met zowel positieve als negatieve ionencomplexen van ammoniak en water. (Zoals $ \ ce {(H2O) 20NH4 +} $ ( Ref) of $ \ ce {(H2O) p (NH3) q -} $ ( Ref)
  • Het is moeilijk voor mij om aan de hand van de samenvattingen (of de artikelen) te zien of deze soorten belangrijk zijn in normale laboratoriumomstandigheden, aangezien de onderzoekers ze normaal gesproken bekijken met MS.
  • Een enkele $ \ ce {H2O} $ gebonden met $ \ ce {NH4 +} $ vormt een zeer sterke waterstofbinding 92,5 kJ / m.
  • Waarom vormt ammoniak geen azeotroop met water? Van de gebruikelijke oplosmiddelen die kan effectieve waterstofbruggen vormen met water, alleen methanol en ammoniak vormen geen azeotropen. ( ref)

De opmerkingen bij de vraag vermelden het strippen van ammoniak uit een water in een digestaat van een biogasinstallatie. Ammoniak kan uit afvalstromen worden verwijderd door middel van stoom- of luchtstrippen na toevoeging van NaOH om de vorming van ammoniumionen te onderdrukken. Rapporten suggereren dat dit redelijk efficiënt is (> 99% verwijdering). Misschien kan de resterende ammoniak in het effluent afkomstig zijn van de water-ammoniakclusters die niet worden gescheiden in de destillatie. Er lijken ook andere opties te zijn voor het behandelen van de afvalstroom die wordt besproken op dit forum.

Dat is het, je hebt hier over nagedacht (en niet op zoek naar de beloning, maar het zou wees aardig om een ​​antwoord te hebben).



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...