Spørgsmål:
Hvorfor er destillation ikke en levedygtig måde at adskille ammoniak fra vand på?
mart
2012-04-30 12:11:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Da damptrykket i ammoniak er højere end vandets, ville jeg forvente, at destillation ville være en rimelig måde at adskille en blanding af begge.

Imidlertid er der altid en trin til at strippe ammoniak kemisk fra dampen. Hvorfor er dette nødvendigt?

Selvom jeg ikke kan besvare spørgsmålet, kan jeg bekræfte, at vand-ammoniak-systemet er [ikke azeotropisk] (http://ecosse.org/jack/cheng1h/separation/lect6/node4.html#node15). Har du nogen idé om, hvor meget ammoniak ender med at blive skrubbet?
Jeg tænker på 5-10 kg $ NH_4 $ / t i input, "stort set alt" af det vil blive skrubbet (ingen nøjagtige tal). Den kurve, du viser for ammoniak, ser kvalitativt ud som kurverne i mine lærebogeksempler til destillation.
Hvilken industriel proces er dette? Destillation er dyrt.
Oftere end ikke i industrien gøres noget med økonomi i tankerne. I dette tilfælde ser det ud til, at for kemiske koncentrationer og volumener er en kemisk strimmel den mere økonomisk levedygtige mulighed. En øvelse for dig kan være at kontrollere det.
Ammoniakstripping fra fordøjelsen fra et biogasanlæg, det strippede fordøjelsesmiddel skal bruges til at fortynde råmaterialet til planten, ammoniak skal strippes på grund af inhiberingen af ​​den biologiske proces.
Jeg kan ikke se, hvor en destillation mere eller mere komplicerede komponenter end strippesystemet - men jeg kan tage fejl.
Det har ikke meget at gøre med, hvor kompliceret systemet er (startomkostninger), men har i stedet at gøre med mængden af ​​strøm, der forbruges under processen (driftsomkostninger): destillation kræver, at hele kogepunktet bringes i kog og yderligere tilvejebringelse af nok varme til at koge fjern hele din blanding; stripping kræver derimod kun forhøjede temperaturer, en lille base og en tilførsel af varm luft.
Afhængigt af den tilstand, hvor man ønsker at opnå ammoniak, kan processen yderligere vise sig kedelig: fraktioneret destillation kræver enten afkøling af kondensatoren til -33 ° C eller forøgelse af opsætningens tryk til 10 atm. Førstnævnte kræver kølesystemer, sidstnævnte vil kræve mere prøveopvarmning og håndtering af et trykanlæg.
To svar:
#1
+13
Janice DelMar
2012-05-19 03:54:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Efter at have flovet mig med mit første svar, lad mig prøve dette igen. Ammoniak og vandbrint binder usædvanligt godt. Faktisk er $ \ ce {O-H ... N} $ -værdien 29 kJ / mol, mens $ \ ce {O-H ... O} $ -værdien er 21 kJ / mol. ( Ref) Så hvis der er noget vand omkring, vil ammoniak være glad for at blive solvatiseret, når de kondenserer igen.

Også ammoniak er en svag base og reagerer med vand (hvilket normalt ikke er tilfældet, når du laver en destillation). $$ \ ce {NH3 + H2O < = > NH4 + + OH -} $$ Så hvis der er noget vand rundt, da ammoniak destillerer, og de rekombinerer, ville de også reagere, hvilket ville gøre det vanskeligt at fjerne det sidste af vandet . (En eller anden reaktion ville forekomme, fordi ligevægtens laveste energipunkt ikke er på reaktanter eller produkter.)

Så som bemærket i kommentarerne bruger destillationer til forberedelse af tør ammoniak en skrubber til at fjerne vandet.

(ren) opløsning er altid en form for fysisk reaktion - en ændring af fysisk tilstand kombineret med en ændring i energi. I denne forstand er reaktionen (mens den er meget forskellig fra f.eks. Ethanol) integreret i enhver destillation. Hvis det ikke var for ammoniak-vand-interaktion, ville blandingen være uadskillelig ved destillation! (det ville følge raoults lov).
#2
+7
Janice DelMar
2012-05-25 10:44:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg håber hele tiden, at nogen hopper ind og besvarer dette spørgsmål for at redde mig fra at tænke over det. Odds og ender ved at undersøge dette spørgsmål, der kan hjælpe en anden med at besvare det.

  • Klynger af vand og ammomi, såsom $ \ ce {NH3 (H2O) 20} $ samt forskellige andre forhold, er kendte og har været undersøgt. Jeg fandt ingen referencer, der rapporterede dem i dampfase i destillationskolonner.
  • Men der er en reference, der rapporterer, at der findes vandklynger i forskellige størrelser i damp under destillation, så det synes muligt, at vand-ammoniak-komplekser kunne eksistere under destillation, da hydrogenbinding er stærk mellem vand og ammoniak i opløsning. (Jeg så rapporter, der antydede deres eksistens som atmosfæriske forurenende stoffer.)
  • Der er rapporteret om klynger, der involverer både positive og negative ionkomplekser af ammoniak og vand. (Såsom $ \ ce {(H2O) 20NH4 +} $ ( Ref) eller $ \ ce {(H2O) p (NH3) q -} $ ( Ref)
  • Det er svært for mig at fortælle fra abstrakterne (eller papirerne), om disse arter er vigtige under regelmæssige laboratorieforhold, da forskerne normalt ser på dem af MS.
  • En enkelt $ \ ce {H2O} $ bundet med $ \ ce {NH4 +} $ danner en meget stærk hydrogenbinding 92,5 kJ / m.
  • Hvorfor danner ammoniak ikke en azeotrop med vand? Af de almindelige opløsningsmidler, der kan danne effektive hydrogenbindinger med vand, kun methanol og ammoniak danner ikke azeotroper. ( ref)

Kommentarerne til spørgsmålet nævner at strippe ammoniak fra vand i en biogasanlægs fordøjelse. Ammoniak kan fjernes fra affaldsstrømme ved damp eller luftstripping efter tilsætning af NaOH for at undertrykke dannelsen af ​​ammoniumioner. Rapporter antyder, at dette er ret effektivt (> 99% fjernelse). Måske kan den resterende ammoniak i spildevandet komme fra vand-ammoniak-klynger, der ikke adskilles i destillationen. Der synes også at være andre muligheder for behandling af affaldsstrømmen, der er diskuteret på dette forum.

Det er det, færdig med at tænke på denne (og ikke lede efter bounty, men det ville vær rart at have et svar).



Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 3.0-licens, den distribueres under.
Loading...