Question:
Pourquoi la distillation n'est-elle pas un moyen viable de séparer l'ammoniac de l'eau?
mart
2012-04-30 12:11:19 UTC
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Puisque la pression de vapeur de l'ammoniac est plus élevée que celle de l'eau, je m'attendrais à ce que la distillation soit un moyen raisonnable de séparer un mélange des deux.

Cependant, dans les applications industrielles que je connais, il y a toujours un étape d'élimination chimique de l'ammoniac de la vapeur. Pourquoi est-ce nécessaire?

Bien que je ne puisse pas répondre à la question, je peux confirmer que le système eau-ammoniaque n'est [pas azéotropique] (http://ecosse.org/jack/cheng1h/separation/lect6/node4.html#node15). Avez-vous une idée de la quantité d'ammoniac qui finit par être nettoyée?
Je pense à 5-10kg $ NH_4 $ / t dans l'entrée, "à peu près tout" sera nettoyé (pas de chiffres exacts). La courbe que vous montrez pour l'ammoniac ressemble qualitativement aux courbes de mes exemples de distillation.
De quel processus industriel s'agit-il? La distillation coûte cher.
Le plus souvent, dans l'industrie, quelque chose est fait avec l'économie à l'esprit. Dans ce cas, il apparaît que pour les concentrations et les volumes, une bande chimique est l'option la plus viable économiquement. Un exercice pour vous pourrait être de vérifier cela.
L'ammoniac est extrait du digestat d'une installation de biogaz, le digestat extrait doit être utilisé pour diluer la matière première de l'usine, l'ammoniac doit être éliminé en raison de l'inhibition du processus biologique.
Je ne vois pas où une distillation des composants plus ou plus compliqués que le système de stripping - mais je me trompe peut-être.
Cela n'a pas grand-chose à voir avec la complexité du système (coût initial), mais plutôt avec la quantité d'énergie consommée pendant le processus (coût d'exploitation): la distillation nécessite de faire bouillir toute la solution et de fournir en outre suffisamment de chaleur pour bouillir. loin de votre mélange entier; le décapage, par contre, ne nécessite que des températures élevées, un peu de fond et une alimentation en air chaud.
De plus, selon l'état dans lequel on veut obtenir de l'ammoniac, le processus peut s'avérer fastidieux: la distillation fractionnelle nécessitera soit de refroidir le condenseur à -33 ° C, soit d'augmenter la pression du montage à 10 atm. Le premier nécessite des systèmes de réfrigération, le second exigera plus de chauffage des échantillons et de manipulation d'un système sous pression.
Deux réponses:
#1
+13
Janice DelMar
2012-05-19 03:54:31 UTC
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Ayant été embarrassé par ma première réponse, permettez-moi de réessayer. L'ammoniac et l'eau se lient exceptionnellement bien. En fait, la valeur $ \ ce {O-H ... N} $ est de 29 kJ / mol tandis que la valeur $ \ ce {O-H ... O} $ est de 21 kJ / mol. ( Ref) Donc, s'il y a de l'eau à proximité, l'ammoniac serait heureux de se solvater lors de la recondensation.

De plus, l'ammoniac est une base faible et réagit avec l'eau (ce qui n'est généralement pas le cas lorsque vous faites une distillation). $$ \ ce {NH3 + H2O < = > NH4 + + OH -} $$ Donc, s'il y a de l'eau autour pendant la distillation de l'ammoniac et qu'ils se recombinent, ils réagiraient également, ce qui rendrait difficile l'élimination du reste de l'eau . (Une certaine réaction se produirait parce que le point d'énergie le plus bas de l'équilibre n'est pas au niveau des réactifs ou des produits.)

Ainsi, comme indiqué dans les commentaires, les distillations pour préparer l'ammoniac sec utilisent un épurateur pour éliminer l'eau.

La dissolution (pure) est toujours une sorte de réaction physique - un changement d'état physique, combiné à un changement d'énergie. En ce sens, la réaction (bien que très différente de l'éthanol par exemple) fait partie intégrante de toute distillation. Sans l'interaction ammoniac-eau, le mélange serait inséparable par distillation! (il suivrait la loi de Raoult).
#2
+7
Janice DelMar
2012-05-25 10:44:53 UTC
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J'espère que quelqu'un interviendra et répondra à cette question pour m'éviter d'y penser. Les recherches sur cette question pourraient aider quelqu'un d'autre à y répondre.

  • Les grappes d'eau et d'ammomie, telles que $ \ ce {NH3 (H2O) 20} $ ainsi que divers autres ratios, sont connues et ont été enquêté. Je n'ai trouvé aucune référence qui les signalait en phase vapeur dans les colonnes de distillation.
  • Mais, il existe une référence qui rapporte que des grappes d'eau de différentes tailles se trouvent dans la vapeur pendant distillation, il semble donc possible que des complexes eau-ammoniac puissent exister pendant la distillation car la liaison hydrogène est forte entre l'eau et l'ammoniac en solution. (J'ai vu des rapports suggérant leur existence en tant que polluants atmosphériques.)
  • Des grappes impliquant des complexes d'ions positifs et négatifs d'ammoniac et d'eau ont été signalées. (Comme $ \ ce {(H2O) 20NH4 +} $ ( Ref) ou $ \ ce {(H2O) p (NH3) q -} $ ( Ref)
  • Il m'est difficile de dire d'après les résumés (ou les articles) si ces espèces sont importantes dans des conditions normales de laboratoire, car les chercheurs les examinent normalement par MS.
  • Un seul $ \ ce {H2O} $ lié avec $ \ ce {NH4 +} $ forme une liaison hydrogène très forte 92,5 kJ / m.
  • Pourquoi l'ammoniac ne forme-t-il pas un azéotrope avec l'eau? Parmi les solvants courants qui peut former des liaisons hydrogène efficaces avec l'eau, seuls le méthanol et l'ammoniac ne forment pas d'azéotropes. ( ref)

Les commentaires de la question mentionnent l'extraction d'ammoniac d'une eau dans un digestat d'une usine de biogaz. L'ammoniac peut être éliminé des flux de déchets par entraînement à la vapeur ou à l'air après l'ajout de NaOH pour supprimer la formation d'ions ammonium. Les rapports suggèrent que c'est assez efficace (> 99% de suppression). Peut-être que l'ammoniac restant dans l'effluent pourrait provenir des groupes eau-ammoniac qui ne sont pas séparés lors de la distillation. Il semble également y avoir d'autres options pour traiter le flux de déchets discutées sur ce forum.

C'est tout, en pensant à celui-ci (et en ne cherchant pas la prime, mais ça le ferait) soyez gentil d'avoir une réponse).



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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