Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Виробництво нітратної кислоти. Окиснення амоняку

Виробництво нітратної кислоти. Окиснення амоняку

Історія промислового виробництва нітратної кислоти. Стадії проведення синтезу азотної кислоти. Технологічна схема виробництва нітратної кислоти. Принципова схема установки для переробки йодовмісних систем на основі концентрованої нітратної кислоти.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 03.02.2015
Размер файла 1,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Технічний коледж Національного університету водного господарства та природокористування.

Курсовий проект

На тему: " Виробництво нітратної кислоти. Окиснення амоняку

Рівне 2014

Зміст

  • Вступ
  • Розділ І. Історія основних методів промислового виробництва нітратної кислоти
  • 1.1 Стадії проведення синтезу азотної кислоти
  • 1.2 Методи виробництва продукта
  • 1.2.1 Технологічні схеми виробництва неконцентрованої азотної кислоти
  • 1.2.2 Технологічна схема виробництва азотної кислоти комбінованим методом
  • 1.2.3 Виробництво азотної кислоти за схемою АК-72
  • 1.2.4 Принципова схема виробництва розбавленої HNO3 під атмосферним тиском (3,4-7,8 105 Па)
  • 1.2.5 Принципова схема виробництво конценрованої азотної кислоти
  • 1.2.6 Схему прямого синтезу концентрованої HNO3
  • 1.3 Фізико-хімічні основи процесу
  • 1.4 Теоретичні основи запроектованої стадії нітратної кислоти
  • 1.4.1 Швидкість каталітичного окислювання аміаку
  • 1.4.2 Промислові каталізатори процесу окислювання аміаку
  • 1.5 Технологічна схема запроектованої стадії нітратної кислоти 7,3 *105 Па, окиснення амоняку
  • 1.6 Можливі неполадкі технологічного режиму, і методи їх усунення
  • 1.7 Утилізація відходів виробництва, очищення стічних вод. Санітарне очищення повітря
  • 1.7.1 Принципова схема установки для переробки йодовмісних систем на основі концентрованої нітратної кислоти
  • 1.7.2 Очищення викидних газів
  • 1.7.3 Основні способи очистки води
  • 1.8 Характеристика небезпеки виробництва. Правила ведення процесу
  • ІІ. Розділ розрахункова частина
  • 2.1 Матервальний розрахунок
  • 2.2 Тепловий розрахунок контактного апарата
  • Висновок
  • Список використаної літератури

Вступ

Р. Дж. Глаубер отримав в середині 17-го сторіччя, чисту нітратну кислоту реакцією і перегонкою селітри з сірчаною кислотою, зараз цей процес застосовується при лабораторному отриманні кислоти. Склад кислоти вперше визначив А. Лавуазьє в 18 сторіччі, він визначив що речовина має в своєму складі азот та кисень та точна формула не була відома. Точний склад був визначений Генрі Кавендішем. Промислове виробництво почалося лише на початку 19 століття, коли сірчана кислота та нітрат натрію були доступні в великих кількостях.

Сучасний спосіб добування кислоти, каталітичне окислення аміаку на платині було відкрито Ч.Ф. Кульманом (1838).

До винаходу синтетичного аміаку названого на честь його першовідкривачів "Аміак Габер і Бош", такий спосіб отримання залишався дуже дорогим у порівнянні з добування з натрієвої селітри. На початку 20-го століття Вільгельм Оствальд, започаткував виробництво азотної кислоти з аміаку у промислових масштабах. Дешевий спосіб окислення аміаку в даний час замінив всі інші промислові способи добування нітратної кислоти.

нітратна кислота концентрована окислення

Розділ І. Історія основних методів промислового виробництва нітратної кислоти

Натрієва селітра відома людству з давніх часів. Першою письмовою згадкою про її одержання являються роботи арабського вченого Гебера датовані 778 роком, в яких описав спосіб приготування "міцної горілки" (так він називав азотну кислоту) шляхом перегонки галуну і селітри. У 1650 році Глаубер запропонував добувати азотну кислоту, дією концентрованої сірчаної кислоти на калієву селітру. Цей процес заснований на слідуючій реакції

KNO3 + H2SO4 = HNO3 +KHSO4

На початку XIX століття азотну кислоту почали добувати в промислових об'ємах із натрієвої селітри, потужні поклади якої було відкрито в Чілі. Цей процес описується слідуючою реакцією

NaNO3 + H2SO4 = HNO3 + NaHSO4

Цей спосіб був єдиним промисловим способом виробництва HNO3 до 20 років минулого століття.

Вдосконалений варіант цього методу промислового отримання азотної кислоти базувався на тому,що розкладання чілійської селітри сірчаною кислотою проводилось у вакумі (залишковий тиск до 650 мм вод. ст.) в циклічних апаратах. Температура розкладу селітри знаходиться в проміжку від 80 до 160 0С. Тривалість процесу складав 6 годин. Вихід азотної кислоти був близький до теоретичного. Витрати палива для обігріва реактора складала 120кг на 1 т HNO3. Цей спосіб отримання азотної кислоти цілком залежав від імпорту чілійської селітри і не міг задовольнити зростаючий попит на неї промисловим виробництвом,що призвело до відмови від нього.

Найбільшою природною кладовою азоту являється атмосфера. Відомо,що над кожним кілометром земної поверхні в повітрі міститься 8 млн т азоту.

Завдання перетворення інертного азоту, який знаходиться в повітрі в хімічно активні азотомісткі речовини (NO,NO2,HNO3) було вирішене колективними зусиллями багатьох вчених.

Ще в 1781 р. Кевендіш в результаті електричного розряду в повітрі отримав оксиди азоту. У 1814 р. В.Н. Каразін вніс пропозицію про "зведення електрики з верхніх шарів атмосфери для виробництва селітри". Перший патент на спосіб отримання азотної кислоти за допомогою електричного розряду в повітрі і перетворення оксидів азоту на нітрит і в нітрати отримав Лефебр в 1859 р.

У 1901 р. Належало початок фіксації азоту повітря в полум'ї електричної дуги (дуговий метод). У 1902 р. У США споруджений завод по фіксації атмосферного азоту за допомогою електричної дуги, що виникає при пропусканні між електродами струму силою 0,75 а і напругою 8000 в печі конструкції Бредлея і Ловджоя. Із-за недосконалості конструкції печі і великої витрати електроенергії завод був закритий в 1904 р.

Виробництво азотної кислоти дуговим методом цікаво тим, що в нім використовували дешеву початкову сировину - повітря. Апаратурне оформлення процесу довільно нескладне. Проте для його здійснення була потрібна величезна кількість електроенергії, що досягає 70000 квт ч на 1 т N2 (це відповідає 64 т умовного палива).

Про утворення HNO3 внаслідок окислення NО в NO2 і розчинення його у воді було відомо з давніх часів:

2NO + О2 = 2NO2; (a)

3NO2+ H2О = 2HNO3 + NO, (б)

проте цей процес довгий час не мав промислового значення через ряд технічних і економічних труднощів. Важливо було визначити, який метод добування NO був би більш раціональним - безпосередній синтез його з N2 і О2, повітря, чи окисленням NH3.

На той час перший спосіб виявився економічно невигідним. У 1839 р. було виявлено, що NH3 при наявності платини окислюється до HNO3 за рівнянням

NH3 + 2О2 =HNO3+H2O. (в)

На основі цього в 1909 р. в Німеччині було збудовано перший дослідний завод продуктивністю 1800 кг розбавленої HNO3 на рік. Потім такі заводи були побудовані в Бельгії, Англії та інших країнах Європи. На них використовували NH3, який утворювався при коксуванні вугілля і частково від розкладання ціанаміду кальцію водяною парою. Внаслідок недосконалості технології ці заводи виявились нерентабельними.

У 1914 р. російський інженер І.І. Андреєв після докладного вивчення впливу різних факторів на процес окислення NH3 запропонував спосіб виробництва НNО3 з аміачних вод коксових печей. Наприкінці 1916 р. в Юзовці [тепер Донецьк) було споруджено перший азотнокислотний завод, що працював за способом Андреєва. На ньому в 1917 р. працювало вже 14 контактних апаратів. Процес окислення NH3 здійснювався без підігрівання ззовні на платино-іридієвому каталізаторі. Досвід цього заводу відіграв надзвичайно велику роль у розвитку вітчизняної і світової азотнокислотної промисловості.

Таким чином, азотну кислоту в промислових масштабах виробляли слідуючими методами:

1. взаємодією натрієвої селітри з сірчаною кислотою;

2. дуговий метод;

3. розкладанням ціанаміду кальцію водяною парою;

4. з аміачної води;

5. шляхом окислення синтетичного аміаку киснем повітря.

На сучасному етапі розвитку азотнокислотної промисловості азотну кислоту виробляють виключно окисленням синтетичного аміаку NH3 киснем повітря із застосуванням різноманітних каталізаторів.

1.1 Стадії проведення синтезу азотної кислоти

В даний час промислове виробництво азотної кислоти здійснюється на основі контактного окислення синтетичного синтетичного аміаку. Процес складається з двох основних стадій: отримання окислу азоту і переробка її в азотну кислоту

Стадія окислення аміаку в окисел азоту в загальному вигляді виражається рівнянням

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6Н2О

Стадія окислення окислу азоту у вищі оксиди азоту і переробки їх в азотну кислоту може бути представлена рівняннями

2NO + O2 = 2NO2

3NO2 + Н2О = 2HNO3 + NO

Сумарну реакцію без урахування побічних реакцій, що проходять з утворенням елементарного азоту і інших з'єднань, можна виразити рівнянням

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O +421,2 кдж

Відповідно до послідовності цих стадій розглянемо технологію виробництва азотної кислоти.

Дослідження показують, що при окисленні аміаку на різних каталізаторах і залежно від умов ведення процесу можна отримати окисел азоту, елементарний азот і закис азоту

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O +907,3 кдж

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O +1104,9 кдж

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O +1269,1 кдж

Крім того, можливі й інші побічні реакції, що протікають з утворенням азоту без участі каталізатора. До таких реакцій відносяться розкладання окислу азоту і взаємодія аміаку з окислом азоту. У газах після окислення аміаку може знаходитися аміак, що також не прореагував.

Термодинамічні розрахунки зміни вільній енергії показують, що приведені вище основні реакції можуть йти практично до кінця.

Таким чином, при окисленні аміаку як в процесі, що може протікати в декількох напрямах, склад кінцевих продуктів визначатиметься перш за все виборчою здатністю каталізатора. Відповідно підбираючи каталізатор і умови ведення реакції, можна змінити і склад отримуваних продуктів.

При використанні як каталізатор платини вихід окислу азоту в інтервалі температур 700-8500С може досягати 97-98%. Каталізатори з платинових сплавів є якнайкращими для виборчого окислення аміаку в окисел азоту.

Реакція окислення аміаку до окислу азоту йде з незначною зміною об'єму, тому зміна тиску не робить істотного впливу на рівноважний вихід продуктів взаємодії. Великі величини константи рівноваги цієї реакції (1053 при 9000С) свідчать про практичну її безповоротність за промислових умов здійснення процесу.

Платиновим каталізаторам надають сітчасту форму, що дозволяє застосовувати контактні апарати простого типу. Зазвичай каталізаторні сітки виготовляють з дроту діаметром 0,05-0,09 мм. для виготовлення сіток застосовуються сплави наступного складу: Pt+4%Pd+3,5%Rh (для контактних апаратів, які працюють при атмосферному тиску) і Pt+7,5%Rh (для конвертерів, що працюють при підвищеному тиску). При окисленні аміаку під атмосферним тиском встановлюють від 2 до 4 сіток (звичайна 3 шт.). У апарати що працюють під тиском 8 ат, закладають від 16 до 18 сіток.

У оптимальних умовах ступінь перетворення аміаку в окисел азоту на одній сітці може досягати 86-90%, на двох сітках 95-97%, на трьох - 98%.

На нових сітках високий ступінь конверсії досягається не відразу, а протягом декількох діб роботи при 6000С. Процес активації сіток при 9000С закінчується через 8-16 годин. Поверхня платинових сіток в процесі експлуатації сильно розпушуються, гладкі блискучі нитки стають губчастими і матовими.

В результаті цього сильно розвивається поверхня каталізатора, що приводить до підвищення його активності. З часом розпушування поверхні платинових сіток приводить до їх сильного руйнування і великих втрат платини. Додавання до платини родію і паладію має двояке значення: по-перше, підвищується активність каталізатора, по-друге, зменшуються втрати каталізатора.

У промисловості знайшли застосування комбіновані каталізатори, в яких разом з платиною використовуються та інші, дешевші матеріали. Розроблений Гіапом комбінований двоступінчатий каталізатор складається з сітки потрійного сплаву (перший ступінь) і шару неплатинового каталізатора завтовшки 50-65 мм (другий ступінь). Застосовуючи залізохромовий каталізатор, в другому ступені окислення можна досягти 96% -ного перетворення аміаку на окисел азоту.

Нітрозні гази, отримані контактним окисленням аміаку, містять в основному окисел азоту, з якого при подальшому окисленні виходять вищі оксиди азоту. Протікання яких можна описати наступними рівняннями:

2NO + O2 = 2NO2

NO + NO2 = N2O3

2NO2 = N2O4

З пониженням температури рівновага всіх цих реакцій зміщується управо. При низьких температурах, наявності надлишку кисню і часу достатньому для встановлення рівноваги, можна чекати переходу всіх оксидів азоту в чотириокис N2O4. При недостачі кисню або при несталій рівновазі в нитрозних газах можуть бути присутніми одночасно всі вказані оксиди (NO, N2O3,NO2 і N2O4).

П'ятиокис азоту N2O5 з оксидів за умов окислення не утворюється: закис азоту N2O киснем повітря далі не окислюється.

Оксиди азоту переробляють в неконцентровану азотну кислоту за допомогою їх поглинання з газової фази водою або розбавленою азотною кислотою. Для цього нітрозні гази охолоджують і направляють в поглинювальні башти або колони абсорбції, де відбувається окислення NO і поглинання оксидів азоту, що утворилися. Залежно від умов охолоджування і окислення в газовій фазі можуть бути присутніми різні оксиди азоту, які реагують з водою по реакціях:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 +27,73 ккал

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 +14,13 ккал

N2O3 + H2O = 2HNO2 +13,3 ккал

З практичної точки зору не має значення, що реагує з водою - двоокис або чотириокис азоту, оскільки швидкість їх взаємного перетворення дуже велика, а кількість енних з NO2 і N2O4 азотистої і азотної кислот однаково.

Процес отримання азотної кислоти пов'язаний з розчиненням у воді NO2, N2O4 і N2O3. У газовій фазі в результаті взаємодії пари води з оксидами азоту утворюється також незначна кількість азотної і азотистої кислот.

Азотиста кислота малостійка і розкладається з утворенням азотної кислоти і окислу азоту по сумарній реакції

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O - 18ккал

Розрахунки показують, що за звичайних умов рівноважний вміст азотистої кислоти в розбавленій азотній кислоті дуже мало. Швидкість розкладання азотистої кислоти з підвищенням температури різко збільшується, проте і при звичайній температурі швидкість цієї реакції дуже велика.

Сумарні реакції утворення азотної кислоти з урахуванням розкладання азотистої кислоти описуються рівняннями

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO

За літературними даними, при ступені окислення газу менше 50% розчинів азотної кислоти поглинають оксиди азоту у вигляді NO+NO2. При високому ступені окислення газу відбувається поглинання оксидів азоту у вигляді NO2. Враховуючи малу кількість триокиси азоту в газі, зазвичай всі розрахунки проводять виходячи з рівняння реакції.

Розрахунок рівноважного складу оксидів азоту над азотною кислотою показує, що при парціальному тиску двоокису азоту 0.1 ат отримання азотної кислоти, що має концентрацію більше 60% HNO3, практично неможливий. Присутність в газовій фазі окислу азоту зміщує рівновага реакції вліво. Тому у виробничих умовах при атмосферному тиску важко отримати кислоту з концентрацією вище 50%, а при 8 ат - більше 60%.

Головними чинниками, що визначають високу швидкість утворення азотної кислоти, є проведення абсорбції під тиском при знижених температурах із застосуванням багатих за вмістом оксидів азоту нітрозних газів і створення умов для повнішого зіткнення газу з рідиною.

1.2 Методи виробництва продукта

Виробництво неконцентрованої, комбінованої, за схемою АК-72, розбавленої HNO3 під атмосферним тиском (3,4-7,8 105 Па), конценрованої, прямий синтез концентрованої HNO3.

У промисловості HNO3 виробляють за такими технологічними схемами:

1 Технологічні схеми виробництва неконцентрованої азотної кислоти

2 Технологічна схема виробництва азотної кислоти комбінованим методом

3 Виробництво азотної кислоти за схемою АК-72

4 Принципова схема виробництва розбавленої HNO3 під атмосферним тиском (3,4-7,8 105 Па).

5 Принципова схема виробництво концентрованої азотної кислоти.

6 Схему прямого синтезу концентрованої HNO3

1.2.1 Технологічні схеми виробництва неконцентрованої азотної кислоти

(рисунок 1)

Повітря, забруднене пилом і кислими газами, очищається в скрубері 1, зрошує мий водою або лужним розчином; від пилу він очищається в рукавному фільтрі 2. Газоподібний аміак фільтрують через матер'яні фільтри або промивають рідким аміаком від пари олії і механічних домішок (каталізаторний пил з колон синтезу аміаку). Після очищення аміак і повітря змішуються у вентиляторі 5 з утворенням аміачно-повітряної суміші, що містить 10,5-11,5 об. % аміаку. Суміш через картонний фільтр поступає в контактний апарат 7 на платинових сітках при 750-850 0С протікає окислення NH3 до оксид азоту. Гази, NО, що містять, O2, N2 і водяні пари, а також NH3, що не окислюється в N0, поступають далі в котел - утилізатор 8, де охолоджуються до температури 160-170 0 С. При цьому утворюється пара тиском до 4 МПа і температур 450 0С. Потім, пройшовши холодильник 10 і накопичувач кислого конденсату 11, нітрозні гази при 40 0С вентилятором 9 подають на абсорбцію в систему, що складається з 6-8 колон а абсорбції 14 з нержавіючої сталі. Колоні містять насадку у вигляді кілець Рашига і розташовані послідовно одна іншою.

У холодильнику 10 при охолодженні газу відбувається часткове окислення NO в NO2 і утворення кислого конденсату того, що містить 2-3 мас. % HNO3, а в холодильнику 1 - конденсату, 25-30%, що містить HNO3. Конденсат насосом подають у колону 14, де протікають два процеси - окислення NO в NO2 і поглинання NO2 водою з утворенням азотної кислоти. Поглинання оксидів азоту здійснюється за принципом протитечії, причому в останню колону подається вода, а в інші колони зрошуються кислотою відповідної концентрації.

Утворена в останній колоні дуже розбавлена кислота перетікає з колоні у колону і, зустрічаючи більше концентровані нітрозні гази, поглинає їх. При цьому її концентрація досягає 45-48 мас. %.

Окислення NO в NO2 і поглинання NO2 водою протікають з виділенням тепла, тому кислоту, зрошують у колоні, охолоджують. у кислотних холодильниках 13. Для подання кислоти на зрошування колон служать відцентрові насоси 12.

Виробляєма 45-48% - кислота, як правило, видається з другої колоні абсорбції і містить розчинені оксиди, для видалення яких її нагрівають до 50-55 0С і продувають повітрям в відбілюючій колоні 18. Оксиди азоту, що виділилися, повертають в систему абсорбції. Оскільки система абсорбції забезпечує поглинання NO2 тільки на 92-94%, нітрозні гази поступають далі в дві послідовно встановлені насадні колоні, зрошувані нітрит нітратними розчинами натрію або кальцію. В результаті загальна міра поглинання оксидів азоту складає 96-97%, а утримування їх у вихлопних газах дорівнює 0,2-0,1 (об.) %.

Продуктивність системи, працюючої при атмосферному тиску до 250 тис. т/рік HN03.

1.2.2 Технологічна схема виробництва азотної кислоти комбінованим методом

(рисунок 2)

Повітря для окиснення аміаку забирається з атмосфери безпосередньо біля цеху через повітря відбірні труби і підлягає ретельному очищенню від пилі і шкідливих домішок, які отруюють каталізатор, таких, як ацетилен, сірчаних, фтористих і інших з'єднань. Повітря, що забирається очищується від пилу і ядовитих домішок і апараті 2 шляхом промивання його теплою водою на трьох сітчаних тарілках, після чого фільтрують через сухі рукавні фільтри. Аміак, який поступає з цеху синтезу аміаку через газгольдер, вміщує домішки каталі заторного пилу і масла і тому очищується фільтром 1. Очищені повітря і аміак ідуть і змішувач 3 і потім до вентилятора 4 Отримана аміачно-повітряна суміш, яка вміщує 10,5 - 11,5 об. % аміаку, поступає на підігрів в трубний простір теплообмінника 6 де підігрівається до 363 373 К нітроз ними газами, які виходять з котла - утилізатора 8 з температурою до 443 К.

Підігріта суміш проходить додаткове очищення в картонних фільтрах, які розташовані на верхній частині контактного апарату 7. Очищення аміачно-повітряна суміш поступає в контактний апарат, де на каталізаторі з трьох-чотирьох платинових сіток або на двоступінчатому каталізаторі, який складається з однієї платинової сітки і шар залізо хромового таблетизованого каталізатора, при атмосферному тиску і температурі 1053 - 1113 аміаку окислюється і утворює оксиди азоту і пари води. Вихід оксиду (ІІ) NO повинен бути не менше ніж 96%.

Отримані нітрозні гази температурою 1053 - 1113, з вмістом 10 - 11 об. % оксиду (ІІ) NO, поступають в котел-утилізатор 8, де охолоджується до 443 - 973 К. За рахунок використання тепла реакції окислення аміаку в котлі-утилізаторі виходить перегрітий пар температурою 723 і тиском до 3,8105 Па.

Нітрозні гази направляються з котла-утилізатора в між трубний простір підігрівника аміачно-повітряної суміші 6, де за рахунок нагрівання її охолоджуються до 383 - 393

Після чого поступають на подальше охолодження в газові холодильники-промивники 5. Газові холодильники-промивники мають три ситчаті тарілки, на яких розташовані охолоджуючі змійовики. Нітрозний газ поступає під нижню тарілку і, пройшовши три тарілки, охолоджується до 313 - 318 К. При цьому відбувається конденсації частини парів води, яка утворилася при окисленні аміаку. Одночасно з охолодженням газу відбувається окислення оксиду (ІІ) NO до оксиду (ІV) NO2 по реакції 2NO+О2-2NO2+Q і утворюється азотна кислота з концентрацією 25 - 30 мас. % HNO3, яка називається конденсатом азотної кислоти.

На нижніх тарілках нітрозні гази промиваються конденсатом азотної кислоти для відділення амонійних солей, які утворюються при проході аміаку через каталізатор. Кількість конденсату азотної кислоти, який утворюється в холодильнику-промивнику, недостатньо для промивки газу, тому на першу і третю тарілки поступає додатковий конденсат азотної кислоти. Стікаючи самопливом з холодильника-промивника, азотна кислота збирається в збирачі, звідки насосом подається в абсорбційну колону 15. Вода, яка поступає на охолодження нітрозного газу в холодильники-промивачі і холодильники компресорів, нагрівається до 308 К і через спільний колектор направляється в загальнозаводську мережу. З холодильників-промивників 5 нітрозні гази поступають і турбокомпресор 9, де стискаються до 3,2105 - 3,4105 Па і з температурою 383 - 393 К в результаті стискання направляються на окислення в повний окиснюваний об'єм 13 діаметром 2800 мм і висотою 5400 мм для отримання оксиду (ІV) NO2.

Реакція окислення оксиду (ІІ) NO до оксиду (ІV) NO2 протікає з виділенням тепла і нітрозні гази нагріваються до 593 К. Далі нітрозні гази охолоджується до 373 К за рахунок нагрівання хвостових нітроз них газів, які виходять з абсорбційної колони з температурою біля 308 К, в двох послідовно розташованих швидкісних теплообмінниках 14. Хвостові гази при цьому нагріваються до 533 - 553 К. Використання тепла окислення оксиду (ІІ) NO до оксиду (ІV) NO2 для підігріву хвостових нітроз них газів підвищує рекуперацію енергії до 45 - 46% замість 35% без використання цього тепла. Нітрозний газ поступає до низу абсорбційної колони. На верхню тарілку абсорбційної колони 15 подається паровий конденсат. При проходженні газу через отвори барботанних тарілок і шару кислоти на тарілках утворюється піна з розвиненою поверхнею розділу фаз (рідини і газу), що сприяє інтенсивному масообміну в абсорбційній колоні.

Азотна кислота, що утворилася, стікає з тарілки на тарілку, поглинає нітрозні гази, які ідуть назустріч і поступово збільшує концентрацію, яка на виході з абсорбера досягає 47 - 49 мас. %. На одну з тарілок в середній частині колони насосом подається азотна кислота 25-% -ї концентрації, яка утворилася в газових холодильниках-промивниках. Отриманапродукція (47 - 49 % - на HNO3) направляється в продув очну колону, в якій за допомогою повітря виділяються розчинені оксиди азоту, і вибілена кислота самопливом поступає на склад неконцентрованої азотної кислоти.

Нітрозні гази після продувної колони направляються до компресора. Нітрозні гази, які виходять з абсорбційної колони, які вміщують не більше 0,16 об. % оксидів азоту, пройшовши теплообмінник 14 з температурою 533 - 553 поступають на змішування з аміаком, який подається з цеху синтезу в апарат 10. Після змішування гази поступають до реактора 11, де на ванадієвому каталізаторі АВК-10 аміак відновлює оксиди азоту по реакціям 4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O + Q 8NH3 + 6NO = 7 N2 +12 H2O + Q Надлишковий аміак окислюється киснем, який вміщений в хвостових нітроз них газах, до 3 об. % по реакції 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O В результаті реакції очищені гази виходять з реактора з температурою 523 - 563 К і направляються в газову турбіну, яка сполучена на одному валу з турбокомпресором 9.

Тут тиск нітроз них газів понижується до 102,7 Па, і гази для кращого розсіювання в атмосфері поступають в трубу висотою 100 м, яка встановлена поза цехом.

1.2.3 Виробництво азотної кислоти за схемою АК-72

(рисунок 3)

Рідкий аміак під тиском 20 - 105 Па дроселює перед поданням у випарну установку. Паро рідинна суміш, що утворюється, розділяється в ресивері 33. Рідкий аміак поступає у випарник 30, де випаровується при 10-16 0С і постійному тиску. Останнє забезпечується зміною подачі пари в паровий випарник 29. Для підтримки постійної концентрації води в аміаку (до 0,1 мас. %) з випарника частина рідкого аміаку безперервно виводиться в дистиляційну колону 28, забезпечену кип'ятильником 27. Тут при (6-7) •105

Па в кубі утворюється аміачна вода, що містить 25 мас. % NH3, і відганяється газоподібний аміак.

Аміачна вода безперервно виводиться з колони;. охолоджується і періодично видається споживачам. Газоподібний аміак з дистиляційної колони 28 і випарника 29 очищається від олії і механічних домішок спочатку на фільтрі з пропіленового волокна 32, а потім на фільтрі з матеріалом ФПС і спрямовується в перегрівач 31.

Тут аміак нагрівається до 80-120 0С повітрям, що виходить з компресора 3. Повітря поступає з атмосфери через трубу 1, його очищають від механічних домішок у фільтрі 2. У зимовий час фільтр нагрівають, щоб він не забивався інеєм.

Очищене повітря стискають до 4,2-4,7 МПа і нагрівають до 160-200 0С, а потім, розділивши на два потоки, подають в рубашки двох контактних апаратів 4, працюючих паралельно, для охолодження корпусів і в підігрівач аміаку, 31. Очищене повітря і аміак поступають в камеру змішувача 8 контактного апарату; аміачно-повітряна суміш, що утворюється, містить 9,6-10,0 (об.) % HNO3. Пройшовши тонке очищення у фільтрі, вбудованому в контактний апарат, аміачно-повітряна суміш поступає на двоступінчатий каталізатор 5, що складається з трьох платиноїдних сіток і шару неплатинового каталізатора. Нітрозний газ, що утворюється, при 840-860 0С поступає в котел-утилізатор, розташований під контактним апаратом, де за рахунок охолодження газу отримують пару тиском 40 МПа і температурою 440 0С. Котел живлять хімічно очищеною водою, в колоні 24. Хімічно очищена вода подається в теплообмінник 22, де підігрівається нітрозним газом до 150 0С і, пройшовши економайзер 9, поступає у барабан котла-утилізатора 25.

Пара, що утворилася в котлі-утилізаторі, після зниження тиску до 27 МПа і температури до 300 0С направляють в заводську мережу.

Тепло нітрозного газу після котла-утилізатора використовують для підігрівання хімічно очищеної води в підігрівачі 10 і деаерованої води в економайзері 9. Потім нітрозні гази охолоджують у водяному холодильнику першого ступеня 11 від 130-140 до 55-56 0С. При охолодженні нітрозного газу відбувається конденсація пари води з утворенням 47% - азотної кислоти, яка подається в нижню частину газового промивача 21. Сюди ж з холодильника 11 поступає нітрозний газ.

Газовий промивач складається з двох паралельно підключених секцій з трьома тарілками в кожній. На верхні тарілки поступає азотна кислота. Вона служить для відмивання з нітрозного газу амонійних солей, що утворюються при проскакуванні аміаку через каталізатор внаслідок неповноти окислення NH3. Кислота з нижньої частини газового холодильника подається в колону абсорбції, а нітрозний очищений і охолоджений газ поступає в нітрозний компресор 20, де стискається до 11-12,6 МПа, нагріваючись при цьому до 210-230 0С. Після стискування нітрозний газ охолоджують в холодильнику 22 до 155-165 0С, в холодильнику другого ступеня 12 - до 60-65 0С і подають в колону абсорбції 13. На тарілках колони розташовані змійовики для охолодження кислоти.

Вода для охолодження поступає з оборотного циклу при температурі 25 - 27°С. З колони 58-60% - азотна кислота поступає в продувальну колону 14 для видалення розчинених в ній оксидів азоту 0,04-0,05 мас. % і далі спрямовується в сховище. Колона абсорбції зрошується знесоленою водою при температурі не вище 40 0С. Газ, що відходить, з колони абсорбції нагрівається в підігрівачі 16 сумішшю очищеного і паливних газів, потім змішується в змішувачі 17 з природним газом, підігрівається до 480 0С і спрямовується на каталітичне очищення від оксидів азоту в контактний апарат 18.

Каталізатором очищення є алюмінопаладієвим каталізатор АПК-2. При співвідношенні в газовій суміші [02]: [СН4], рівному 0,56, відбувається розкладання оксидів азоту. Після каталітичного розкладання вихлопні гази, що містять до 0,008 (об.) % оксидів азоту, при температурі 750-760 0С поступають в турбіну рекуперації 19, що входить до складу газотурбінного технологічного агрегату. Тут теплова енергія перетвориться в механічну з одночасним зниженням тиску газу від (9,5-11) •105 до1,05•Па. Енергія, що виробляється в газовій турбіні, використовується для приводу повітряного і нітрозного компресорів. Тепло газу після рекуперативної турбіни витрачається для підігрівання вихлопних газів через трубу газ викидається в атмосферу.

1.2.4 Принципова схема виробництва розбавленої HNO3 під атмосферним тиском (3,4-7,8 105 Па)

(рисунок 4)

Повітря, очищене в фільтрі 14, стискується компресором 13 до потрібного тиску. При цьому газ нагрівається приблизно до 100-130о С.

Стиснуте повітря, пройшовши через газозбірник 12 і теплообмінник 8, нагрівається до 300-3500 С завдяки теплу нітрозних газів і надходить для змішування з NH3 у змішувач 10.

Рідкий NH3 зі збірника 1 проходить ваги 3, випарник 4 і через фільтр 7 подається у змішувач 10. Аміачно-повітряна суміш з температурою 280-3500 С через фільтр 9 вводиться згори в контактний апарат 11, де на платиновому каталізаторі з 16-18 сіток NH3 окислюється до NO. При цьому в контактному апараті температура підвищується до 9000 С. Нижню частину контактного апарата та з'єднувальну трубу охолоджують водою, яка подається у водяну оболонку (сорочку).

Гарячі нітрозні гази проходять через теплообмінник 8, де охолоджуються до 4500 С, і водяний холодильник-конденсатор 5, де охолоджуються до 400 С.

При цьому утворюється 50 - 60% -ний розчин HNO3, який відводять як готовий продукт, або направляють на дальше концентрування у барботажну адсорбційну колону 6. Нітрозні гази з конденсатора 5 надходять у колону 6, де відбувається дальше окислення і поглинання оксидів азоту

1.2.5 Принципова схема виробництво конценрованої азотної кислоти

(рисунок 5)

Відпрацьовану H2SO4, з вмістом H2SO4 до 65% направляють на концентрування. Концентрування HNO3, дистиляцією її у суміші з концентрованою H2SO4, - громіздкий і дорогий процес. Кращим методом добування концентрованої HNO3 є прямий її синтез, який має значні технічні й економічні переваги перед перегонкою суміші HNO3 і H2SO4.

Він здійснюється в спеціальних автоклавах під тиском до 50 106 Па внаслідок взаємодії рідкого димеру NO2, з водою (розбавленою HNO3 при наявності газоподібного О2 і температурі 70-800 С за рівнянням (2N2O4 +2H2O +O2 = 4HNO3 +59,5 кДж). Для зміщення рівноваги реакції в бік утворення концентрованої HNO3 треба підвищити тиск і взяти надлишок NO2.

При прямому синтезі концентрованої HNO3 використовують рідкий димер NO2. Для добування його з нітрозних газів треба сконденсувати водяну пару, яка є в газовій суміші, окислити NO до NO2 і виділити його з газової суміші у рідкому стані.

Як видно з рівняння (2N2O4 +2H2O +O2 = 4HNO3 +59,5 кДж), для утворення 98% -ної HNO3 на 1 г-моль NO2 потрібно 0,5 г-моль Н2 О. З рівняння (4HN3 + 5O2=4NO +6 H2O +907,3 кДж.) видно, що на 1 г-моль NO припадає 1,5 г-моль Н2О. Для сконденсування більшої частини Н2О і відділення її від NO нітрозні гази треба дуже швидко охолоджувати. Для цього застосовують швидкісні холодильники з дуже розвиненою поверхнею, в яких при атмосферному тиску час охолодження нітрозних газів становить близько 0,1-0,2

Для швидкого окислення NO застосовують HNO3

NO +2HNO3 =3N02 + H2O.

Щоб виділити NO2 з газової суміші, газ охолоджують у розсольному холодильнику до - 10 0С. Таким способом можна сконденсувати значну частину оксидів азоту і розчиненням їх в концентрованій

HNO3 вилучити з газової суміші. Утворений розчин називається нітроолеум

1.2.6 Схему прямого синтезу концентрованої HNO3

(рисунок 6)

На установку надходять нітрозні гази, що утворилися внаслідок окислення NН3 під атмосферним тиском. Після охолодження в теплообміннику і котлі-утилізаторі нітрозні гази проходять через швидкісні холодильники 1 і 2. Конденсат з першого холодильника містить близько 2-3% HNO3. Конденсат з другого холодильника, в якому міститься до 30% HNO3, подають у змішувач 11 і застовують для добування концентрованої HNО3.

Окислення NO до NO2 відбувається вокислювальній башті 3 киснем, який є в газовій суміші, а решта NO доокислюється в башті 5 концентрованою HNO3; 75% -ний розчин HNO3, що тут утворюється, надходить у змішувач 11.

Далі NO2 вилучається з газової суміші, розчиняючись у концентрованій HNO3, в поглинальній башті 7. Для збільшення ступеня вилучення NO2 нітрозні гази і кислоту охолоджують приблизно до-100 С. В газах, що виходять з поглинальної башти, лишаеться ще багато оксидів азоту, тому їх промивають водою в іншій башті.

Розчин NO2 в HNO3 надходить у вибілювальну колону 8, де від нагрівання глухою водяною парою NО2 виділяється з розчину і виходить через верхню частину колони в розсільний холодильник-конденсатор 10, а звідти в змішувач 11. В колону 8 надходить і автоклавна HNO3, в якій розчинений NО2. ПродукціЙна HNO3, що звільнилася від оксидів азоту в вибілювальній колоні, надходить через розсільний холодильник на склад готової продукції і на зрошення доокислювальної 5 та поглинальної 7 башт. Діоксид азоту конденсується в розсільному холодильнику-конденсаторі 10 і збігає в змішувач 11, де розчиняється в НNО3. Суміш подається в автоклав 12, куди надходить і О2.

Автоклав - це товстостінний вертикальний стальний циліндр об'ємом 8-12 м3, футерований всередині листовим алюмінієм для збереження від дії HNO3.

Перспективи розвитку азотнокислотного виробництва пов'язані з раціональним розв'язанням питань збільшення потужності агрегатів, повнішим використанням тепла реакцій, скороченням викидання оксидів азоту в атмосферу, значним зниженням відносних капіталовкладень і собівартості HNO3.

1.3 Фізико-хімічні основи процесу

Нітратна кислота є безбарвною димучою рідиною з їдким запахом, легко розкладається, забарвлюючись у жовтий колір. Густина 1,53 г/смі. Кипить при 86°С, замерзає при - 41°С. На повітрі HNO3 "димить" внаслідок притягання її парами вологого повітря і утворення дрібненьких крапельок туману. Нітратну кислоту називають концентрованою з W (HNO3) = 96 %.

Нітратна кислота нестійка і вже під впливом сонячного світла поступово розкладається:

4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O

При нагріванні розклад її значно прискорюється. Утворюваний діоксид азоту розчиняється в HNO3 і надає їй жовтуватого кольору. У водних розчинах нітратна кислота значно стійкіша. З водою HNO3 змішується в будь-яких співвідношеннях.

Нітратна кислота належить до сильних кислот, у водних розчинах вона практично повністю дисоціює:

Молекулярна формула нітратної кислоти НNО3. Мr (НNО3) = 63, М (НNО3) = 63 г/моль. Зв'язки між атомами в молекулі ковалентні полярні, молекула має кутову будову.

Структурна формула:

У молекулі HNO3 атом Нітрогену утворює три зв'язки з двома атомами Оксигену за рахунок перекривання одноелектронних орбіталей, а четвертий зв'язок - за донорно-акцепторним механізмом: атом Нітрогену (донор) віддає електронну пару третьому атому Оксигену. Виникає частинка N+, а атом Оксигену, який має 6 валентних електронів, надає вільну р-орбіталь (акцептор). Валентність Нітрогену в НNО3 - ІV, ступінь окиснення +5. Речовина молекулярної будови

Хімічні властивості. Нітратна кислота - сильний електроліт, у водному розчині практично повністю дисоціює на йони:

Тому для неї характерні загальні властивості кислот

Специфічні властивості нітратної кислоти зумовлені найвищим ступенем окиснення Нітрогену +5, тому вона - сильний окисник. Доказом є:

1. Розклад концентрованої нітратної кислоти під дією світла і при нагріванні:

2. Займання тліючої скіпки в нагрітій нітратній кислоті:

3. Окиснення багатьох органічних сполук, наприклад спалахування скипидару в концентрованій нітратній кислоті.

4. Дія нітратної кислоти на метали супроводжується відновленням Нітрогену з утворенням різних продуктів: NO2, NO, N2O, NH4NO3.

Усі досліди з нітратною кислотою виконуються під витяжною шафою! При роботі необхідно додержуватися особливої обережності!

Дослід 1. Спалахування скипидару в нітратній кислоті.

На дно хімічного стакана насипаємо річковий пісок шаром 2-3 см. У порцелянову чашку наливаємо суміш (1:

1) концентрованих кислот - нітратної і сульфатної. Це робиться для того, щоб підвищити концентрацію нітратної кислоти завдяки сульфатній кислоті як водовідбірного засобу.

Тигельними щипцями чашку обережно ставимо у стакан на пісок. Довгою піпеткою краплями добавляємо скипидар. Кожна крапля, потрапляючи в суміш кислоти, спалахує і згоряє, утворюючи багато кіптяви

Взаємодія з металами.

Розбавлена і концентрована нітратні кислоти як сильні окисники взаємодіють майже з усіма металами (за винятком золота і платинових металів). У процесі взаємодії з металами ніколи не виділяється водень. Залежно від концентрації кислоти й активності металу утворюються різні продукти відновлення. Так, концентрована нітратна кислота при взаємодії з малоактивними металами завжди виділяє нітроген (ІV) оксид NO2, а розбавлена - NO.

Дослід 2. Взаємодія концентрованої нітратної кислоти з міддю.

У пробірку з міддю додамо трохи концентрованої нітратної кислоти. Спостерігаємо активне виділення бурого газу нітроген (ІV) оксиду:

При взаємодії концентрованої нітратної кислоти з більш активними металами виділяється нітроген (І) оксид:

Розбавлена нітратна кислота при взаємодії з малоактивними металами виділяє нітроген (ІІ) оксид.

Дослід 3. Взаємодія розбавленої нітратної кислоти з міддю.

У пробірку покладемо кусочок міді, доллємо розбавленої нітратної кислоти (у співвідношенні 1: 5).

У пробірці з міддю виділяється безбарвний газ нітроген (ІІ) оксид NO, який над пробіркою одразу перетворюється на бурий газ нітроген (ІV) оксид NO2:

За допомоги цієї реакції розпізнають нітратну кислоту. Вона є якісною на нітрат-іон. Чим більш розбавлена кислота і чим активніший метал, тим глибше відновлюється Нітроген:

10Al + 36HNO3 (розб.) = 3N2 + 10Al (NO3) 3 + 18H2O

4Mg + 10НNO3 (розб.) = NH4NO3 + 4Mg (NO3) 2 + 3H2O

Отже, Нітроген у молекулі нітратної кислоти знижує свій ступінь окиснення, тобто є окисником.

Метали алюміній, залізо, хром у концентрованій нітратній кислоті пасивуються. Їх поверхня покривається захисною оксидною плівкою, яка в кислоті не розчиняється. Тому концентровану нітратну кислоту (96 - 98 %) зберігають і перевозять у сталевих цистернах.

Нітратна кислота не окиснює благородні метали (золото, платину та ін.). Проте суміш концентрованих нітратної та хлоридної кислот у співвідношенні 1: 3, що називається "царською водою", діє на ці метали і розчиняє їх. Це відбувається внаслідок утворення хлору, який під час виділення дуже активний.

Аналогічно розчиняється золото.

1.4 Теоретичні основи запроектованої стадії нітратної кислоти

Виробництво розведеної нітратної кислоти з аміаку складається з наступних стадій:

1) контактне окиснення аміаку до оксиду азоту (ІІ):

4NH3 + 5О2 > 4NO + 6Н2 О, ?Н = - 907 кДж (а)

2) окислення NОдо NO2:

2NO+O2 -2NO2, ?Н = - 112кДж (б)

3) абсорбція діоксиду азоту водою з утворенням розбавленої азотной кислоти:

3NO2 + H2 O - 2HNO3 + NO, ?Н = - 136 кДж (в)

Оксид азоту, що виділяється при цьому, (ІІ) окислюється до діоксиду і знову абсорбується.

Контактне окислення аміаку.

При окисленні аміаку крім основної реакції (а) можуть протікати й інші процеси:

4NH3 + 4О2 > 2N2 O + 6Н2 О ?Н = - 1105 кДж (г)

4NH3 + 3О2 > 2N2 + 6Н2 О, ?Н = - 1270 кДж (д)

4NH3 + 6NO > 5N2 + 6H2 O, ?Н = - 1810 кДж (е)

які приводять до непродуктивної витрати аміаку.

Рівновага реакцій окислювання аміаку (а), (г), (д) в умовах виробництва повністю зміщена вправо. Обчислені для реакцій (а) і (д) константи рівноваги при 750°С мають значно малі значення:

Отже, перетворення аміаку в кінцеві продукти при 750°С може досягати майже 100%. Загальна швидкість процесу визначається співвідношенням швидкостей реакцій (а) - (е). Під час відсутності каталізатора найбільш швидкої є реакція окислювання до елементного азоту. Природно, що в азотнокислотному виробництві процес окислення проводять на каталізаторах, які мають властивість вибіркової дії, тобто на таких каталізаторах, які різко прискорюють реакцію одержання NO в порівнянні з іншими реакціями окислювання аміаку.

В азотнокислотній промисловості в основному застосовують платинові каталізатори. Процес окислювання аміаку на платиновому каталізаторі відноситься до числа найбільш швидких каталітичних реакцій, відомих у даний час. У виробничих умовах практично повне окислювання аміаку досягається за (1-2) 10-4 с.

1.4.1 Швидкість каталітичного окислювання аміаку

Швидкість процесу окислювання залежить від технологічного режиму процесу і конструкції контактного апарату. На високоактивних платиноїдних каталізаторах процес протікає в дифузійній області. На менш активних (оксидних) каталізаторах при знижених температурах окислювання аміаку визначається швидкістю каталітичних актів, тобто протікає в кінетичній області.

Підвищення температури сприяє збільшенню не тільки швидкості хімічної реакції, але і коефіцієнта дифузії аміаку в суміші. Тому підвищення температури - ефективний засіб збільшення швидкості процесу окислювання, що протікає як у кінетичної, так і в дифузійній області. Однак підвищення температури каталізу вище ~850°С знижує вихід NO і підвищує вихід елементного азоту (мал.1) за рахунок реакції (д), а також термічної дисоціації NH3 і інших шкідливих побічних реакцій. На платиновому каталізаторі підтримують температуру від 800°С при атмосферному тиску і до 900°С при підвищеному тиску, при якому час контакту сильно зменшуються і побічні реакції практично не встигають протікати. На низькоактивних неплатинових оксидних каталізаторах час зіткнення необхідно збільшувати в десятки разів у порівнянні з платиновим. Оптимальна температура знижується до 700-750°С. Підвищення тиску прискорює процес окислювання NН3, тому що збільшуються концентрації реагуючих компонентів у реакційному обсязі, зменшується обсяг газової суміші.

Однак при підвищеному тиску істотно зростає віднесення дрібних часточок платини з газами, що здорожує товарну кислоту, оскільки платина має високу вартість, а процес уловлювання мікроскопічних часточок платини з нітрозних газів після контактного апарата досить складний і не забезпечує повного усунення втрат платини. При підвищенні тиску необхідно збільшувати товщину стінок апаратури, у результаті чого зростає її вартість. Тому застосовують надлишковий тиск 0,2-1 МПа.

(рисинок 7)

Залежність ступеня перетворення аміак у від температури (ф= const, каталізатор Pt - Pd - Rh)

(рисунок .8)

Залежність виходу оксиду азоту від відношення концентрацій кисню й аміаку

Склад газової суміші впливає на температурний режим і загальну швидкість процесу, особливо якщо лімітує не дифузія, а хімічна реакція між NH3 і О2. По рівнянню реакції (а) на 1 моль NH3 витрачається 1,25 моль О2, однак при такому співвідношенні компонентів вихід оксиду азоту (ІІ) не перевищує 65%, тобто дуже малий (мал.2). Для збільшення ступеня окислювання аміаку на практиці застосовують співвідношення O2: NH3 =1,8-2,0, що відповідає вмісту аміаку в аміачно-повітряній суміші 9,5-10,5 (об. частки в %). Варто враховувати, що при звичайній температурі суміш аміаку з повітрям вибухонебезпечна в інтервалі 16-27% NH3. При підвищенні температури межа вибуховості розширюються.

1.4.2 Промислові каталізатори процесу окислювання аміаку

Ці каталізатори являють собою сплав платини з 4% Pd і 3% Rh. Платинові каталізатори виготовляють у вигляді сіток з тонкого дроту діаметром 0,06-0,09 мм, що мають 1024 отвору в 1 см2. Сітки ці для створення визначеного часу контактування скріплюються у вигляді пакета, встановленого в контактному апараті.

На 1 м2 активній поверхні контактної сітки під атмосферним тиском можна окислити до 600 кг, а при тиску 0,8 МПа - до 3000 кг аміаку на добу. Однак при роботі під тиском 0,8 МПа і вище платиновий каталізатор руйнується швидше.

Руйнуванню каталізатора сприяють і багато контактних отрут (сполуки сірки, фосфін і ін.), які крім отруєння каталізатора знижують його механічну міцність. Домішки (пил, іржа, мастило і т.п.), що утримуються в газі, також знижують активність і міцність каталізатора. Для відновлення активності каталізатора його промивають розведеним розчином соляної кислоти. Усе це приводить до того, що в процесі окислювання аміаку каталізатор стає пухким і дрібними частками його несуться з потоком газу. Якщо під атмосферним тиском віднесення платини на 1 т азотної кислоти складає 0,04-0,06 г, то при підвищеному він досягає вже 0,15-0, 20. Частина Pt уловлюється і регенерується, але і при цьому витрати платини складають значну частину собівартості азотної кислоти.

З метою економії платини застосовують двухстадійне контактування, при якому аміак частково окисляється на платиноїдних сітках, а потім доокислюється в шарі неплатинового зернистого каталізатора. Як неплатинові каталізатори застосовують різні композиції оксидів або солей, у тому числі оксиди заліза або хрому, солі кобальту.

Питома продуктивність платинового каталізатора висока завдяки високій швидкості реакції окислювання. Якщо швидкість усього процесу окислювання визначається швидкістю дифузії аміаку в газі, то інтенсивність роботи каталізатора 1 [кмоль/ (м2 *с*Па)] буде характеризуватися рівнянням

де D - коефіцієнт дифузії аміаку в повітрі; R - молярна газова стала; Т - абсолютна температура; l - середня довжина дифузійного шляху молекули аміаку.

Активність каталізаторів може сильно знижуватися внаслідок отруєння деякими домішками, що маються в газовій суміші, або ж у результаті дії механічних суспензій.

До найбільш сильних контактних отрут процесу окислювання аміаку належать сполуки сірки і фосфору.

У промисловості застосовується кілька типів контактних апаратів для окислення аміаку. Однак усі вони мають приблизно однаковий принцип дії.

При підвищеному тиску встановлюють до 18 сіток. При двухстадійному контактуванні (мал.3) число платиноїдних сіток може бути знижене до 1-3 (при підвищеному тиску).

Окислення оксиду азоту (ІІ) до діоксиду. Нітрозні гази, одержані при окисленні аміаку, містять NО і інші оксиди азоту, кисень, азот і пари води. Для одержання азотної кислоти оксид азоту (ІІ) необхідно окислити до діоксиду.

Процес окислення NО киснем повітря описують наступним сумарним (балансовим) рівнянням:

2NO+O2 - 2NO2, ?Н=-112кдж (ж)

Відповідно до принципу Ле Шателье рівновага цього процесу зміщується вправо при підвищенні тиску і зниженнітемператури. Практично утворення діоксиду азоту починається при температурі нижче 700°С, а при температурі нижче 100°С рівновага майже цілком зміщена вправо.

(рисунок .9)

Контактний аппарат

1 - розподільні ґрати; 2 - корпус апарата; 3 - платиноїдна сітка; 4 - шар неплатинового каталізатора; 5 - насадка; 6-опорні ґрати

Константа швидкості процесу збільшується зі зниженням температури, що іноді розглядають як порушення закону Арреніуса. У дійсності це явище можна пояснити тим, що процес по формулі (ж) протікає в дві стадій. Спочатку відбувається швидка оборотна екзотермічна реакція димеризації оксиду азоту

2NO -N2 O2 (з)

а потім окислення димера по екзотермічній практично необоротній (при t<100°С) реакції

N2 O2 + О2 - 2NO2 (і)

При підвищенні температури рівновага реакції (з) зміщується вліво, концентрація димера N2 O2 сильно знижується. Відповідно знижується і швидкість реакції (і)

У результаті зменшується і загальна швидкість процесу. Тому для збільшення швидкості перетворення NO у NO2 реакційну суміш енергійно охолоджують. Підвищення тиску сприяє зміщенню рівноваги по реакції (з) в бік димера і збільшенню швидкості реакції (і). Підвищується і ступінь абсорбції діоксиду азоту. Тому в останні роки у виробництві азотної кислоти перейшли від установок під атмосферним тиском до підвищеного тиску до 1 МПа.

Страница:


Подобные документы

  • Контактне окиснення аміаку

    Аналіз головної стадії виробництва нітратної кислоти - окиснення аміаку киснем повітря. Розрахунок матеріального і теплового балансів конвертора, обґрунтування та вибір його конструкції. Екологічна оцінка виробництва розведеної нітратної кислоти.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.06.2011

  • Виробництво лимонної кислоти

    Хімічні і фізичні властивості лимонної кислоти. Продуценти лимонної кислоти, властивості сировини для її біосинтезу, культивування. Характеристика готової лимонної кислоти. Апаратурна схема виробництва та експлікації. Технологічний процес виробництва.

    реферат [255,2 K], добавлен 10.11.2010

  • Технологія виробництва азотної кислоти

    Загальна характеристика хімічної промисловості. Фізико-хімічні основи та технологічна схема виробництва азотної кислоти. Розрахунок балансу хіміко-технологічного процесу. Теплові розрахунки хімічного реактора. Розрахунок ентропії та енергії Гіббса.

    курсовая работа [865,2 K], добавлен 25.09.2010

  • Виробництво слабкої азотної кислоти з розробкою контактного апарата

    Аналіз існуючих схем виробництва азотної кислоти і конструкції типових апаратів. Вибір більш оптимальної технологічної схеми і апарату, в якому виконується синтез нітрозних газів. Розрахунки для безпечної установки устаткування на котел-утилізатор.

    дипломная работа [3,6 M], добавлен 27.06.2012

  • Виробництво глютамінової кислоти

    Характеристика бактерії Corynebacterium glutamicum, що використовується для виробництва глютамінової кислоти. Визначення показників росту при періодичному культивуванні мікроорганізмів. Склад поживного середовища. Енергетичний баланс окиснення субстрату.

    курсовая работа [771,6 K], добавлен 13.03.2011

  • Проектування автоматизованої системи керування технологічного процесу розділення очищенного оксиданту у виробництві адипінової кислоти

    Властивості і методи виробництва адипінової кислоти, опис технологічного процесу розділення окислення очищеного оксиданту. Схема ректифікаційної установки. Технічні засоби автоматизації системи I/A Series, моделювання перехідного процесу, оптимізація.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 20.10.2011

  • Розрахунок перемішуючого апарату для виробництва винної кислоти

    Розрахунок реактора з перемішуючим пристроєм лопатевого типу для перемішування розчину неорганічної солі. Опис технологічного процесу виробництва винної кислоти. Обґрунтування вибору конструкції, технічна характеристика апарату із перемішуючим пристроєм.

    курсовая работа [774,8 K], добавлен 19.11.2014

  • Харчова добавка Е270 – молочна кислота

    Фізико-хімічні властивості молочної кислоти. Сировина для її виробництва. Використання молочної кислоти та її солей. Кількісне визначення субстанції Е270 у харчових продуктах. Гігієнічні норми використання харчової добавки Е270, реакції автентичності.

    контрольная работа [264,9 K], добавлен 26.05.2014

  • Тенденції розвитку харчових виробництв як об’єктів автоматизації

    Особливості об’єктів автоматизації харчової промисловості. Принципова технологічна схема барабанного котла. Характеристика бурякоцукрового заводу, стадії виробництво цукру. Технологічна схема тракту подачі буряка та відділення очищення дифузійного соку.

    курсовая работа [4,6 M], добавлен 04.04.2012

  • Технологічна схема виробництва пастеризованих вершків

    Технологічна схема виробництва вершків. Схема гомогенізації рідини. Технічні характеристики трубчастих пастеризаторів. Ємності для зберігання. Початкова і кінцева температури молока. Обладнання для розливання, дозування та пакування молочних продуктів.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 28.11.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены