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.
При окислюванні оксиду азоту може протікати реакція асоціації NO2 з утворенням димера:
2NO2 -Н2 О4 ?Н = - 57 кДж
Швидкість цієї реакції дуже велика, а рівновага з підвищенням тиску і зменшенням температури зміщується в праву сторону.
Таким чином, у нітрозних газах, що надходять на абсорбцію, містяться NO2, N2 O4, O2, N2 O, NO, N2 O2, N2, пари води та ін.
Абсорбція діоксиду азоту і його димера протікає за схемами
2 NO2 + Н2 О - HNO3 + HNO2, ?Н = - 116 кДж
N2 О2 + Н2 О - HNO3 + HNO2, ?Н = - 59 кДж
Одержана при цьому азотиста кислота нестійка і розкладається:
3HNO2 -HNO3 + 2NO + Н2 О, ?Н = 76 кДж
Тому сумарно взаємодію NO2 з водою можна представити рівнянням реакції
3NO2 +Н2 О> 2HNO3 + NO, ?H = - 136 кДж
Поглинання діоксиду азоту водою - типовий хемосорбциійний процес у системі газ - рідина.
У виробництві необхідно одержувати кислоту як можна вищої концентрації. При цьому збільшується пружність оксидів азоту над розчином кислоти, що знижує рушійну силу процесу і, отже, загальну швидкість процесу. Для зміщення рівноваги убік утворення HNO3 необхідно знижувати температуру, а також підвищувати тиск. При абсорбції оксидів азоту використовують принцип протипотоку, тобто більш концентрований газ кантактує з концентрованою кислотою, а наприкінці абсорбції залишки NO2 поглинаються найбільш слабкою кислотою.
Внаслідок екзотермічності процесу абсорбції температура вихідної продукційної кислоти звичайно складає не менш 50°С, тому в установках, що працюють під атмосферним тиском, виходить кислота, що містить лише 50% HNO3. В установках, що працюють під тиском 0,6-0,8 МПа, можна одержати 58-60% -ну кислоту. Піднімаючи тиск до 5 МПа, в установках прямого синтезу HNO3 з оксидів азоту і кисню одержують кислоту концентрацією 98% HNO3.
1.5 Технологічна схема запроектованої стадії нітратної кислоти 7,3 *105 Па, окиснення амоняку
(рисунок 10)
2,24 - повітряний нагнітавач, 3 - насос, 4,20 - теплообмінник,5 - змішувач,6 - камера спалювання,7 - конденсатор, 8 - випарник, 9 - дистиляційна колона, 10 - підігрівач,11 - холодильник конденсатор,12 - колона абсорбції,13 - продувальна колона,14 - котел утилізатор,15 - контактний апарат,16 - змішувач,17 - фільтр,18 - окислювальна колона 19 - підігрівач повітря, 21 - котел утилізатор, 22 - водяний економайзер,23 - проміжний холодильник аміаку і аміачно-повітряної суміші. У цій схемі каталітичне окислення аміаку киснем повітря протікає під тиском 7,3 *105 Па, а подальше поглинання діоксиду азоту у відділенні абсорбції - під тиском близько 6,5 - 105 Па.
Рідкий аміак тиском 12 - 105 Па випаровується у випарнику 8 водяною парою тиском 6-Па і при температурі 230 0С. Газоподібний аміак з випарника поступає в дистиляційну колону 9 для очищення від вологи, олії, каталізаторного пилу, далі конденсується в конденсаторі 7.
Конденсат, що утворюється, повертають в дистиляційну колону, а газоподібний аміак через підігрівач 10 направляють при температурі 150 0С в змішувач 16. Повітря для окислення аміаку очищають від домішок, присутніх в повітрі, на двухступінчатому фільтрі (перший ступінь фільтру виконаний з лавсанової тканини, друга - з тканини Петрянова). Очищене повітря стискають у повітря нагнітовачеві 2 в дві стадії.
В першій стадії повітря стискають до 3,5 - 105 Па і воно нагрівається до 167-175 0С за рахунок адіабатичного стискування.
Повітря - охолоджують до 48 0C у проміжному холодильнику 23 і направляють на другу стадію нагнітача відцентрового типу 24, де його тиск зростає до 7,3•105 Па. Після компресора повітря направляють в технологічний цикл і в агрегат ГТТ-3.
У технологічному циклі повітря витрачається у відділенні окислення аміаку, в продувальній колоні, у відділенні каталітичного очищення хвостових нітрозних газів і в колоні абсорбції, для регулювання
концентрації нітрозного газу, що поступає вниз колони абсорбції барботажного типу.
Основний потік повітря після стискування нагрівається до 250-270 0С в підігрівачі повітря 19 за рахунок тепла газів, що утворюються при окисленні оксиду азоту до діоксиду, і змішується з аміаком в змішувачі 16. У отриманій аміачно-повітряній суміші вміст аміаку має бути не більше 10 (об.) %. Зі змішувача аміачно-повітряна суміш поступає на тонке очищення у фільтр 17, забезпечений 18 склянками з базальтовим волокном. Після тонкого очищення аміачно-повітряна суміш подається в контактний апарат 15 на конверсію аміаку.
Частина повітря поступає в продувальну колону 13 для обдувки оксидів азоту з кислоти і на каталітичне очищення хвостових нітрозних газів.
Конверсія аміаку протікає на платинородієвих сітках при температурі 870-910 0С, причому міра конверсії аміаку до оксиду азоту складає 96 (об.) %. Нітрозні гази при температурі 890-910 0С поступають в котел-утилізатор 14, розташований під контактним апаратом і службовець для утилізації тепла гарячих нітрозних газів. У котлі за рахунок охолодження нітрозних газів від 890-910 до 170 0С відбувається випар хімічно очищеної деаерованої води, що живить котел-утилізатор; при цьому отримують пару з тиском 13 •105 Па і температурою 230 0С.
Частина пари використовується для потреб цеху, а велика частина видається в заводську мережу. У трубному просторі котла-утилізатора рухаються нітрозні гази, в міжтрубному - утворюється пара у кількості 25 т/ч. Оксид азоту, що міститься в нітрозном газі, починає окислюватися в котлі-утилізаторі, потім гази поступають в комбінований апарат, виконаний у вигляді порожнистої колоні для подальшого окислення NO в NO2. У верхній частині окислювальної колоні 18 встановлений фільтр із скляного волокна для уловлювання платинового каталізатора, що відноситься з нітрозним газом, що виходить з контактного апарату.
Нітрозні гази поступають в окисник з мірою окислення до 40 (об.) %. У об'ємі колоні триває окислення NO в NO2, причому міра окислення зростає до85 (об.) %. За рахунок реакції окислення температура нітрозних газів підвищується до 300-335 0С. Це тепло використовується в теплообміннику 19 для підігрівання повітря, що змішується з аміаком, від 110 до 250-270 0С. При цьому температура нітрозного газу знижується до 170-175 0 С. При цій температурі нітрозні гази поступають на підігрівання хвостових нітрозних газів в теплообміннику 20, де хвостові гази нагріваються до 110 - 125 0С, а нітрозні гази охолоджуються до 150 0С.
Подальше охолодження нітрозних газів до 30-50 0С відбувається у відділенні абсорбції в двох послідовно встановлених холодильниках-конденсаторах 11, охолоджуваних оборотною водою. При цьому конденсується розчин 40-50% азотної кислоти через фільтр, в якому уловлюється платина, цей конденсат подається в колону абсорбції на 6-7-у тарілку.
Нітрозний газ з холодильників - конденсаторів через сепаратор поступає під нижню тарілку колони абсорбції 12. Колона абсорбції барботажного типу має 50 сітчастих тарілок, її діаметр 3200 мм, висота 44000 мм. Згори на 50-у тарілку подають охолоджений паровий конденсат або конденсат сокової пари.
Азотна кислота низької концентрації, що утворюється, перетікає на тарілки, що пролягають нижче; назустріч кислоті рухається нітрозний газ. За рахунок поглинання оксидів азоту концентрація кислоти поступово збільшується і на виході з колони досягає 55-56 мас. %. Процес поглинання оксидів азоту протікає з виділенням тепла, проте оптимальні умови окислення. NO вимагають знижених температур, тому, починаючи з 1-ї тарілки і до 30-ої, на барботажних тарілках розташовані змієвикові холодильники, по яких циркулює охолоджувальна оборотна вода.
Зміст оксидів азоту в кислоті після виходу з колони досягає ~ 1 (об.) %. тому азотна кислота самопливно перетікає в продувальну колону 13. Тут на трьох сітчастих тарілках при продуванні підігрітим повітрям з неї виділяються розчинені оксиди азоту до змісту, обумовленого ГОСТ. Вибілена кислота поступає на склад.
Повітря після продувальної колони подається вниз колони абсорбції. Міра абсорбції оксидів азоту складає 99 (об.) %., Виходячи з колони нітрозні гази при 35 0 С містять 0,11 (об.) % оксидів азоту і 3-3,5 (об.) % кисню. Вони поступають у відділення каталітичного розкладання оксидів азоту до елементарного азоту. Хвостові нітрозні гази, нагріті до 110 - 145 0C в підігрівачі 20, поступають в камеру спалювання 6 установок каталітичного очищення, де нагріваються до 390-450 0С за рахунок горіння природного газу.
Після камери спалювання в змішувачі 5 паливних і хвостових газів змішуються з природним газом і спрямовуються в реактор з двошаровим каталізатором, де першим шаром є оксид алюмінію з нанесеним паладієм, другим шаром - оксид алюмінію Очищені хвостові гази при 690-700 0С поступають в газову турбіну агрегату ГТТ-3, а потім при 395-408 0С і тиску 1,06 - 10 5 Па спрямовуються в котел-утилізатор 21 і водяний економайзер 22. У котлі виробляється пара тиском 13 - 105 Па і температурою 230 0С. Зміст оксидів азоту в очищених вихлопних газах складає 0,005-0,008 (об.) % і зміст CO2 - 0,23 (об.) %.
Відмітною особливістю цього агрегату є використання енергії стислих газів після колони абсорбції і тепла реакції окислення аміаку до NO, окислення NO в NO2 і тепло реакції відновлення хвостових нітрозних газів.
Недоліками цієї схеми є: порівняно низька міра окислення NH3 (96-94,5%) втрати платиноїдного каталізатора (0,14-0,16 г/т HNO3 в порівнянні з 0,045 - 0,05 г/т HNO3 під атмосферним тиском
1.6 Можливі неполадкі технологічного режиму, і методи їх усунення
ГДК шкідливих речовин в приміщеннях при виробництві нітратної кислоти.
Концентрація оксидів, азоту в повітрі робочих приміщень не повинна перевищувати 0,005 мг/л (в перерахунку наN2 O5), концентрація NH3-0,02 мг/л.
Перспективи розвитку та вдосконалення технології виробництва нітратної кислоти.
До сучасних тенденцій розвитку технології виробництва азотної кислоти відносяться:
1. забезпечити технологію процесу більш надійними конструкціями апаратів та машинних агрегатів;
2. підвищувати ступень кислої абсорбції;
3. підвищити рівень використання тепла хімічних реакцій;
4. підвищити коефіцієнт корисної дії енергії стислих газів;
5. збільшення швидкості процесу на всіх його етапах;
6. зниження шкідливих викидів в атмосферу;
7. збільшення потужності азотнокислотних установок;
8. постійно збільшувати виробництво концентрованої азотної кислоти,що дозволить спростити методи отримання аміачної селітри та інших азотних добрив;
9. зменшення витрат платинового каталізатора, за рахунок уловлення фільтрами платинового пилу;
10. застосування в якості каталізаторів сплавів платини з полодієм і ренієм;
11. Упровадження у виробництво комбінованих каталізаторів.
1.7 Утилізація відходів виробництва, очищення стічних вод. Санітарне очищення повітря
Всі відомі технологічні процеси хімічного виробництва супроводжуються утворенням великої кількості відходів у вигляді шкідливих газів та пилу, шлаків, шламів, стічних вод, що містять різні хімічні компоненти, які забруднюють атмосферу, воду та поверхню землі.
Виробництво азотної кислоти спричиняє значні забруднення кислотоутворюючими оксидами - азоту, сірки, а також вуглекислого газу, аміаком. Їх надходження в повітря помітно змінило склад сучасної атмосфери порівняно з доіндустріальним періодом.
Переробка високотоксичних відходів на основі концентрованої нітратної кислоти (наприклад, окисників рідкого ракетного палива) ускладнена забрудненням багатьма компонентами. Одними з найпоширеніших домішок є сполуки йоду, які додаються до концентрованих розчинів нітратної кислоти як інгібітори корозії. Присутність йоду серйозно ускладнює переробку таких систем за стандартними схемами, які ґрунтуються на розведенні розчинів, що підлягають утилізації, та їх подальшій ректифікації.
Тож, враховуючи вищенаведене, існує потреба у розробленні технології, яка б передбачала комплексне використання усіх компонентів, що містять вихідні системи.
Ми запропонували технологію утилізації йодовмісних систем на основі концентрованої нітратної кислоти, принципову схему якої показано нижче. За цією схемою некондиційні системи на основі концентрованої нітратної кислоти, що містять сполуки йоду, з існуючої ємкості об'ємом 100 м 3 занурювальним насосом подають на зрошування відбілювальної колони 1, яка заповнена насадком і має обгортку для обігрівання. У нижню частину відбілювальної колони 1 для інтенсифікації процесу десорбції оксидів азоту і молекулярного йоду з нітратної кислоти подають повітря від компресорної установки 9.
Вибілена нітратна кислота, що містить йодатну кислоту, з нижньої частини відбілю вальної колони 1 з температурою 60-70 єС поступає у середню частину реактора 3. Реактор 3 є трубчастим теплообмінником, розділеним на дві зони: нижню і верхню. Нітратна кислота поступає на верх нижньої зони у трубки реактора і стікає по них вниз. У трубках нижньої зони реактора 3 за температури 220-240 єС відбувається випарювання та подальше часткове термічне розкладання нітратної кислоти до оксидів азоту, кисню та води. З метою інтенсифікації процесу видалення газів та пари, що утворюється, в нижню частину реактора 3 подають повітря. З верху нижньої зони реактора 3 гази та пари поступають у верхню зону реактора 3, де за температури 240-250 єС відбувається остаточне розкладання нітратної кислоти. З верхньої частини реактора 3 гази, що містять оксиди азоту, кисень, азот і пара води з температурою 240-250 єС, направляються у нижню частину кислоти абсорбції 2. Сюди ж поступають оксиди азоту, молекулярний йод і повітря з температурою 60-70 єС з відбілювальної колони 1
1.7.1 Принципова схема установки для переробки йодовмісних систем на основі концентрованої нітратної кислоти
(рисунок 12)
1 - відбілювальна колона; 2 - абсорбційна колона; 3 - реактор; 4 - санітарна колона; 5 - збірник; 6 - насос; 7 - ємкість; 8 - насос; 9 - компресорна установка; 10 - ємкість карбаміду; 11 - насос; 12 - ємкість з мішалкою; 13 - ємкість; 14 - насос; 15 - підігрівач
У середню частину абсорбційної колони 2, заповненої насадком, подають 55 % -й розчин карбаміду. У процесі взаємодії оксидів азоту з карбамідом утворюється діоксид вуглецю, азот і вода. Унаслідок виділення великої кількості тепла за рахунок екзотермічної реакції, температура в колоні абсорбції 2 досягає 250-300 єС. Газ, який відходить з верхньої частини абсорбційної колони 2, що містить молекулярний йод, діоксид вуглецю, азот і воду, з температурою 250-300 єС, розділяють на три потоки і направляють в обгортку обігрівання відбілювальної колони 1 і в міжтрубний простір нижньої і верхньої зон реактора 3. З обгортки обігрівання відбілю вальної колони 1 і міжтрубного простору нижньої і верхньої зон реактора 3 гази подають у нижню частину санітарної колони 4, на зрошування якої подають розчин гідроксиду кальцію з концентрацію 5 - 10 % мас. У середню частину санітарної колони 4, заповненої насадком, подають частину води, що не випарувалася, з нижньої частини колони абсорбції 2 та йодатну кислоту, що не випарувалася. Туди ж подають частину води, що не випарувалася, із слідами нітратної кислоти з нижньої частини реактора 3. З верхньої частини санітарної колони 4 газ, що відходить, який містить I2,CО2, N2, H2О з температурою 120-130 єС, скидають до атмосфери.
З нижньої частини санітарної колони 4 водний розчин Ca (NО3) 2, що містить Ca (JО3) 2 у незначних кількостях, направляють у збірник 5, в якому у разі потреби, його розбавляють водою до санітарних норм і направляють у народне господарство.
1.7.2 Очищення викидних газів
Особливу увагу в існуючих і виробництвах, що проектуються, необхідно приділяти очищенню газів від оксидів азоту. В усьому світі витрати на ці мети неухильно зростають. Однак необхідно проводити подальшу роботу зі скорочення кількості газових викидів і по впровадженню безвідхідних технологічних процесів, а також розробляти більше ефективні методи знешкодження газоподібних викидів.
Для систематизації методів санітарного очищення газів і для більше цілеспрямованого проведення досліджень здійснена класифікація методів очищення газів від оксидів азоту. В основу її покладена здатність оксидів азоту окислятися під дією рідких, твердих і газоподібних окислювачів, відновлюватися до елементарного азоту під дією високих температур, вступати в хімічні реакції з різними групами сполук, що піддаються регенерації. Відповідно до запропонованої класифікації розроблені методи очищення газів від оксидів азоту підрозділені на чотири класи: окисні, відновлювальні, сорбційні та інші методи.
Найбільш ефективним способом знешкодження нітрозних газів є каталітичне відновлення оксидів азоту до елементарного азоту. Процес відновлення протікає на поверхні каталізатора в присутності газу відновлювача. Каталізаторами служать сплави металів платинової групи. Найбільш високу каталітичну активність мають каталізатори на основі палладія, платини й родію, зміст яких у каталізаторі коливається в межах 0,1-2,0%, нанесених на оксиди алюмінію, цинку, силікагелю, кераміку й природні матеріали.
Умовно по температурах відновлення процеси ділять на високотемпературні (більше 5000С) і низькотемпературні (менш 5000С).
У якості відновлюючого агенту при високотемпературному очищенні запропоновані: водень, азотно-воднева суміш, оксид вуглецю (II), природні, нафтові, коксовий гази, пари гасу, мазуту й ін. Практичне застосування в промисловості знайшов природний газ, вміст сірки в якому не повинне перевищувати 20 мг/м3.
Як каталізатори застосовують метали Рt, Рd, Rh, Ru, Ni, Сu, Сг, Fе й сплави Ni-Сг, Сu-Сг, Zn-Сг і ін., нанесені на оксиди алюмінію, цинку, силікагель, кераміку й природні матеріали. В агрегатах УКЛ-7,3 і АК-72 застосовують паладієвий каталізатор АПК-2 (Аl2О3 із 2% Рd). Процес відновлення NOx протікає при 720-770 0С, об'ємній і лінійній швидкостях газу відповідно 15000-25000 год-1 і 1,0-1,5 м/с. Для досягнення залишкової концентрації оксидів азоту в межах 0,002 - 0,008% (про.) підтримують 10% -ний надлишок природного газу від стехіометричного.
Першою стадією процесу є горіння й конверсія метану киснем
СН4 + 2О2 - СО2 +2Н20 + 804,58 кДж. (45)
При неповному згорянні метану утворяться водень і моноксид вуглецю:
СН4 + 0,502 = СО + 2Н2 + 35,13 кДж. (46)
Диоксид азоту відновлюється до оксиду азоту NО, а потім останній до N2
Н2 + NО2 = Н2О+NО+ 184,9 кДж, (47)
Н2 + NО = Н2О + 0,5 N2 + 332,45 кДж. (48)
Аналогічно взаємодіє N0х з монооксидом вуглецю. Сумарні реакції взаємодії природного газу з оксидами азоту можна представити у вигляді:
СН4 + 4NО2 =СО + 4NО + 2Н20 + 574,4 кДж, (49)
СН4 + 4NО = СО2 + 2N2 + 2Н20 + 11 646 кДж. (50)
Основним недоліком такого методу є поява в газових викидах оксиду вуглецю (II), не менш шкідливого, чим оксиди азоту.
З метою зменшення витрати СH4 і зниження температури відновлення в якості відновлювача запропоновано використовувати аміак, що за певних умов селективно взаємодіє з оксидами азоту й не реагує з киснем. Відновлення оксидів азоту проходить в основному до молекулярного азоту
4NHз + 6NО = 5N2 + 6Н2О + 1810,6 кДж (51)
8NНз + 6NО2 = 7N2 + 12Н2О + 2734 кДж (52)
Однак залежно від типу каталізатора можливо також відновлення NО2 і NО до оксиду азоту (I) і окислювання аміаку киснем до N2 і N2О:
2NНз + 8NО = 5N20 + ЗН20 + 945,6 кДж (53)
4NНз + 402 = 2N20 + 6H20 +1104,4 кДж (54)
4NHз + 302 = 2N2 + 6Н20 + 1268,8 кДж (55)
Зіставлення констант рівноваги основних (51, 52) і побічної. (55) реакцій указує на перевагу реакцій відновлення оксидів азоту аміаком у порівнянні з реакцією аміаку з киснем.
Селективна взаємодія аміаку тільки з оксидами азоту забезпечує низькотемпературне (200--350°С) протікання процесу. Селективне каталітичне очищення використовується в агрегатах, обладнаних низькотемпературною рекуперативною турбіною. Каталізатором служить алюмо-ванадиєвий контакт АВК-10М. У промислових умовах при об'ємній швидкості 15000 год-1, лінійної - до 1 м/с, співвідношенні [NНз]: [NОx] = (1,1--1,15): 1 ступінь відновлення оксидів азоту досягає 98 - 98,5 %. Час пробігу каталізатора 2-3 роки.
1.7.3 Основні способи очистки води
Таблиця 1.3
Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним з таких методів:
подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогою механічних пристроїв;
відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;
розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг та гідроциклонів;
усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин та домішок до рівня, при котрому стоки можна скидати у водойми або в каналізацію;
вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;
фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а найчастіше - шляхом пропускання їх через пісок;
освітлення води шляхом пропускання її через пісок або спеціальні пристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати завислі частки.
Вибір схеми очищення води від завислих часток та нафтопродуктів залежить від виду та кількості забруднень, необхідного ступеня очищення.
Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці
Флотація - процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода - повітря, вода - тверда речовина). Процес очищення СПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частинки забруднень - бульбашки повітря", що спливає на поверхню та утилізується. За принципом дії флотаційні установки класифікуються таким чином:
флотація з механічним диспергуванням повітря;
флотація з подачею повітря через пористі матеріали;
електрофлотація;
біологічна флотація.
1.8 Характеристика небезпеки виробництва. Правила ведення процесу
10% газоподібного аміаку і 90% очищеного від пилу і вологи повітря нагнітаються в змішувачі, де вони змішуються і виходить аміачно-повітряна суміш. Далі змішані гази йдуть в контактні апарати, де отримана суміш окислюється. Потім її охолоджують в теплообмінниках і далі суміш відправляється в холодильники. Після холодильників гази гази направляються в окислювальну і абсорбційну апаратуру, де відбувається подальше окислення нижчих оксидів азоту і вищі.
Потім при поглинанні оксидів азоту водою утворюється слабкий розчин азотної кислоти знову направляється на абсорбцію окислів азоту, в результаті чого виходить більш міцний розчин азотної кислоти.
Процес концентрації азотної кислоти здійснюється в спеціальних колонах при взаємодії слабкої азотної кислоти і міцної сірчаної у присутності пари. При цьому міцна сірчана забирає воду від азотної, що утворилися при цьому пари міцної азотної кислоти направляються в холодильники, конденсуються і отримана таким чином азотна кислота зливається в спеціальні сховища з алюмінію або з кислототривкої сталі, з яких прямо розливається в пляшки або прямо наливається в залізничні цистерни.
Умови праці на різних виробничих ділянках.
У контактному відділенні аміак і аміачно-повітряна суміш, що нагнітається вентиляторами в змішувачі, а потім у контактні апарати, знаходиться під деяким тиском, тому через нещільність вентиляторів, з'єднань трубопроводів, засувок трубопроводів, змішувачів можливе виділення аміаку в робочі приміщення.
З огляду на те, що багато технологічних процесів відбувається при високих температурах, на багатьох робочих місцях є значні тепловиділення.
Так, наприклад, температура платинової сітки досягає 600-700° і алюмінієві стінки контактних апаратів на зовнішній поверхні мають температуру близько 300°. Для боротьби з тепловиділенням апарати укладають, з'єднані з витяжними системами вентиляції.
Контактна відділення представляє певну небезпеку вибуху, тому що при утриманні аміаку в повітрі понад 13-15% суміш стає вибухонебезпечною. Для попередження небезпеки вибуху слугує встановлений на лінії подачі аміаку від газгольдера до вентилятора - автоматичний вентилятор, який припиняє подачу аміаку при відключенні електричного струму і, отже, при зупинці роботи нагнітальних вентиляторів.
Основними шкідливостями абсорбційних відділень є забруднення повітря оксидами азоту, постійно проникаючими в приміщення з сусідніх газоходів і кіслотопроводов, від насосів, місць взяття проб.
У абсорбційному відділенні також можливі аварії, пов'язані з одноразово великим надходженням газів у повітря приміщення. Найбільш небезпечними місцями по аваріях є скляні з'єднання кіслотопроводов від веж до буферних баків, а також кіслотопроводи, які під високим тиском, де при несправності або пошкодженнях системи також можуть бути прірви великих кількостей кислоти.
У інверсійному відділенні неблагополучним місцем є верх кераміковой вежі, куди надходить кислота і розчин нітритів, при взаємодії яких відбувається бурхливий утворення оксидів азоту. При найменших нещільності вони надходять в робочий відділення. Також необхідно зазначити небезпека опіків обличчя та очей бризками кислоти, рук і тіла кислотою при аваріях, при взятті проб, при ремонті апаратури.
Забруднення зовнішнього повітря на території підприємства оксидами азоту, що викидаються хвостовими вентиляторами. Зміст окислів у цих викидах досягає 0,5 - 1,5%.
У відділенні зберігання слабкої кислоти причинами постійних і аварійних газовиділень є також нещільність і несправності кіслотопроводов, переливання ємностей через край. При цьому також можуть бути, крім газовиділення, і хімічні опіки кислотою.
Розлив азотної кислоти в залізничні цистерни проводиться зовні, отже, тут є головним чином небезпека опіку кислотою при переливанні цистерн, при неакуратності робітників.
ІІ. Розділ розрахункова частина
Тепловий розрахунок контактного апарата.
Вхідні дані
Виробництво агоегата (в кг/годину) моногідрата HNO3 5600
Вихід по окисленню амиака зк (в долях одиниці) 0,975
Вихід по абсорбції за (в долях одиниці) 0.985
Загальний вихід з = зк за.0,975 * 0,985 = 0,96
Вміст аміак в автоматично повітряній суміші (в об'ємі %) 1.0
Повітря насичене водяними парами при 310С в результаті проходження через пінний промивник повітря
Розрідження в промивачі повітря (н/м2). 2500
Кінцевий тиск
101 325 - 2500 = 98 825 (н/м2)
де
101 325 - нормальний барометричний тиск, (н/м2)
Пружність водяної пари в повітрі при 310С і 100% нормальна насиченість (н/м2) 4520.
Витрата аміака
1) Кількість аміачно-повітряної суміші, поступаючої на окиснення
В цій кількості аміачно повітряній суміш міститься повітря
хв = х NH3 + в - х NH3 = 18847.4 - 2073.1 = 16 774 (нм3/ год)
2) Склад повітря, поступаючого на окислення аміака
а) кількість водяної пари
б) кількість хлору
хO2 = хв (хв - хH2O) сО2 = (16774.3 - 766.6) 0.209 = 3345 (нм3/ год)
Де
а O2 - вміст кисню в атмосферному повітрі, рівний 0, 209 об`ємної частки
в) кількісь азота
хN2 = х в - (хH2O + хO2) = 16774.3 - (766.6 + 3345.4) = 12662 (нм3/ год)
3) Склад нітрозних газів, утворюючих в результаті окислення аміака.
Основні реакції, протікаючи в контактному апараті:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 904.80 кдж
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1266.28 кдж
По умовам, першої реакції окислюється 97,5% NH3, по другій 2,5%. Склад нітрозних газів визначається стехіометричним співвідношенням в цій реакції:
а) Кількість утвореного азоту (по першій реакції)
хNO = х NH3 зk = 2073.1 * 0.975 = 2021.6 (нм3/ год)
б) Кількістьть утвореного азоту (по другій реакції)
хN2 = 0.5 * х NH3 (1 - зk) = 0.5 * 2073.1 (1 - 0.975) = 25.8 (нм3/ год)
Всього азоту в нітрозних газах
126 62.3 + 25.8 = 12 688.1 (нм3/ год)
в) Кількість утворюючих водяних парів (по першій і другій реакції)
Всього вийшло водяної пари в нітратних газів
766.6 + 3109 = 3876 (нм3/ год)
г) Кількість витраченого кисню по першій реакції
По другій реакції
Всього залишається кисню в нітрозних газах
3345.4 - (2526.7 + 39.2) = 779.5 (нм3/ год)
2.1 Матервальний розрахунок
Звідний матеріальний баланс окислення аміака
|
Прихід |
Витрата |
|||||
|
статья |
Кг/год |
(нм3/ год) |
статья |
Кг/год |
(нм3/ год) |
|
|
Аміак Повітря Кисень Азот Пари води |
1 573.6 4 780.7 15 827.3 616.0 |
2 073.1 3 345.4 12 662.3 766.6 |
Окисень азоту Кисень Азот Пари води |
2 708.7 1 113.8 15 859.8 3 115.3 |
2 021.6 779.5 12 688.1 3 876.3 |
|
|
Всього вологого повітря |
21 224.0 |
16 774.3 |
всього |
22 797.6 |
19 365.5 |
|
|
всього |
22 797.6 |
18 847.4 |
2.2 Тепловий розрахунок контактного апарата
Кількість спалюючого аміака m NH3 кг/год.1573.6
Кількість повітря mв кг/год.21 224.0
Теплоємність аміака с NH3 кдж/кг * град.2.160
Теплоємність повітря св кдж/кг * град.1.008
Розрахункова температура поступаючого контактного апарата аміачно - повітряної суміші tcm в0С.70
Тепло виділене при окислені аміака по першій реакції
Де 904 800 кдж/кмоль - теплота парової реакції
Тепло, виділене при окислені аміака по другій реакції
Де 1 266 280 кдж/моль - теплота другої реакції
Загальна кількість виділеного тепла
У Q = 20 380 000 + 731 000 = 21 111 000 кдж/год
Теоретична температура на сітці
Де
У q - тепло перенесене з аміачно-повітряної суміші, кДж/ год, m н. г. - кількість нітратних газів, рівна 22 797 кг/ год - середня теплоємкість нітрозних газів в інтервалі 0 - 8000С розрахована по теплоємкості окремих компонентів, вона рівна 1,223 кдж/ кг * град
q NH3 = M NH3 * C NH3 * t cm = 1573 * 2,160 * 70 = 238 000 кдж/год
qв = мВ * св. * tcm = 21 224 * 1.008*70 = 1490 000 кдж/год
У q = q NH3 + qв = 238 000 + 1 490 000 = 1 728 000 кдж/год
Теоретична температура на сітці при початкові температурі аміачно-повітряній суміші 700С складає:
Температура газу на виході із контактного апарату:
Приймається, що 3% тепла втрачається в навколишньому середовищі. Кількість пари отриманої в котлі-утилізаторі. Нітрозні гази із контактного апарата з температурою 4970С поступає в котел-утилізатор, в якому за рахунок тепла нітрозних газів утворюється пара 25*105 н/м2. Нітрозні гази при цьому охолоджуються до 2500С. Кількість тепла поступаючого в котел-утилізатор з нітроз ними газами.
Q1= mН. Г * сН. Г * t
де, mН. Г - кількість нітрозних газів, рівна 22797,6 кг/ч; сН. Г - середня теплоємність нітрозних газів, розрахована в інтервалі 0-8000С по теплоємності окремих компонентів:
Кількість тепла, витраченої на утворення пари.
Q3 = Q1 - Q2 = 22 140 000 - 6 580 000 = 15 560 000 кдж/год
Де
2880 - ентальпія пари, кДж/год, 86 - ентальпія поглинутої води, кДж/кг
Кількість пари, отриманої на 1000 кг моногідрата NHО3
Розмір контактного апарата
Площа перетену контактного апарата визначається за рівнянням:
Де t час контактування (в сек), які можуть бути визначені по формулі
Lg t = - 0.107 зk + 7,02 * 106 зk3
зk вихід в % по окисленню аміаку, при виході окислення аміака 97,5% час контактування рівний
Lg t = - 0, 107 * 97,5 + 7,02 * 10 - 6 * 97,5 = - 3,9260 = 4,0740
Звідси
t = 1, 186 * 10 - 4 сек
u0 - об'єм аміачно повітряної суміші (нм3/ сек).
2 кількість кантактних апаратів, установлених в одному агрегаті, ТК прийнята температура контактування (794 + 273 = 10670 К) m - кількість каталізаторних сіток (3 штуки), d - діаметр проволік сітки 9 *10 - 5м, Рк - тиск в контактном апараті 1 * 105 н/м2, n - кількість плетених сіток на 1м2 складуючих 1024 * 104
Висновок
Чиста нітратна кислота HNO3 при нормальній температурі - безбарвна рідина, що замерзає при - 4 0С, що кипить при 86°С. Максимальну температуру кипіння 121,9°С має розчин, що містить 68,4% HNO3, що представляє собою азеотропну суміш. Нітратна кислота дуже сильний окислювач. Багато органічних речовин (у тому числі тваринні і рослинні тканини) при дії азотної кислоти руйнуються, а деякі здатні воспламеняться. Особливо сильна як окислювач розведена HNO3. Концентрована ж кислота пасивує такі метали, як залізо, на цьому і засноване використання стали як конструкційного матеріалу у виробництві азотної кислоти.
Вітчизняна промисловість випускає нітратну кислоту двох видів: розведену зі змістом 50-60% HNO3 і концентровану, утримуючу 96-98% HNO3. Розведена кислота використовується в основному для виробництва азотовмісних мінеральних добрив. Міцна нітратна кислота споживається для виробництва вибухових речовин, барвників, пластичних мас, нітролаків, кіноплівки й інших найважливіших продуктів. Азотну кислоту виробляють з аміаку.
В даній роботі розглянуто технологію виробництва азотної кислоти з аміаку.
В роботі наводиться аналіз основних екологічних наслідків від роботи хімічної промисловості, а також пропонуються заходи щодо зниження хімічного навантаження на довкілля.
Список використаної літератури
1. Ванханен В.Д., Майструк Н.Н. и др. Гигиена питания. - Киев: Здоров'я, 1980 - с.166-180.
2. Габович Р.Д., Припутина Л.С. Гигиенические основы охраны продуктов питания. - Киев: Здоров'я, 1987 - с.136-173, 199, 211.
3. Журавлёва В.Ф., Цапков М.М. Токсичность нитратов и нитритов // Гигиена и санитария. - 1983 - №1 - с.60-69.
4. Рубенчик В.Л., Костюковский В.Л., Меламед Д.В. Профилактика загрязнения пищевых продуктов канцерогенными веществами. - Киев: Здоров'я, 1983 - с.157-169.
5. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Всё о пище с точки зрения химика. - Высшая школа, 1991 - с. 194-217.
6. Циганенко О.І. Нітрати в харчових продуктах. - Київ: Здоров'я, 1980.
7. Шарматов Т.Ш. и др. Чужеродные вещества в пищевых продуктах. - Алма-Ата, 1979 - с.66-105.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
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 14.06.2011Хімічні 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 10.11.2010Загальна 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 25.09.2010Аналіз 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 27.06.2012Характеристика 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 13.03.2011Властивості 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 20.10.2011Розрахунок 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 19.11.2014Фізико-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 26.05.2014Особливості 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 04.04.2012Технологічна 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
