166629 (625064), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + Н₂О

При концентрации серной кислоты 57,5% нитрозилсерная кислота не образуется. Таким образом, процесс концентрирования азотной кислоты при помощи купоросного масла состоит из следующих стадий:

1. образования тройной смеси;

2. отгонки паров азотной кислоты из тройной смеси купоросного масла, азотной кислоты и воды;

3. конденсации выделившихся паров азотной кислоты;

4. удаления из концентрированной азотной кислоты растворённых в ней оксидов азота;

5. поглощения выделившихся оксидов азота при конденсации паров азотной кислоты.

Концентрирование разбавленной азотной кислоты с применением серной кислоты связано с большими затратами на упаривание отработанной серной кислоты, необходимое для её повторного использования в процессе укрепления азотной кислоты.

Применение серной кислоты в качестве водоотнимающего средства приводит к необходимости иметь цех концентрирования серной кислоты. Эта операция обходится дорого и сопряжена с выделением больших количеств вредных газов, которые гибельно действуют на окружающую природу. Облако газов, содержащих пары H₂SO₄, SO₃, SO₂, иногда простирается за пределы азотного завода.

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты из окислов азота

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты состоит в том, что жидкая четырёхокись азота взаимодействует с водой в присутствии газообразного кислорода под давлением 5 МПа:

2N₂O₄ + О₂ + 2Н₂О = 4HNO₃ +59,5 кДж

Наиболее сложным в этом процессе является получение жидкой четырёхокиси азота; обычно её получают из нитрозных газов, образующихся при окислении аммиака. Вначале из нитрозных газов выделяют избыточную влагу, для этого газы охлаждают от 200 до 40°С. Затем окисляют содержащуюся в нитрозных газах NO до NO₂ вначале кислородом воздуха в газовой фазе, а затем концентрированной азотной кислотой

2HNO₃ + NO = 3NO₂ + Н₂О

После этого из нитрозных газов выделяют NO2 охлаждением газов до минус 15 - минус 20°С (под давлением не ниже 0,5 МПа) либо до минус 10°С и поглощением двуокиси азота концентрированной азотной кислотой (97-98% HNO₃), в которой NO₂ хорошо растворяется с образованием нитролеума:

nNO₂ + HNO3 = HNO₃·nNO₂

Если в нитрозных газах присутствует 10-11% окислов азота, получают нитролеум, содержащий до 25% NO₂. При нагревании такого нитролеума до 80°С получают газообразную двуокись азота, которая отделяется от азотной кислоты, а затем конденсируется и полимеризуется.

В заводских условиях конденсацию обычно осуществляют в двух последовательно соединённых холодильниках: в первом из них охлаждение производится водой, а во втором (до минус 8°С) - рассолом Са(NOз)₂.

На экономические показатели процесса большое влияние оказывает давление, так как при увеличении давления уменьшается объём аппаратуры, повышается интенсивность процесса и снижается расход металла по системе в целом. Однако при этом уменьшается степень окисления аммиака и возрастает расход платины. В установках, работающих под давлением, увеличивается выход пара, что существенно снижает энергетические затраты и себестоимость азотной кислоты.

Себестоимость 1т концентрированной азотной кислоты, получаемой методом прямого синтеза из окислов азота, примерно на 15% выше себестоимости кислоты, получаемой концентрированием.

Концентрирование при помощи нитрата магния

В соответствии с литературными данными наибольший интерес представляет использование в качестве водоотнимающего средства нитрата магния вместо серной кислоты. Это метод с экономической и экологической точки зрения является наиболее выгодным, чем рассмотренные выше способы концентрирования азотной кислоты. Установка концентрирования азотной кислоты в присутствии нитрата магния состоит из отпарной и дистилляционной колонн, конденсатора концентрированной азотной кислоты и конденсатора раствора нитрата магния.

Температура кипения растворов нитрата магния примерно соответствует температурам кипения растворов серной кислоты в пределах концентрации 0-70% Н₂SO₄. Разбавленная азотная кислота поступает в отпарную колонну 1 тарельчатого типа. Сюда на одну тарелку выше ввода азотной кислоты подаётся подогретый до 100°С в кипятильнике 8 72%-ный раствор нитрата магния. В нижней части отпарной колонны при помощи кипятильника 2 температура раствора поддерживается в пределах 160 - 180°С. Пары, выходящие из отпарной колонны, содержат около 87% HNO₃ и 13% воды и направляются в дистилляционную колонну 3. Раствор нитрата магния, содержащий около 55% Mg(NO₃)₂, поступает через кипятильник 8 на концентрирование до содержания 72% Mg(NC₃)₂. Пары воды, выделяющиеся из раствора в вакуум-испарителе 6, поступают в барометрический конденсатор 5. В дистилляционной колонне 3 происходит концентрирование 87% -ной азотной кислоты до содержания 99% HNO₃. Ее пары при 86°С поступают в конденсатор 4, затем часть конденсата в виде флегмы возвращается в дистилляционную колонну, а остальное количество концентрированной кислоты передается на склад. Образовавшаяся в дистилляционной колонне 75%-ная азотная кислота стекает в отпарную колонну.

Соотношение концентрированного раствора Mg(NO₃)₂ и поступающей азотной кислоты должно быть не менее 2,5, чтобы концентрация отработанного раствора нитрата магния была не ниже 55%.

Преимущество этого способа концентрирования азотной кислоты состоит в значительно меньших эксплуатационных расходах (вдвое), меньших капитальных затратах (на 30 - 40%) и в возможности получения азотной кислоты, не содержащей H₂SO₄. Кроме того, устраняется загрязнение атмосферы сернокислотным туманом, образующимся, как известно, при концентрировании серной кислоты. Однако этот способ связан с большим расходом пара.

Рис.2. Схема установки для концентрирования азотной кислоты при помошинитратамагния:

1 - отпарная колонна; 2, 8 - кипятильники; 3, 4- конденсаторы; 5 - дистилляционная колонна; 6 - вакуум-испаритель; 7 – насос

Катализаторы окисления аммиака

Процесс производства азотной кислоты контактным окислением аммиака состоит из двух основных стадий: получение окиси азота и переработка её в азотную кислоту. Первая стадия - окисление аммиака в окись азота

4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂О.

Вторая стадия - окисление азота в высшие окислы и переработка их в азотную кислоту

2NO + О₂ = 2NO₂

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO

Суммарная реакция, без учёта побочных реакций, протекающих с образованием элементарного азота

NH₃ + 2О₂ = HNO₃ + H₂O + 421,2 кДж/моль

Окись азота может образовываться только на поверхности катализатора, и в этом состоит его существенное значение для окисления аммиака, тогда как азот образуется в объёме, вне поверхности катализатора.

Наиболее селективным и активным в данной реакции является платиноидный катализатор, представляющий собой сплав платины с палладием и родием. Чистая платина при высоких температурах быстро разрушается. Примесь в платине незначительного количества железа снижает активность катализатора. Сплав платины с родием делает катализатор в процессе окисления аммиака до оксида NO активным и стойким к высоким температурам. Степень окисления аммиака при атмосферном давлении и температуре 1093-1113 К на платинородиевом катализаторе достигается 97,5-98% и сохраняется в течение 10-12 мес; в системах, работающих под давлением 700-800 кПа, окисление достигается при температуре 1173-1193 К и выход NO снижается до 95-96%. Срок службы катализатора под повышенным давлением 45-90 дней.

Учитывая высокую стоимость и дефицитность материалов платиновой группы, проводятся исследования синтеза неплатиновых катализаторов.

Государственным институтом азотной промышленности разработан двухступенчатый катализатор, в котором первая ступень окисления аммиака на одной платиноидной сетке, вторая ступень - на слое неплатинового катализатора толщиной 40-50 мм. Хорошим неплатиновым катализатором является железохромовый катализатор в виде таблеток диаметром 5 мм с прочностью на сжатие до 0,05 гПа. Прочность этого катализатора увеличивается в процессе его эксплуатации и после 6 мес. работы достигает 0,12 гПа. Осаждение некоторого количества платины на таблетках неплатинового катализатора в ходе процесса повышает его активность. На двухступенчатом катализаторе окисляется 97% аммиака, причем на платиновой сетке - 85-90%.

Срок службы двухступенчатого катализатора 3-5 лет, и регенерация его невозможна. Применение двухступенчатого катализатора даёт возможность сократить одновременные вложения платины в три раза, однако потери её при этом сокращаются всего на 10-20%.

В настоящее время неплатиновый катализатор нашёл применение в качестве второй ступени в системе производства азотной кислоты под повышенным давлением.

Применение давления для реакции окисления аммиака до оксида NО позволяет увеличить производительность агрегата, но одновременно с этим ухудшает процесс окисления аммиака. Так, при атмосферном давлении и температуре 1093 К выход оксида NO достигает 97-98%, число платиноидных сеток 4; при увеличении давления до 4·10³ Па температура катализа повышается до 1153-1173 К, выход оксида NO снижается до 95-96%, число сеток 12; при давлении 8·10⁵ – 9·10⁵ Па температура процесса 1173-1223 К, выход оксида NO снижается до 94-95%, число сеток в контактном аппарате увеличивают до 16-20.

Однако анализ работающих азотнокислотных систем с агрегатами средней производительности 350-500 т HNO₃ в сутки показал, что процесс получения азотной кислоты целесообразно проводить при повышенном давлении как в отделении аммиака, так и в абсорбционном отделении. Особенно эффективно применение повышенного давления в агрегатах повышенной мощности - 1000 т и более моногидрата азотной кислоты в сутки. При создании таких агрегатов капиталовложения сокращаются, и снижается себестоимость продукции.

Для существенного повышения производительности агрегата неконцентрированной азотной кислоты давление в отделении окисления аммиака повышают до 4,5·10³ – 8·10⁵ Па, а в абсорбционном отделении - до 12·10⁵ – 16·10⁵ Па. Это даёт возможность получать продукцию повышенной концентрации, увеличить степень использования оксидов азота, уменьшить выброс оксидов азота в атмосферу и увеличить процент рекуперации энергии, затрачиваемой на сжатие газов. Для снижения потерь платины при применении повышенных давлений пока существуют два пути: замена платиноидных катализаторов на сплавы менее дефицитные и дорогие, надежное улавливание платины и возвращение её в производство платиновых катализаторов.

В настоящее время разработаны и опробованы массы на основе окиси кальция, улавливающие до 70-80% платины от общей её потери. Регенерация уловленной платины из масс на основе оксида кальция проще, чем из других масс. Для эффективного улавливания теряемой платины необходима тщательная очистка аммиачно-воздушной смеси от механических примесей, особенно от оксидов железа и пыли железного катализатора синтеза аммиака. Пыль и оксиды железа, попадая на катализаторные сетки, засоряют их, сокращая поверхность соприкосновения смеси газов с поверхностью катализатора и снижая тем самым степень окисления аммиака. Кроме того, эта пыль проникает до поверхности улавливающих масс, блокирует её и снижает степень очистки газа от теряемой платины

1.2. Технологическая часть

1.2.1. Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

Характеристика исходного сырья

Аммиак является важнейшим химическим продуктом, так как он служит исходным сырьём для получения самых разнообразных азотсодержащих соединений. Источников связанного азота, имеющих промышленное значение, в природе очень мало.

Характеристики

Список файлов курсовой работы