Acidul azotic - unul dintre cei mai importanți acizi minerali. În ceea ce privește producția în industria chimică este al doilea numai la acid sulfuric. Acidul azotic este utilizat pe scară largă pentru producerea de multe produse utilizate în industrie și agricultură:
· Aproximativ 40% din consumul de îngrășăminte complexe și azot;
· Acidul azotic este utilizat pentru producerea
· Agenți medicamentoși sintetici, etc.;
· Fierul este ușor solubil în acid azotic diluat. Formele de acid azotic de concentrație la suprafața subțire de fier, dar dens strat insolubil în oxid acid concentrat care protejează metalul de coroziune suplimentară. Această capacitate de a pasiveze de fier este utilizat pentru a proteja de coroziune.
Anterior, atunci când nu a existat nici o producție de amoniac sintetic, acid azotic a fost o acțiune pregătită de acid sulfuric asupra nitratul chilian. Volumele de producție sunt foarte mici, iar acidul a fost folosit numai pentru fabricarea de explozivi, coloranți și alte produse chimice. Acum, acidul azotic este produs din amoniac sintetic și prelucrat în principal îngrășăminte cu azot.
Caracterizarea materiei prime
Materia primă pentru producerea acidului azotic sunt amoniac, aer și apă.
amoniacului sintetic într-o măsură mai mare sau mai mică, contaminate cu impurități. Aceste impurități sunt pulberea de catalizator, lubrifiere ulei (compresie piston compresor). Pentru amoniac gazos pur se evapora și stația de distilare de separare a amoniacului lichid. Purificarea suplimentară se realizează într-un filtru constând dintr-un element în formă de lentilă, în care materialul de filtrare este intoarsa de bumbac. amestec fin amoniac-aer de purificare în filtru este supus tuburilor porolitovymi.
Aerul atmosferic este utilizat în producerea acidului azotic, este luat în fabrică sau în apropierea acestuia. Acest aer este contaminat cu impurități gazoase și praf. De aceea, este curățat bine pentru a evita otrăvire a catalizatorului de oxidare a amoniacului. Aerul curat se realizează de obicei în scruber, irigate cu apă și apoi un filtru în două etape.
Apa folosită pentru nevoile de proces, este supus unui preparat special: nămol de impurități mecanice, filtrare și purificare chimică din săruri dizolvate. Pentru acidul azotic reactiv necesar pentru a curăța condensului de abur, care este purificat în continuare de eventuale impurități. [AM Kutepov, str.397]
Anhidru HNO3 acid azotic este greu pl.1,52 lichid incolor (la 15 ° C), fumans în aer. Se îngheață la -41 și fierbe la 86 ° C Acid de fierbere este însoțită de descompunere parțială:
4HNO3 - 2H2 + 4NO2 + O2 - 259,7 kJ
Scăpările dioxidul de azot dizolvat în acid, culorile sale în galben sau roșu (în funcție de cantitatea de NO2) de culoare. Deoarece acidul azotic este amestecat cu apă, în orice raport. degajare de căldură în timpul diluării acidului azotic cu apă, ceea ce indică formarea de hidrați (HNO3 x H2O, HNO3 x 2H2O).
Acid azotic - un oxidant puternic. Fier, cu excepția Pt, Rh, Ir, Au, acid azotic concentrat convertit la oxizii corespunzători. În cazul în care acestea sunt solubile în acid azotic, se formează nitrați. [Muhlenov, p.99]
Metoda conceptului chimic
Procesul de fabricație cu acid azotic diluat constă din trei etape:
conversia amoniacului pentru a produce oxid nitric
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (4.1)
oxidarea monoxidului de azot la dioxid
absorbție a apei de oxizi de azot
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 (4.3)
Oxidarea amoniacului cu aer oxigen este posibilă numai fără catalizator N2.
Pe catalizatorul Următoarele reacții apar între amoniac și oxigen:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; # 61508; H = - 946kDzh (4.1)
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O # 61508; H = - 1328kDzh (4.4)
Reacțiile de oxidare a amoniacului sunt însoțite de o diminuare semnificativă a energiei libere, care curge cu o viteză mare, practic, ireversibil. Căldura generată în timpul reacției, este suficient pentru a lua autotermică proces.
Oxidarea catalitică a amoniacului - procesul catalitic eterogen în mai multe etape care apar în regiunea de difuzie externă și difuziunea limitată a amoniacului la suprafața catalizatorului.
Catalizatorii utilizați pentru oxidarea amoniacului ar trebui să aibă proprietăți selective, adică accelera doar o singură reacție. Catalizatorul cel mai activ și selectiv este platina. De asemenea, are o temperatură scăzută de aprindere
200 ° C, ductilitate bună, maleabilitatea. Dar dezavantaj - este distrugerea rapidă la temperaturi ridicate sub influența fluxului mare de mare viteză a reactanților și otrăvuri de catalizator. Acest lucru duce la pierderi de catalizator costisitoare și de oxid nitric de eliberare, care a fost motivul pentru utilizarea aliajelor de platină cu alte metale. Cele mai larg următorii catalizatori (GOST 3193-59): Pt + 4% Pd + 3,5% Rh - pentru funcționarea la presiune atmosferică și Pt + 7,5% Rh - sub presiune ridicată. Catalizatorii obținuți sub formă de grile. Acest formular este convenabil de utilizat și este asociat cu costuri minime de metal.
Catalizatorii sunt foarte sensibile la o serie de impurități conținute în amoniac și aer, în particular la compuși cu fluor, și sulf. Impuritățile reduc semnificativ selectivitatea catalizatorului. Pentru a menține rata de conversie stabilă este necesară curățarea temeinică ABC [1] și de impurități mecanice, în special oxizi de fier și fier praf de catalizator pentru sinteza amoniacului. Durata de viață de până la 14 luni, la presiune atmosferică și la ridicată la 9.
Temperatura are cel mai mare efect asupra randamentului de oxid nitric (II). Pe măsură ce temperatura crește NO ieșire crește, și există o temperatură optimă (pentru platină pură 900-920 ° C), la care randamentul maxim. De mare importanță este temperatura de aprindere a catalizatorului, care depinde în mare măsură de compoziția sa. Pe platină, reacția începe la 195 ° C, Randamentul ajunge la 96% pe o platină pură și 99% pentru aliajele. Desfasurarea procesului la temperaturi ridicate, în plus față de creșterea randamentului de monoxid de azot are alte avantaje: creșterea vitezei reacției de oxidare a amoniacului și scade timpul de contact. Dar, odată cu creșterea temperaturii crește pierderea de platină scumpe, adică deteriorarea economiei procesului.
Odată cu creșterea observată reducerea presiunii în producția de oxid de azot (II). Cu toate acestea, utilizarea de înaltă presiune îmbunătățește performanța unității, pentru a reduce dimensiunea aparatelor. Procedeul se realizează sub o presiune de 0.41-.73 MPa. Condiția principală pentru obținerea unui randament mare NO sunt presurizate creșterea temperaturii și timpul de contact (creșterea numărului de plase).
Când raportul stoichiometric de oxigen și amoniac O2: NH3 = 1,25 chiar și la presiune atmosferică de monoxid de azot randamentul este de 60 - 80%. În plus, ar trebui să lucreze în domeniul concentrărilor explozive. Prin creșterea raportului O2: N 1,7 care corespunde conținutului de amoniac într-un amestec de 11,5%, randament: NO obține vozrastaet.d.lya randamente ridicate NU necesită 30% exces de oxigen peste stoichiometric. Acest lucru se datorează faptului că suprafața catalizatorului de platină trebuie să fie acoperite în mod continuu cu oxigen, sau chiar la 500 ° C începe să se descompună amoniac în azot și oxigen.
Oxidarea oxidului de azot (II)
2NO + O2 2NO2; # 61508; H = - 124 kJ (4,2)
veniturile reversibile cu o scădere a volumului și este însoțită de evoluția căldurii. Prin urmare, reducerea temperaturii și creșterea presiunii favorizează formarea de NO2. La temperaturi de până la 100 ° C, reacția de echilibru este aproape complet deplasată spre dreapta.
2NO (NO) 2; # 61508, # 61512, # 61472, # 61500, # 61472, # 61488, (4.5)
# 61519; 2 + (NO) 2 2NO2; # 61508; # 61512; # 61500; # 61488; (4.6)
Astfel, reducerea dioxidului de azot ratei de oxidare oxid cu creșterea temperaturii poate fi explicată printr-o scădere puternică a concentrației dimerului. De obicei, procesează gaze nitroase sunt la temperaturi de 10-50 ° C, la care polimerizat bioxidul porțiune în N2 # 61519; 4. Astfel, gazele de azot care intră în absorbția conțin NO2, N2O4, NO, N2O, N2, N2O3.
Absorbția dioxidului de azot
Toți oxizii de azot, cu excepția NO, reacționează cu apa pentru a forma acid azotic. acid nitros este un compus sunt instabile și se descompune în acid azotic, oxid de azot (II) și apă. Absorbția are loc în conformitate cu schema:
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2; # 61508; # 61512, # 61472, # 61501, # 61472, # 61485, # 61489, # 61489, # 61494; kJ (4.7)
3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O; # 61508; # 61512, # 61472, # 61501, # 61472, # 61495, # 61494; kJ (4.8)
NO2 totală în reacție cu apa, reacția poate fi reprezentată prin ecuația:
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO; # 61508; # 61512, # 61472, # 61501, # 61472, # 61485, # 61489, # 61491, # 61494; kJ (4.9)
În stratul limită al tranziției gaz-lichid are loc NO2 în fază lichidă. Apoi, reacția chimică (3) are loc după dizolvare NO2 care, în comparație cu procesul de difuzie are loc relativ rapid. In plus, faza lichidă este descompunerea relativ lentă a acidului azotos conform reacției (4). NO rezultat este parțial oxidat cu oxigen în soluție, dar cea mai mare parte - în faza gazoasă. proces lent, determinarea ratei de absorbție a oxizilor de azot este difuzia lor în fază gazoasă.
Gradul de dioxid de absorbție prin soluții apoase de azot acid azotic este determinată de factori precum temperatura, presiunea de concentrare, acid. Atunci când temperatura este scăzută și concentrația de acid și presiunea crește rata de conversie a creșterilor de dioxid de azot. Atunci când concentrația de acid azotic peste absorbție de 65% este aproape oprit. De asemenea, gradul de NO conversie la NO2 depinde de volumul liber și cantitatea de oxizi de azot absorbit - de la suprafața de contact cu gazul fluid. Prin urmare, una dintre cerințele de bază pentru aparatul de absorbție, - crearea volumului maxim nule în același timp extrem de suprafețe de absorbție dezvoltate.
Materia primă este amoniacul sintetic ieftin și ușor disponibile, care atunci când este ales optim parametrii substanțial toate merge la monoxid de azot; reacția este ireversibilă și rapid și nu necesită reciclează. Aplicarea presiunii crescute reduce dimensiunea productivității aparatelor și creștere, dar creșterea temperaturii și cantitatea grilelor de catalizator. Pentru a asigura eliberarea de oxid de azot mai mare de 98%, la presiuni de .41-0.71 MPa, o temperatură de peste 950 ° C, dar timpul de contact devine mai mică de 1,1 x 10-4 s și viteze de gaz de peste 160 litri / min. In general, o creștere a temperaturii mărește randamentul, dar aceasta conduce la o mare pierderi directe de catalizator costisitoare.
Justificarea alegerii parametrilor de proces
ABC alimentat în contactorul nu trebuie să conțină mai mult de 10%, în caz contrar catalizatorul nu va fi acoperită integral de oxigen și oxidarea amoniacului, pentru a începe la azot. Deși cea mai mare concentrație posibilă de amoniac, care atinge un randament ridicat este de 11.0-11.5%, folosind un mai mic, deoarece viteza gazului este ridicată, iar marja necesară pentru progres. Transformarea are loc la temperaturi de 870 - 900 ° C și presiune de 0,716 MPa. Acești parametri au fost alese pe baza indicatorilor economici, respectiv. Pentru a. Creșterea temperaturii crește atât randamentul și pierderea directă de catalizator de platină.
Reacția NO NO2 oxidare începe să se efectueze la o temperatură de 170 ° C, suficientă pentru a asigura un randament bun și viteză. Datorită căldurii de reacție se încălzește până la 300 ° C. Gradul de oxidare este de aproximativ 85%. Absorbția dioxidului de azot se efectuează la o temperatură de 35 la - 40 ° C, deoarece deplasează echilibrul spre dreapta, concentrația de acid la ieșirea ajunge la 55-58%.
schema funcțională a acidului azotic.
In 1960, aparatul este proiectat pentru producerea de acid azotic la 120 mii. T / an sub presiune 0,716 MPa utilizând o purificare catalitică ridicată a gazelor de eșapament, producerea de produse sub formă de 53-58% HNO3 putere. Schema de Proces de fabricare a exemplului de realizare simplificată prezentată în figura 2.
Aerul atmosferic este curățat într-un filtru cu două trepte 1. Aerul comprimat purificat compresorul de aer cu două trepte. În prima etapă 18, aerul este comprimat la 0,35 MPa, în timp ce este încălzit la 165-175 ° C, datorită compresiei adiabatice. După răcire cu aer este dirijat spre a doua etapă de comprimare 16, unde presiunea este crescută până la 0,716 MPa.
Fluxul principal de aer după comprimarea aerului este încălzit în preîncălzitor 12 la căldură 250-270 ° C cu azot gaz și se alimentează amestecul cu amoniac în amestecător 6.
Conversia amoniacului are loc pe grile de platină-rodiu la o temperatură de 870 # 8209; 900 ° C, gradul de conversie este de 96%. Gaze azotoase la 890-910 ° C, intra HRSG 15 dispus dedesubtul unității de contact. În cazan datorită răcirii gazelor azotoase până la 170 ° C, se evaporă purificată chimic apă dezaerată alimentarea cazan de recuperare a căldurii; pentru a produce vaporii la o presiune de 1,5 MPa și o temperatură de 230 ° C, care se eliberează consumatorului.
După cazanul de recuperare a gazelor azotoase intra gazele oxidant nitrici 13. Acesta cuprinde o unitate de gol, al cărui vârf este montat un filtru de fibră de sticlă pentru captarea catalizator de platină. Parțial nitros oxidarea gazelor are loc deja în cazan de recuperare (40%). In comburantul 13, gradul de oxidare este crescut la 85%. Datorită reacțiilor de oxidare gaze nitroase se încălzește la 300-335 ° C Această căldură este folosită în preîncălzitor de aer 12.
Răcit în schimbătorul de căldură 12 gaze nitroase trec pentru răcirea în continuare în schimbătorul de căldură 11, în cazul în care există o scădere a temperaturii la 150 ° C și încălzirea gazelor de evacuare (coadă) gazele până la 110-125 ° C Apoi gaze nitroase este direcționat într-un frigider, condensatorul 7, răcit cu apă care circulă. Astfel, vaporii de apă de condens format și acid azotic slab. Azotul gazos separat de acidul azotic condensat în separatorul 8, din care acidul azotic este introdus în turnul de adsorbție 9 pe 6-7 placă th și gazele azotoase - sub placa inferioară a coloanei de absorbție. Deasupra coloanei se alimentează răcit condens. Formată în partea superioară a concentrației de acid azotic scăzută coloană curge spre placa inferioară. Datorită absorbției concentrației oxizilor de azot din acid este crescută treptat și ajunge la orificiul de evacuare
1%. Prin urmare, acidul este direcționat către coloana de purjare 10, unde aerul preîncălzit din acesta a fost purjat oxizi de azot, acid azotic și decolorat intră în depozit. Aerul după coloana de purjare este alimentat în partea inferioară a coloanei de absorbție 9.
Astfel, această unitate este energie complet autonom. Energia este recuperată din instalație pe aceeași axă ca și turbina de supraalimentare cu turbină cu gaz. [Kutepov str.410-411].
Calculul XTC de bilanț material
4. IP Muhlenov . Și alții general Inginerie Chimică: Textbook. pentru-chimice tehnice. spec. universități. In 2 m. T.2. Cea mai importantă producție chimică / M. Executive. săpt. 1984 - 263 cu.
[1] ABC - amestec de amoniac-aer.
[2] NG - gaze nitroase.