ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Производство азотной кислоты из "Общая химическая технология и основы промышленной экологии" В 1914 г. разработан и в 1916 г. в г. Юзовка (ныне Донецк) пущен в эксплуатацию цех азотной кислоты на основе аммиака коксового газа. Разработка велась под руководством русского инженера И.И.Андреева. Сейчас получение азотной кислоты из аммиака - основной способ ее производства. [c.452] Одновременно с третьей реакцией проводят вторую, так что весь N02 можно превратить в HNO3. Все реакции экзотермические. [c.452] Исходя из химической схемы (5.24) - (5.26), функциональная схема будет включать подсистемы окисления аммиака, последующее охлаждение газов [реакция (5.24) протекает при высокой температуре], окисление оксида азота и абсорбцию образовавшихся нитрозных газов водой (рис. 5.50). Построение ХТС производства азотной кислоты было рассмотрено в разд. 3.5.2. Здесь остановимся на физико-химическом обосновании отдельных стадий производства. [c.452] Катализатор - платина или плати нопалладийродиевый сплав (содержание Й 81-92%). Температура процесса 1100-1200 К. В этих условиях практически не образуется закись азота N20. Из-за обратимости экзотермической реакции (5.25) ее равновесие при температуре окисления аммиака сдвинуто влево, и диоксид азота также отсутствует. [c.452] Эта схема была установлена экспериментально подавая только NO на катализатор, наблюдали образование азота и кислорода по реакции 2NO = N2 + О2 подавая смесь NH3 и NO, наблюдали образование N2 по реакции 4NH3 + 6NO = 5N2 + +6Н2О. Такая схема превращения дает экстремальную зависимость выхода оксида азота от времени превращения (рис. 5.51). [c.453] Реакция - быстрая, протекает во внешнедиффузионной области. Поскольку скорость лимитируется переносом тепла и вещества между потоком и поверхностью катализатора, то нет необходимости развивать его внутреннюю поверхность, и он представляет собой сетку, сплетенную из металлической проволоки диаметром 0,09 мм. Время контакта составляет (1-т-2)-10 с. Аммиак за это время полностью окисляется, так что выход NO совпадает с селективностью реакции по оксиду азота. [c.453] Полагая j = 2 и стехиометрическое соотношение КНз 02 = = 1 1,25, получим из (5.30) соотношение Сзп = 1 1,25. [c.453] Во внешнедиффузионной области концентрации исходных веществ на поверхности намного меньше, чем в объеме. У поверхности будет мало как NH3, так и О2. В этих условиях окисление будет протекать в основном до азота. Необходим значительный избыток кислорода у поверхности, чтобы вытеснить с нее аммиак. Тогда его окисление будет более глубоким - до NO. [c.453] Влияние соотношения О2 ЫНз в потоке на выход N0 показано на рис. 5.52. При соотношении О2 ЫНз более 1 1,8 селективность процесса практически не меняется. Из (5.30) можно получить, что при С = 0,01 С) у поверхности будет более чем 50-кратный избыток О2, что и обеспечивает высокую селективность реакции. Соотношение О2 ЫНз = I 1,8 отвечает содержанию в аммиачно-воздушной смеси 10% NHз, что и принято в промышленности. [c.454] Реакторы окисления аммиака для двух описанных схем представлены на рис. 5.55. Катализатор в виде сеток 4 натянут внутри корпуса. Во избежание провисания сеток под ними на опорной решетке вертикально установлены кольца. Аммиак смешивают с воздухом или в выносном смесителе, или в верхней части реактора, подавая аммиак равномерно через кольцевую щель. Высокая конусная часть реактора служит для равномерного распределения потока по сечению - слой сеток очень тонкий и не может сам выравнивать поток. Поскольку абсолютно равномерное распределение потока не реализуется, то используют увеличенное число сеток - 10-12 при давлении 0,7 МПа. [c.455] Тепло газов после окисления аммиака используют для выработки пара в котле-утилизаторе. Конструктивно он совмещен с реактором. [c.456] При температурах ниже 400 К равновесие практически полностью сдвинуто в сторону образования NO2. Реакция может протекать везде - в трубопроводах, теплообменниках и в других аппаратах. [c.456] Как видно, давление значительно ускоряет реакцию, что также говорит в пользу его повышения в ХТС. Реакция протекает не очень быстро. Потому устанавливают окислитель - полый аппарат, обеспечивающий необходимое время пребывания реакционной смеси для завершения реакции. [c.456] Реакция окисления NO - экзотермическая. Необходимо дополнительное охлаждение нитрозного газа. При охлаждении конденсируется вода - ее образуется в 1,5 раза больше, чем подано аммиака. Конденсирующаяся вода будет взаимодействовать с нитрозным газом, образуя азотную кислоту. Целесообразно сократить время контакта газа с водой, поэтому используют специальный скоростной теплообменник-конденсатор. В нем образуется 30%-я кислота. Ее направляют в соответствующее этой концентрации сечение абсорбционной колонны. [c.457] С понижением температуры поглощение N02 улучшается. Для отвода теплоты реакции на тарелках установлены плоские змеевиковые холодильники с циркулирующей в них водой. [c.458] Повышение давления способствует поглощению N02 и Увеличению концентрации образующейся кислоты 47-49%-я HNOз при 1 ат, 58% - при 7 ат, до 62% при 11 ат. [c.458] Энерготехнологическая система в пфоизводстве азотной кислоты. После абсорбции отходящие газы содержат 0,1% оксидов азота и должны быть очищены. При атмосферном давлении и низкой температуре образуется димер диоксида азота N204 - газ буро-желтого цвета. Поэтому выходящий из трубы неочищенный нитрозный газ получил название лисий хвост . Атмосферные осадки, захватывая оксиды азота, образуют кислотные дожди. [c.458] Очистку газов от оксидов азота осуществляют каталитическим восстановлением их до N2- Восстановителем может служить аммиак, который дозируют в газы после абсорбции перед реактором-нейтрализатором. Восстановителем может служить также метан (природный газ). Последний удобно использовать при организации энерготехнологической системы. [c.458] Производство азотной кислоты - хороший пример реализации многих положений теории реакторов и химикотехнологических систем. Многие вопросы организации процесса в этом производстве были рассмотрены ранее построение ХТС (разд. 3.5.2), избыток компонента в реакторе и противоток в абсорбере (разд. 3.6.2), стехиометрические уравнения и схема превращения (раэя- 2.2.1 и 2.2.3), конструктивное совмещение аппаратов и реактор с радиальным потоком реагентов (разд. 3.9.1), энерготехнологическая система (разд. 3.7.4), автоколебания в ХТС (разд. 3.4.2), балансовые расчеты ХТС (разд.3.3.2). Материал этих разделов целесообразно привлечь при рассмотрении производства азотной кислоты. [c.459] Вернуться к основной статье