34337

Производство аммиака и азотной кислоты

Доклад

Производство и промышленные технологии

Производство аммиака и азотной кислоты В соответствии с принципом ЛеШателье при повышении давления и уменьшении температуры равновесие этой реакции смещается в сторону образования аммиака. Основным агрегатом установки для производства аммиака служит колонна синтеза Производство азотной кислоты: Азотная кислота одна из важнейших минеральных кислот. Такая смесь кипит без изменения концентрации кислоты. Современное производство азотной кислоты основано на процессах окисления аммиака и последующей переработке оксидов азота.

Русский

2013-09-08

35 KB

18 чел.

51. Производство аммиака и азотной кислоты

В соответствии с принципом Ле-Шателье при повышении давления и уменьшении температуры равновесие этой реакции смещается в сторону образования аммиака. Для обеспечения оптимальной скорости процесса необходимы катализатор, повышенное давление, температура 400...500 °С и определенная объемная скорость вступающих в реакцию компонентов. В промышленности используется железный катализатор с добавками оксидов А12О3, К2О, СаО и SiO2.

Основным агрегатом установки для производства аммиака служит колонна синтеза

Производство азотной кислоты:

Азотная кислота — одна из важнейших минеральных кислот. Безводная НNОз — тяжелая бесцветная жидкость плотностью 1520 кг/м3 (при 15 °С), дымящаяся на воздухе и замерзающая при —41 °С. Азотная кислота смешивается с водой и образует гидраты НNОз'Н2О и НNОз-2Н2О. Температура ее кипения зависит от концентрации раствора: безводная HNO3 кипит при 86 °С; максимальную температуру кипения (121,9 °С) имеет 68,4 %-й раствор НNОз, представляющий азеотропную смесь, у которой составы жидкости и пара одинаковы. Такая смесь кипит без изменения концентрации кислоты.

Под действием света и при нагревании азотная кислота частично разлагается с выделением оксида азота, который, растворяясь в кислоте, окрашивает ее в желтый или бурый цвет.

Современное производство азотной кислоты основано на процессах окисления аммиака и последующей переработке оксидов азота.

В основе процесса получения разбавленной азотной кислоты из аммиака лежат следующие реакции: контактное окисление аммиака кислородом воздуха до оксида азота (II) (4NН3 + 5О2 = = 4NO-|-6H2O + Q); окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) (2NO + O2^±2NO2 + Q); абсорбция оксида азота (IV) водой (ЗNО2 + Н2О^±2НNОз-т-МО-|-р) Выделяющийся оксид азота (II) образует оксид азота (IV) и вновь абсорбируется.

Реакция окисления аммиака экзотермическая и может протекать с образованием различных продуктов его окисления (NО, N20, N2). Процесс возможен только при высоких температурах. При отсутствии катализатора окисление идет в основном с образованием N2. Для производства азотной кислоты процесс необходимо направлять таким образом, чтобы основным продуктом окисления аммиака являлся оксид азота (II). Для этого применяют катализаторы, избирательно ускоряющие реакции окисления аммиака. Таковыми являются платина и ее сплавы с металлами платиновой группы. Платиновые катализаторы применяются в виде сеток из тонкой проволоки диаметром 0,06...0,09 мм, имеющих 1024 ячейки на 1 см . Добавление к платине палладия и родия позволяет увеличить прочность катализаторных сеток и снизить расход платины.

От продолжительности контактирования аммиачно-воздушной смеси с катализатором зависит выход оксида азота (II); оптимальная его продолжительность составляет 0,0001...0,0002 с. При большей скорости газового потока аммиак не успевает окислиться.

Процесс окисления аммиака в значительной степени зависит от начальной температуры реакции. При применении платиново-родиевого катализатора на установках атмосферного давления температуру газа поддерживают в пределах 700...800 °С, при повышенном давлении — 800...900 °С.

Повышение давления обусловливает значительное ускорение реакции на второй и третьей стадиях процесса производства азотной кислоты. При увеличении давления в 10 раз скорость реакции окисления оксида азота (II) возрастает в 1000 раз.

Абсорбция оксида азота (IV) водой является конечной стадией производства азотной кислоты. Она ускоряется при понижении температуры и повышении давления. Практически процесс переработки нитрозных газов в азотную кислоту проводят при 20... 30 °С. По мере протекания реакции концентрация получаемой азотной кислоты возрастает и реакция замедляется.

Различают установки производства разбавленной азотной кислоты атмосферного давления, повышенного давления и комбинированные.

В комбинированных установках окисление аммиака осуществляется под атмосферным давлением, а процессы окисления оксида азота (II) и поглощения NO2 водой — под повышенным давлением (0,3...0,9 МПа).

Для некоторых производств необходима 96...98 %-я азотная кислота. Ее можно получить концентрированием разбавленной кислоты и методом прямого синтеза.

Метод концентрирования состоит в том, что разбавленную азотную кислоту упаривают в присутствии концентрированной серной кислоты — водоотнимающего вещества (прямым упариванием получают азотную кислоту, имеющую концентрацию 68,4 %). Концентрированная серная кислота связывает воду в разбавленной азотной кислоте с образованием гидратов серной кислоты, кипящих при более высокой температуре, чем 100 %-я НNОз. При нагревании смеси азотной и серной кислот при определенной температуре в пар переходит только азотная кислота.

Перегонку разбавленной азотной кислоты с концентрированной (92...94 %) H2SO4 осуществляют в тарельчатых барботажных колоннах или в колоннах с насадкой из колец. Они изготовляются из кислотоупорного чугуна (ферросилида) с содержанием Si 14... 18 % и устойчивого при повышенных температурах к смеси серной и азотной кислот. В установках смесь кислот нагревается острым паром (180...200 °С). Пары азотной кислоты конденсируются, образуя 97 %-ю HNO3.

Разбавленная 70 %-я H2SO4 поступает на упаривание. Расход концентрированной серной кислоты составляет 3...4 т на 1 т концентрированной азотной кислоты. Концентрирование разбавленной серной кислоты связано с большим расходом топлива, безвозвратными потерями некоторой части серной кислоты и сильной коррозией аппаратуры. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание методу прямого синтеза.

По методу прямого синтеза получение азотной кислоты осуществляется из жидкого оксида азота (IV) (2NO2^N2O4) по реакции 2N2O4 + 2H2O-|-O2^t4HNO3H-Q в специальных автоклавах при температуре около 75 °С и под давлением 5 МПа.

Жидкий оксид азота (IV) получают конденсацией NO2 из нитрозных газов путем охлаждения под давлением. веществ (в производстве красителей, фармацевтических препаратов, взрывчатых веществ, кинопленки, пороха, целлулоида и др.).

Слабая 45...60 %-я НNОз хранится на складах в резервуарах из нержавеющей стали. Небольшие партии разбавленной азотной кислоты перевозят в стеклянных бутылях, которые упаковывают в корзины или деревянную обрешетку со стружкой или соломой, пропитанными огнестойкими веществами; большие партии перевозят в железнодорожных цистернах из нержавеющей стали.

Концентрированную кислоту хранят в резервуарах и перевозят в железнодорожных цистернах из алюминия.

Смесь азотной кислоты с 7,5 %-й H2SO4, называемую меланжем, перевозят в цистернах из углеродистой стали. Перевозка концентрированной азотной кислоты в стеклянных бутылях с деревянной обрешеткой запрещена, поскольку возможно возгорание  древесины.

Оксиды азота и азотная кислота токсичны. Предельно допустимая концентрация оксидов азота в воздухе производственных помещений в перерасчете на N2Os составляет 0,005 мг/л. При попадании на кожу азотная кислота дает ожоги.

Работающий с азотной кислотой должен иметь спецодежду из шерстяного сукна, противогаз марки В с коробкой желтого цвета, а также резиновые перчатки и защитные очки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19962. Вывод уравнения теплового баланса для любого элемента облучательного устройства 24.63 KB
  Вывести уравнения теплового баланса для любого элемента облучательного устройства. Обратить внимание слушателей, что после проведения соответствующих алгебраических операций решение задачи о поле температуры сводится к решению системы обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами второго порядка и может быть представлено в гиперболических функциях.
19963. Схема тепловых расчетов для конкретной экспериментальной установки 29.19 KB
  Рассмотреть конкретный пример использования методики расчета температурного поля облучательного устройства. В качестве примера предлагается облучательное устройство Ритм, предназначенное для комплексного исследования пластических свойств ядерного топлива и газовыделения при одновременной регистрации акустической эмиссии в процессе облучения.
19964. Пастановка задачи о радиальном распределении температуры в облучательном устройстве при отсутствии утечек тепла в торцы 31.07 KB
  Поставить и решить задачу о радиальном распределении температуры в облучательном устройстве при отсутствии утечек тепла в торцы. Обратить внимание на то, что для этого случая можно получить аналитическое решение, пригодное для оценочных расчетов радиального поля температуры по элементам облучательного устройства, тепловой изоляции или определения местоположения и мощности нагревателя для создания нужного температурного режима на облучаемом образце.
19965. Решение задачи о поле температуры в облучательном устройстве при отсутствии утечек тепла в торцы 39.33 KB
  Поставить и решить вспомогательную задачу Б и закончить рассмотрение задачи о радиальном распределении температуры в облучательном устройстве при отсутствии утечек тепла в торцы. Обосновать необходимость использования метода конечных элементов (МКЭ) для расчета полей температуры в облучаемых образцах. Приступить к постановке задачи расчета поля температуры МКЭ для цилиндрического образца.
19966. Методика представления системы уравнений тепловых балансов в матричной форме 30.08 KB
  Познакомить слушателей с методикой представлением системы уравнений тепловых балансов в матричной форме. Отметить, что это представление основывается на предположениях о малых размерах элементов, геометрии рассматриваемой задачи и возможности использования линейных связей между тепловыми потоками и температурой.
19967. Проблема выбора конструкционных материалов для изделий ядерной энерготехники 21.18 KB
  Познакомить слушателей с проблемой выбора конструкционных материалов для изделий, работающих в поле нейтронного излучения. Обратить особое внимание на пострадиационные технологические операции с изделием (в нашем случаем с облучательным устройством) по его радиационно-безопасном «захоронении».
19968. Причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения 27.46 KB
  Рассмотреть причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения. Познакомить слушателей с реакторным стендом ИРТ-МИФИ для исследования физико-механических свойств ядерного топлива и комплексом задач решаемых на стенде
19969. Взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива 25.89 KB
  Рассмотреть взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива, технологические операции с облучательными устройствами и испытуемыми образцами. Представить облучательные устройства в составе стенда, их возможности по исследованию свойств ядерного топлива