Miből készül a salétrom? Ammónium-nitrát előállítása

Az ammónium-nitrátot a salétromsav gázhalmazállapotú ammóniával történő semlegesítésével állítják elő a következő reakció szerint:

NH 3 (g) + НNO 3 (l) NH 4 NO 3 +144,9 kJ

Ez a szinte visszafordíthatatlan reakció nagy sebességgel és jelentős mennyiségű hő felszabadulásával megy végbe. Általában a légköri nyomáshoz közeli nyomáson hajtják végre; egyes országokban a semlegesítő üzemek 0,34 MPa nyomáson működnek. Az ammónium-nitrát előállítása során hígított 47-60%-os salétromsavat használnak.

A semlegesítési reakció hőjét a víz elpárologtatására és az oldat koncentrálására használjuk.

Az ipari termelés a következő szakaszokból áll: salétromsav semlegesítése gázhalmazállapotú ammóniával az ITN készülékben (semlegesítési hő alkalmazása); salétromoldat bepárlás, salétromolvadék granulálás, szemcsehűtés, felületaktív granulátum feldolgozás, salétrom csomagolás, tárolás és rakodás, gázkibocsátás és szennyvízkezelés. A salétromsav semlegesítése során adalékanyagokat vezetnek be.

Az 1. ábra egy modern, nagy űrtartalmú, 1360 t/nap kapacitású AS-72-es blokk diagramját mutatja.

Rizs. egy.

1 - savas melegítő; 2 - ammónia melegítő; 3 - ITN eszközök; 4 - semlegesítő; 5 - párologtató; 6 - nyomástartó tartály; 7, 8 - granulátorok; 9, 23-legyezők; 10 - mosó súroló; 11 - dob; 12.14 - szállítószalagok; 13 - lift; 15 fluidágyas készülékek; 16 - granuláló torony; 17 - gyűjtemény; 18, 20 - szivattyúk; 19 - tartály úszáshoz; 21-es szűrő úszáshoz; 22 - légfűtő

A beérkező 58-60%-os salétromsavat az 1-es fűtőben 70-80 o C-ra melegítik az ITN 3 berendezés gyümölcslé gőzével és közömbösítésre vezetik. A 3. berendezés előtt termikus foszfor- és kénsavat adnak a salétromsavhoz 0,3-0,5% P 2 O 5 és 0,05-0,2% ammónium-szulfát mennyiségben, a késztermékre számítva.

A kénsavat és a foszforsavat dugattyús szivattyúk szállítják, amelyek teljesítménye egyszerűen és pontosan szabályozható. Az egység két párhuzamosan működő semlegesítő berendezéssel van felszerelve. Ide szállítják a gáznemű ammóniát is, amelyet a 2. fűtőben kondenzátum gőzzel 120-130 °C-ra melegítenek. A betáplált salétromsav és ammónia mennyiségét úgy szabályozzák, hogy az oldatban enyhe salétromsavfelesleg legyen az ITN-készülék kimeneténél. , biztosítva az ammónia teljes felszívódását.

A berendezés alsó részében a savak semlegesítése 155-170 °C hőmérsékleten történik, hogy 91-92% NH 4 NO 3 -ot tartalmazó oldatot kapjunk. A készülék felső részében a vízgőzt (ún. légőzt) mossák ki az ammónium-nitrát és HN0 3 gőz fröccsenésétől. A gyümölcslé gőzéből származó hő egy részét a salétromsav melegítésére használják fel. Ezután a légőzt mosótisztítókban tisztításra küldik, majd kiengedik a légkörbe.

Az ammónium-nitrát savas oldatát a 4 semlegesítőbe küldik, ahol az oldat semlegesítéséhez szükséges mennyiségű ammóniát szállítanak. Ezután az oldatot a douparon lévő 5 bepárlóba vezetjük, amelyet 1,4 MPa nyomású vízgőz és körülbelül 180 °C-ra melegített levegő vezet. A kapott olvadék, amely 99,8-99,7% salétromot tartalmaz, 175 °C-on áthalad a 21 szűrőn, és egy 20 centrifugális búvárszivattyúval egy 5 nyomótartályba, majd egy 11 um hosszúságú téglalap alakú 16 fémgranuláló toronyba táplálja. m, szélessége 8 m és a tetejének magassága a kúpig 52,8 m.

A torony felső részében 7 és 8 granulátorok vannak; levegőt juttatnak a torony alsó részébe, hűsítő salétromcseppeket, amelyek szemcsékké alakulnak. A salétromszemcsék ejtési magassága 50-55 m. A granulátorok kialakítása biztosítja az egyenletes granulometrikus összetételű granulátumok előállítását minimális kis szemcsetartalommal, ami csökkenti a por levegővel történő bejutását a toronyból. A granulátum hőmérséklete a torony kilépőnyílásánál 90-110°C, ezért hűtésre a 15 fluidágyas berendezésbe kerülnek. A fluidágyas berendezés egy téglalap alakú, három részből álló, lyukakkal ellátott rostélyos berendezés. . A levegőt a rostély alá ventilátorok vezetik be, így 100-150 mm magas salétromszemcsék fluidizált rétege jön létre, amely a szállítószalagon keresztül érkezik a granulálótoronyból. A granulátum intenzív hűtése 40 °C-ra (de legfeljebb 50 °C-ra) történik, ami megfelel a IV. módosítás létezésének feltételeinek. Ha a hűtőlevegő hőmérséklete 15°C alatt van, akkor a fluidágyas berendezésbe való belépés előtt a levegőt a hőcserélőben 20°C-ra melegítik fel. A hideg időszakban 1-2 szekció üzemelhet.

A 15 berendezésből a levegő belép a granulálótoronyba, hogy granulátumokat képezzenek és lehűljenek.

A fluidágyas berendezésből származó ammónium-nitrát granulátumot a 14 szállítószalag egy forgó 11 dobba táplálja felületaktív anyaggal való kezelés céljából. Itt a granulátumokat az NF diszpergálószer permetezett 40%-os vizes oldatával permetezzük. Ezt követően a salétrom áthalad egy elektromágneses szeparátoron, hogy leválasztja a véletlenül beszorult fémtárgyakat, és a bunkerbe kerül, majd mérlegre és papír- vagy műanyag zacskóba csomagolják. A zsákokat szállítószalag szállítja kocsikba vagy raktárba.

A granulálótorony felső részét elhagyó levegő ammónium-nitrát részecskékkel szennyezett, a semlegesítőből kilépő légőz és az elpárologtató gőz-levegő keveréke pedig el nem reagált ammóniát és salétromsavat, valamint magával ragadott ammónium-nitrát részecskéket tartalmaz. A granuláló torony felső részében a tisztításhoz hat párhuzamosan működő mosólapos 10 mosó van beépítve, amelyek 20-30%-os ammónium-nitrát oldattal öntözöttek, melyet 18 szivattyú táplál a tartályból. Ennek az oldatnak egy része az ITN semlegesítőbe kerül a légőz mosására, majd az ammónium-nitrát oldattal összekeverve kerül a termékek előállítására.

Az oldat egy része (20-30%) folyamatosan kivonásra kerül a ciklusból, így a ciklus kimerül és víz hozzáadásával feltöltődik. Mindegyik gázmosó kimeneténél egy 100 000 m 3 / h kapacitású 9 ventilátor van felszerelve, amely levegőt szív a granuláló toronyból és kiengedi a légkörbe.

Az ammónium-nitrát vagy ammónium-nitrát, az NH 4 NO 3 egy fehér kristályos anyag, amely 35% nitrogént tartalmaz ammónium és nitrát formában, a nitrogén mindkét formáját a növények könnyen felveszik. A szemcsés ammónium-nitrátot nagy mennyiségben használják vetés előtt és minden típusú fejtrágyázáshoz. Kisebb méretben robbanóanyagok gyártására használják.

Az ammónium-nitrát jól oldódik vízben és nagy a higroszkópossága (a levegő nedvességfelvételének képessége), ami miatt a műtrágyaszemcsék szétterülnek, elveszítik kristályos alakjukat, műtrágya csomósodik - az ömlesztett anyag szilárd monolit masszává alakul.

Az ammónium-nitrát előállításának sematikus diagramja

A gyakorlatilag nem csomósodó ammónium-nitrát előállításához számos technológiai módszert alkalmaznak. A nedvesség higroszkópos sók általi felszívódásának csökkentésének hatékony eszköze a granulálás. A homogén szemcsék összfelülete kisebb, mint az azonos mennyiségű finom kristályos só felülete, ezért a szemcsés műtrágyák lassabban szívják fel a nedvességet

Hasonló hatású adalékanyagként ammónium-foszfátokat, kálium-kloridot, magnézium-nitrátot is használnak. Az ammónium-nitrát előállítási folyamata a gáznemű ammónia és a salétromsav-oldat kölcsönhatásának heterogén reakcióján alapul:

NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3; ΔН = -144,9 kJ

A kémiai reakció nagy sebességgel megy végbe; ipari reaktorban a gáz folyadékban való oldódása korlátozza. A reaktánsok összekeverése nagy jelentőséggel bír a diffúziós késleltetés csökkentésében.

Az ammónium-nitrát előállításának technológiai folyamata a salétromsav ammóniával történő semlegesítése mellett magában foglalja a salétromsav oldat bepárlását, az olvadék granulálását, a granulátum hűtését, a granulátum felületaktív anyagokkal való kezelését, a csomagolást, a tárolást és a betöltést. salétrom, tisztítógáz-kibocsátás és szennyvíz. ábrán A 8.8. ábra egy modern, nagy kapacitású, AS-72 ammónium-nitrát gyártására szolgáló egység diagramját mutatja, amelynek kapacitása 1360 tonna / nap. Az eredeti 58-60%-os salétromsavat a fűtőben 70-80°C-ra melegítik az ITN 3 készülék gyümölcslé gőzével, és közömbösítésre vezetik. A 3. berendezés előtt foszforsavat és kénsavat adnak a salétromsavhoz olyan mennyiségben, hogy a késztermék 0,3-0,5% P 2 O 5-öt és 0,05-0,2% ammónium-szulfátot tartalmazzon. Az egység két párhuzamosan működő ITN eszközzel van felszerelve. A salétromsav mellett gázhalmazállapotú ammóniát is szállítanak nekik, amelyet a 2 fűtőben gőzkondenzátummal 120-130 °C-ra előmelegítenek. A betáplált salétromsav és ammónia mennyiségét úgy szabályozzák, hogy az ITN készülék kimeneténél az oldatban enyhe savfelesleg (2-5 g/l) legyen, ami biztosítja az ammónia teljes felszívódását.

A berendezés alsó részében a semlegesítési reakció 155-170 °C hőmérsékleten megy végbe; így 91-92% NH 4 NO 3 -t tartalmazó koncentrált oldat keletkezik. A készülék felső részében a vízgőzt (az úgynevezett légőzt) lemossák a kifröccsenő ammónium-nitrát- és salétromsavgőztől. A légőz hőjének egy részét a salétromsav melegítésére használják fel. Ezután a gyümölcslé gőzét tisztításra küldik, és a légkörbe engedik.

8.8. ábra Az AS-72 ammónium-nitrát egység vázlata:

1 – savmelegítő; 2 – ammónia melegítő; 3 – ITN eszközök; 4 - utósemlegesítő; 5 – párologtató; 6 - nyomástartó tartály; 7,8 - granulátorok; 9,23 - rajongók; 10 – mosó súroló; 11 - dob; 12.14 - szállítószalagok; 13 - lift; 15 – fluidágyas készülékek; 16 - granuláló torony; 17 - gyűjtemény; 18, 20 - szivattyúk; 19 - tartály úszáshoz; 21 - szűrő úszáshoz; 22 - légfűtő.

Az ammónium-nitrát savas oldatát a 4 semlegesítőbe küldjük; ahol az ammónia bejut, szükséges a maradék salétromsavval való kölcsönhatáshoz. Ezután az oldatot betápláljuk az 5 elpárologtatóba. A kapott, 99,7-99,8% nitrátot tartalmazó olvadék 175 °C-on áthalad a 21 szűrőn, és egy 20 centrifugális búvárszivattyúval a 6 nyomótartályba, majd a téglalap alakú szivattyúba tápláljuk. fém granuláló torony 16.

A torony felső részében 7 és 8 granulátorok találhatók, amelyek alsó részét levegővel látják el, ami lehűti a felülről lehulló salétromcseppeket. A salétrom 50-55 m magasságból való leesésekor a körülöttük áramló levegő műtrágyaszemcsék képződnek. A pellet hőmérséklete a torony kimeneténél 90-110°C; a forró granulátumokat 15 fluidágyas berendezésben hűtjük. Ez egy négyszögletes berendezés, amelynek három része van, és lyukakkal ellátott rostélyral van felszerelve. A ventilátorok levegőt szállítanak a rács alá; ez a granulálótoronyból a szállítószalagon keresztül érkező nitrátszemcsékből álló fluidágyat hoz létre. A lehűlés után a levegő belép a granuláló toronyba. A 14 ammónium-nitrát szállítószalag granulátumait forgó dobban felületaktív anyagokkal kezelik. Ezután a kész műtrágyát a 12 szállítószalag a csomagolásba küldi.

A granulálótoronyból kilépő levegő ammónium-nitrát részecskékkel szennyezett, a semlegesítőből származó légőz és az elpárologtató gőz-levegő keveréke pedig el nem reagált ammóniát és salétromsavat, valamint elhordott ammónium-nitrát részecskéket tartalmaz.

Ezen patakok tisztítására a granuláló torony felső részében hat párhuzamosan működő mosólemezes 10 gázmosó található, 20-30%-os ammónium-nitrát oldattal öntözött, amelyet a 18-as szivattyú lát el a 17-es gyűjtőből. ezt az oldatot az ITN közömbösítőbe irányítják a légőz mosására, majd sóoldattal összekeverik, és így termékek készítésére használják. A tisztított levegőt a 9 ventilátor szívja ki a granulálótoronyból és engedi ki a légkörbe.

Az ammónium-nitrát előállításának technológiai folyamata a következő fő lépésekből áll: a salétromsav semlegesítése gázhalmazállapotú ammóniával, az ammónium-nitrát oldat elpárologtatása, az olvadék kristályosítása és granulálása.

Az ITP 3 készülékbe az 1. fűtőből gáznemű ammónia és a 2. melegítőből salétromsav lép be 80-90 0 C hőmérsékleten Az ammóniaveszteség csökkentése érdekében a gőzzel együtt a reakciót savfeleslegben hajtjuk végre. A 3 készülékből származó ammónium-nitrát oldatot a 4 utósemlegesítőben ammóniával semlegesítjük, és az 5 elpárologtatóba párologtatás céljából egy négyszögletes 16 granulálótoronyba kerül.

5.1. ábra. Az ammónium-nitrát előállításának technológiai sémája.

1 - ammónia fűtő, 2 - salétromsavas fűtő, 3 - ITN készülék (a semlegesítés hőjét használva), 4 - kiegészítő semlegesítő, 5 - elpárologtató, 6 - nyomástartály, 7,8 - granulátorok, 9,23 - ventilátorok, 10 - mosógép, 11-dobos, 12,14-es szállítószalagok, 13-os lift, 15-es fluidágyas berendezés, 16-os granulálótorony, 17-os kollektor, 18,20-szivattyúk, 19-os úszótartály, 21-es úszószűrő, 22-es légfűtő.

A torony felső részében 7 és 8 granulátorok találhatók, amelyek alsó részét levegővel látják el, ami lehűti a felülről lehulló salétromcseppeket. A salétromcseppek 50-55 méteres magasságból való leesésekor, amikor körülöttük levegő áramlik, granulátumok képződnek, amelyeket egy 15 fluidágyas berendezésben hűtenek le. Ez egy téglalap alakú berendezés, három részből és egy lyukakkal ellátott rácsból áll. A ventilátorok szállítják a levegőt a rács alá. A granulálótoronyból szállítószalagon keresztül egy fluidizált ágyat hoznak létre salétromszemcsékből. A lehűlés után a levegő belép a granuláló toronyba.

A 14 ammónium-nitrát szállítószalag granulátumait felületaktív anyagokkal való kezelésre szolgálják fel egy forgó 11 dobban. Ezután a kész 12 műtrágya szállítószalagot a csomaghoz küldik.

A granulálótoronyból kilépő levegő ammónium-nitráttal szennyezett, a semlegesítőből származó légőz pedig el nem reagált ammóniát és salétromsavat, valamint elszállított ammónium-nitrát-szemcséket tartalmaz. Ezen patakok tisztítására a granuláló torony felső részében hat párhuzamosan működő mosólemezes 10 mosó van, amelyek 20-30%-os salétromoldattal öntözöttek, amelyeket a 18. szivattyú a 17. gyűjtőből juttat oldatba. salétromból, ezért termékek előállítására használják. A tisztított levegőt a 9 ventilátor szívja ki a granulálótoronyból és engedi ki a légkörbe.

BEVEZETÉS

A nitrogénipar az egyik leggyorsabban növekvő iparág.

A salétromsav a legtöbb nitrogéntartalmú anyag előállításának egyik kiindulási terméke, és az egyik legfontosabb sav.

A termelés mértékét tekintve a salétromsav a kénsav után a második helyen áll a különféle savak között. A nagy léptékű termelést az magyarázza, hogy a salétromsav és sói a nemzetgazdaságban igen fontossá váltak.

A salétromsav fogyasztása nem korlátozódik a műtrágyák előállítására. Széles körben alkalmazható minden típusú robbanóanyag, számos műszaki só gyártásában, a szerves szintézis iparban, a kénsav előállításában, a rakétatechnikában és a nemzetgazdaság számos más ágában.

A salétromsav ipari előállítása az ammónia légköri oxigénnel történő katalitikus oxidációján alapul, majd a keletkező nitrogén-oxidok víz abszorpcióján alapul.

Ennek a kurzusnak a célja, hogy megvizsgálja a salétromsav előállításának első szakaszát - az ammónia kontaktoxidációját, valamint a reaktor anyag- és hőmérlegének kiszámítását.

A salétromsav előállítására szolgáló technológiai sémákban az ammónia katalitikus oxidációjának folyamata fontos, mivel három fő mutatót határoz meg - az ammóniafogyasztást, a platinafémek befektetéseit és veszteségeit, valamint a rendszer energiaképességét. Ebben a tekintetben az ammónia katalitikus oxidációjának folyamatának javítása nagy jelentőséggel bír a salétromsav és általában az ásványi műtrágyák előállítása szempontjából.

1. A SALÉVSAV JELLEMZŐI

1.1 A salétromsav fajtái

Az iparban kétféle salétromsavat használnak: híg (gyenge) 30-60% HNO3 tartalmú és tömény, 97-99% HNO3 tartalmú, valamint viszonylag kis mennyiségű reaktív és nagy tisztaságú salétromsavat. Az előállított salétromsav minőségének meg kell felelnie a megállapított szabványoknak.

A tömény salétromsavnak a fizikai-kémiai paraméterek szerint meg kell felelnie az 1. táblázatban meghatározott szabványoknak.

1. táblázat – A koncentrált salétromsav minőségére vonatkozó követelmények (GOST 701-89)

Az előállított salétromsav minőségének meg kell felelnie a 2. és 3. táblázatban feltüntetett szabványoknak.

2. táblázat – A nem tömény salétromsav minőségi követelményei (OST 6-03-270-76)

3. táblázat – A salétromsav minőségére vonatkozó követelmények (GOST 4461-67)

Tartalom%, nem több 005szulfát (SO42) -0.00020.00050.002föctet (PO43-) 0,000020.00020.002Klloridok (CL-) 0,000050.00010.0005Iron (FE) 0,000020.00010.0003calcium (CA) 0,00050 .0010.002arsenic (AS) 0,0000020. 0000030.00001Nehézfémek (Pb)0.000020.00050.0005

1.2 Salétromsav használata

A salétromsavat különféle tevékenységi területeken használják:

1)alkatrészek horganyzásánál és krómozásánál;

)ásványi műtrágyák előállításához;

)robbanóanyag beszerzése (hadiipar);

)gyógyszerek (gyógyszerek) gyártásában;

)ezüst-nitrát beszerzése fényképezéshez;

)fémformák maratására és gravírozására;

)nyersanyagként tömény salétromsav előállításához;

)a hidrometallurgiában;

)ékszerekben - az arany aranyötvözetben való meghatározásának fő módja;

)aromás nitrovegyületek előállítása - színezékek, farmakológiai készítmények és egyéb finom szerves szintézisben használt vegyületek prekurzorai;

)nitrocellulóz kinyerésére.

1.3 A salétromsav tulajdonságai

3.1 A salétromsav fizikai tulajdonságai

A salétromsav az erős egybázisú, szúrós fullasztó szagú savak közé tartozik, fényérzékeny, erős fényben pedig az egyik nitrogén-oxidra (barna gáznak – NO2) és vízre bomlik. Ezért kívánatos sötét tartályokban tárolni. Koncentrált állapotban nem oldja az alumíniumot és a vasat, ezért megfelelő fém edényekben tárolható. Salétromsav - erős elektrolit (mint sok sav) és nagyon erős oxidálószer. Gyakran használják szerves anyagokkal való reakciókban.

A salétromsavban lévő nitrogén négy vegyértékű, oxidációs foka +5. A salétromsav színtelen, levegőben füstölgő folyadék, olvadáspontja -41,59 , forráspontja +82,6 részleges bővítéssel. A salétromsav vízben való oldhatósága nem korlátozott. A 0,95–0,98 tömeghányadú HNO3 vizes oldatait „füstölgő salétromsavnak” nevezik, amelynek tömeghányada 0,6–0,7 – tömény salétromsav. Vízzel azeotróp elegyet képez (tömeghányad 68,4%, d20 = 1,41 g/cm, forráspont = 120,7 )

Vizes oldatokból kristályosítva a salétromsav kristályos hidrátokat képez:

) HNO3 H2O monohidrát, olvadáspont = -37,62 ;

2) HNO3 3H2O trihidrát, olvadáspont: -18,47 .

A salétromsav az ózonhoz hasonlóan villámlás közben képződhet a légkörben. A nitrogén, amely a légköri levegő 78%-át teszi ki, reakcióba lép a légköri oxigénnel, és NO nitrogén-monoxidot képez. Levegőn történő további oxidáció hatására ez az oxid nitrogén-dioxiddá (barna NO2 gáz) alakul, amely reakcióba lép a légkör nedvességével (felhők és köd), salétromsavat képezve.

De egy ilyen kis mennyiség teljesen ártalmatlan a föld és az élő szervezetek ökológiájára. Egy térfogatrész salétromsav és három térfogatrész sósav aqua regia nevű vegyületet képez. Képes feloldani a közönséges savakban oldhatatlan fémeket (platina és arany). Amikor papírt, szalmát, gyapotot adunk ebbe a keverékbe, erőteljes oxidáció következik be, akár meggyulladás is.

1.3.2 A salétromsav kémiai tulajdonságai

A salétromsav különböző kémiai tulajdonságokat mutat a koncentrációtól és az anyagtól függően, amellyel reagál.

Ha a salétromsav koncentrált:

1) fémekkel - vas (Fe), króm (Cr), alumínium (Al), arany (Au), platina (Pt), irídium (Ir), nátrium (Na) - nem lép kölcsönhatásba a védőréteg képződése miatt film a felületükön, ami nem teszi lehetővé a fém további oxidációját. Minden más fémmel<#"justify">HNO3 konc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

2) nem fémekkel<#"justify">HNO3 konc. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)

Ha a salétromsav híg:

1) alkáliföldfémekkel, valamint cinkkel (Zn), vassal (Fe) való kölcsönhatás során ammóniává (NH3) vagy ammónium-nitráttá (NH4NO3) oxidálódik. Például, ha magnéziummal (Mg) reagál:

HNO3 hígítva + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)

De dinitrogén-oxid (N2O) is képződhet, például magnéziummal (Mg) reagálva:

HNO3 hígítva + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)

Más fémekkel reagál, nitrogén-oxidot (NO) képezve, például feloldja az ezüstöt (Ag):

HNO3 hígított + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)

2) hasonlóan reagál nemfémekkel, például kénnel<#"justify">HNO3 hígított + S = H2SO4 + 2NO (6)

A kén oxidációja kénsav képződéséig és gáz - nitrogén-oxid felszabadulásig;

3) kémiai reakció fém-oxidokkal, például kalcium-oxiddal:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)

Só (kalcium-nitrát) és víz képződik;

) kémiai reakció hidroxiddal (vagy bázissal), például oltott mésszel:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)

Só (kalcium-nitrát) és víz képződik - semlegesítési reakció;

) kémiai reakció sóval, például krétával:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)

Só (kalcium-nitrát) és egy másik sav (jelen esetben szénsav, amely vízzé és szén-dioxiddá bomlik) keletkezik.

6) az oldott fémtől függően a só bomlása hőmérsékleten a következőképpen megy végbe:

a) bármilyen fém (me-nek jelölve) magnéziumig (Mg):

MeNO2 + O2 (10)

b) bármilyen fém a magnéziumtól (Mg) a rézig (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2 (11)

c) bármely fém a réz (Cu) után:

3 = Me + NO2 + O2 (12)

2. A SALÉRTÉKSAV BESZERZÉSÉNEK MÓDSZEREI

salétromsav katalizátor ammónia

A híg salétromsav előállítására szolgáló ipari módszerek a következő lépéseket tartalmazzák:

nitrogén-oxid (II) kinyerése;

2) oxidációja nitrogén-monoxiddá (IV);

3) az NO2 víz általi abszorpciója;

4) a (főleg molekuláris nitrogént tartalmazó) kipufogógázok tisztítása nitrogén-oxidoktól.

A tömény salétromsavat kétféleképpen állítják elő:

1) az első módszer salétromsavat, vizet és vízeltávolító anyagokat (általában kénsavat vagy magnézium-nitrátot) tartalmazó háromkomponensű keverékek rektifikálásából áll. Ennek eredményeként 100%-os salétromsav gőzei (amelyek lecsapódnak) és a víztelenítő szer vizes oldatai keletkeznek, az utóbbit elpárologtatják és visszaállítják a termelésbe;

2) a második módszer a reakción alapul:

N2O4(t) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78,8 kJ (13)

5 MPa nyomáson és tiszta O2 felhasználásával 97-98% sav keletkezik, amely legfeljebb 30 tömeg% nitrogén-oxidot tartalmaz. A célterméket ennek az oldatnak a desztillálásával nyerik. A nagy tisztaságú salétromsavat 97-98,5%-os salétromsavval szilikát vagy kvarcüveg berendezésben végzett desztillációval állítják elő. Az ilyen savban lévő szennyeződések 110-6 tömeg%-nál kisebbek.

3. NYERSANYAG ALAP A NEM TŰRÍTETT SALÉVSAV ELŐÁLLÍTÁSÁBAN

A nem tömény salétromsav előállításának fő nyersanyaga jelenleg az ammónia, a levegő és a víz. A segédanyag- és energiaforrások katalizátorok az ammónia oxidációjához és a kipufogógázok tisztításához, a földgázhoz, a gőzhöz és az elektromos áramhoz.

1. Ammónia. Normál körülmények között színtelen, szúrós szagú gáz, vízben és más oldószerekben jól oldódik, hemi- és monohidrátokat képez. A szintetikus ammóniagyártás fejlődésében fordulópontot jelentett az iparban jelenleg uralkodó módszer alkalmazása a hidrogén előállítására a földgázban lévő metán kapcsolódó kőolajgázokká és finomított kőolajtermékekké való átalakításával. A folyékony ammóniában lévő szennyeződések tartalmát a GOST 6221-82 szabályozza. A legjellemzőbb szennyeződések: víz, kenőolajok, katalizátorpor, vízkő, ammónium-karbonát, oldott gázok (hidrogén, nitrogén, metán). A GOST megsértése esetén az ammónia-levegő keverékbe az ammóniában lévő szennyeződések bejuthatnak, és csökkenthetik a nitrogén-oxid (II) kibocsátását, a hidrogén és a metán pedig megváltoztathatja az ammónia-levegő keverék robbanási határait.

Levegő. A műszaki számításokhoz feltételezzük, hogy a száraz levegő [% (térfogat)]: N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. SO2, NH3, CO2 nyomokban is lehet a levegőben. Az ipari telephelyek területén a levegőt különböző eredetű por, valamint a diffúz gázkibocsátás különféle összetevői (SO2, SO3, H2S, С2H2, Cl2 stb.) szennyezik. A levegőben lévő por mennyisége 0,5-1,0 mg/m3.

3. Víz. Salétromsav előállítására használják az abszorpciós oszlop öntözésére, gőz előállítására hulladékhő-kazánokban hővisszanyerés során, reakcióberendezések hűtésére. A nitrogén-oxidok abszorpciójára leggyakrabban gőzkondenzátumot és kémiailag tisztított vizet használnak. Egyes rendszerekben megengedett ammónium-nitrát lé gőzkondenzátum használata. Az oszlopok öntözésére használt víz semmi esetre sem tartalmazhat szabad ammóniát és szilárd szuszpenziót, a kloridion tartalma legfeljebb 2 mg/l, az olajok legfeljebb 1 mg/l, az NH4NO3 - legfeljebb 0,5 g/l . A hulladékhő-kazánokhoz használt vegyileg tisztított víznek meg kell felelnie a GOST 20995-75 követelményeinek. A hőcserélőkben és berendezések hűtésében hőelvonásra szánt technológiai víznek (cirkulációs víz) meg kell felelnie a következő követelményeknek: karbonát keménység legfeljebb 3,6 meq/kg, lebegőanyag-tartalom legfeljebb 50 mg/kg, pH-érték 6,5-8 ,5 .

4. Oxigén. Főleg tömény salétromsav közvetlen szintézissel történő előállítására használják. Egyes esetekben az ammónia-levegő keverék dúsítására használják nem tömény salétromsav előállítása során.

4. AZ AMMÓNIA ÉRINTKEZÉS OXIDÁLÁSA

4.1 A folyamat fizikai és kémiai alapjai

A salétromsav előállításának modern módszerei az ammónia kontaktoxidációján alapulnak. Az ammónia különböző katalizátorokon történő oxidációja során a körülményektől függően a következő reakciók mennek végbe:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3 kJ (14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104,9 kJ (15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269,1 kJ (16)

A (14-16) reakciókon kívül más reakciók is lehetségesek, amelyek a katalizátor felületközeli rétegeiben fordulnak elő. Például az NO bomlása, az N2O, NO2 és NH3 kölcsönhatása:

NEM N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2 + 3H2O (18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)

Természetesen a (14) reakció „hasznos”. A termodinamikai számítások azt mutatják, hogy a reakciók (14-16) gyakorlatilag befejeződnek.

A fordított reakciók egyensúlyi állandói (14-16) 900°C-on a következők:

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

ahol k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2.

900-nál az ammónia katalitikus átalakulása végtermékké eléri a 100%-ot, azaz a folyamat gyakorlatilag visszafordíthatatlan.

A (14-16) egyenletek azonban nem tükrözik a folyamat tényleges mechanizmusát, mivel ebben az esetben a (14) reakcióban kilenc molekulának kellene egyidejűleg ütköznie; a (16) reakcióban - hét molekula. Szinte hihetetlen.

A katalizátorokon az ammónia oxidációjának számos mechanizmusát javasolták. A mechanizmusokkal kapcsolatos elképzelések közötti különbségek a következők:

1) NO és N2 képződése egy intermedieren keresztül a katalizátoron;

2) a katalizátoron NO képződik, a katalizátoron és a gáztérfogatban pedig N2 képződik.

A fentiek alapján (az egyensúlyi állandóról és az oxidációs mechanizmusokról) kijelenthető, hogy a választott katalizátornak nagy aktivitással (nagy reakciósebességgel és rövid érintkezési idővel: nő a N2 képződésének valószínűsége) és szelektivitással kell rendelkeznie. reakcióhoz (14).

A saját és külföldi tudósok által javasolt számos mechanizmus közül az L.K. Androsov, G.K. Boreskov, D.A. Epstein.

A mechanizmus lépésről lépésre a következőképpen mutatható be:

1. szakasz - a platina felületének oxidációja. Peroxid katalizátor-oxigén komplex képződik (1. ábra).

1. ábra - A peroxid katalizátor-oxigén komplex szerkezete

szakasz - az ammónia diffúziója és adszorpciója az oxigénnel borított platina felületén. Katalizátor-oxigén-ammónia komplex képződik (2. ábra).

2. ábra - A katalizátor-oxigén-ammónia komplex szerkezete

a szakasz az elektronikus kötvények újraelosztása, a régi kötvények feltörése és az új kötvények megerősítése.

szakasz - a termékek deszorpciója és diffúziója a gázáramba (a stabil NO és H2O vegyületek eltávolításra kerülnek a felületről).

A felszabaduló centrumok ismét adszorbeálják az oxigént, mivel az oxigén diffúziós sebessége nagyobb, mint az ammóniáé, stb. A tudósok szerint a katalizátorrácsba (nem platina kontaktus) belépő oxigén nem vesz részt az ammónia oxidációs reakciójában (a módszerrel igazolva). jelölt atomok).

Az ammónia nitrogénné történő átalakulása az I.I. Berger és G.K. Boreskov, térfogatban előfordulhat az ammónia reakciója eredményeként, mind az oxigénnel, mind a nitrogén-oxiddal.

A folyamatnak vannak kinetikai, átmeneti és diffúziós régiói. A kinetikai régió az alacsony hőmérsékletekre jellemző: korlátozza a katalizátor gyulladási hőmérséklete, amelynél a felület gyors spontán felmelegedése figyelhető meg, azaz a gyulladási hőmérsékletig a sebességet a kémiai reakció sebessége korlátozza. az elérhetőségen. T > Tzazhnál már a diffúzió irányítja a folyamatot – a kémiai reakció gyors. A folyamat átmegy a diffúziós tartományba. Ez a terület (600-1000 ) jellemző az ipari körülmények között végzett stacioner autotermikus eljárásra. Ez a gáz térfogati sebességének elengedhetetlen növelését és az érintkezési idő csökkenését jelenti.

Az ammónia oxidációs reakciója aktív katalizátorokon korábban kezdődik: palládiumon (Pd) 100 °C-on , platinán (Pt) 145-nél , vason (Fe) 230-nál , fém-oxidokon a reakció kezdetének hőmérséklete tág határok között változik. Ugyanakkor T > 600-nál eléri a megfelelő átalakulási sebességet és mértéket .

4.2 Ammónia oxidációs katalizátorok

Szinte minden salétromsav üzem platinát vagy ötvözeteit használja az ammónia oxidációjának katalizátoraként.

A platina drága katalizátor, de hosszú ideig megőrzi nagy aktivitását, kellő stabilitású és mechanikai szilárdságú, könnyen regenerálható. Végül a katalizátor modern hálózati formájával a platina használata lehetővé teszi a legegyszerűbb típusú érintkezőberendezés alkalmazását. Könnyen meggyullad, termelési egységenkénti fogyasztása elhanyagolható.

A salétromsav gyártása során nem használnak platina és ötvözeteinek hordozóanyagát, mivel hordozók jelenlétében a katalizátor aktivitása viszonylag gyorsan csökken, regenerációja pedig nehezebbé válik. A modern üzemekben a katalizátorok platináját rácsok formájában használják. A hálóforma nagy katalizátorfelületet hoz létre az érintkező berendezésben viszonylag alacsony platinafogyasztás mellett. Általában olyan rácsokat használnak, amelyekben a huzal átmérője 0,045-0,09 mm, a cella oldali mérete pedig 0,22 mm. A huzallal nem foglalt hálók területe a teljes területének körülbelül 50-60%-a. Eltérő átmérőjű szálak használatakor a szövések számát úgy módosítják, hogy a huzal által nem elfoglalt szabad terület a megadott határokon belül maradjon.

Légköri nyomás alatt működő érintkező eszközökben. telepítsen 2-4 rácsot, többnyire 3-at, és 8 atm-ig nyomás alatt működő készülékekbe - 13-16 rácsot. Ha egy rácsot telepítenek, az ammónia molekulák egy része nem érintkezik a katalizátorral, ami csökkenti a nitrogén-monoxid hozamát. A legjobb körülmények között az érintkezési fok egy hálón elérheti a 86-90%-ot, két hálón a 95-97%-ot, három hálón a 98%-ot. Atmoszférikus nyomáson végzett munka során 4-nél több rácsot nem használnak, mivel nagy számú rács esetén, bár az érintkező berendezés teljesítménye nő, a gázáramlással szembeni ellenállás jelentősen megnő. A rácsoknak szorosan illeszkedniük kell egymáshoz, mert ellenkező esetben a rácsok közötti szabad térben homogén reakciók sorozata megy végbe, csökkentve a nitrogén-monoxid-kibocsátást.

A munka során a platina rácsok nagymértékben meglazulnak. Sima és fényes szálaik szivacsossá és mattá válnak, a rugalmas hálók törékennyé válnak. A szivacsos, meglazult felület kialakulása növeli a szálak vastagságát. Mindez egy igen fejlett hálózati felületet hoz létre, amely növeli a platina katalitikus aktivitását. Csak a katalizátor gázokkal érkező szennyeződésekkel való mérgezése okozhatja az aktivitás csökkenését.

A platina géz felületének idővel történő meglazulása a géz erős tönkremeneteléhez vezet, ami nagy platinaveszteséget okoz.

A katalizátor gyártására szánt platina nem tartalmazhat vasat, ami már 0,2% -nál jelentősen csökkenti a nitrogén-oxid hozamát.

A tiszta platina magas hőmérsékleten gyorsan megsemmisül, és a legkisebb részecskéi a gázárammal együtt elszállnak. A platinacsoport más fémeit tiszta formában nem használják katalizátorként. A palládium gyorsan lebomlik. Az irídium és a ródium nem túl aktív. Az ozmium könnyen oxidálódik.

Tanulmányozták és alkalmazták a platinaötvözeteket, amelyek nagyobb szilárdsággal és nem kisebb aktivitással rendelkeznek, mint a tiszta platina. A gyakorlatban platinaötvözeteket használnak irídiummal vagy ródiummal, illetve néha palládiummal. Az 1% irídiumot tartalmazó platinaötvözetből készült rácsok magas hőmérsékleten aktívabbak, mint a platinák. A lényegesen nagyobb aktivitás és különösen a mechanikai szilárdság jellemző a platina-ródium ötvözetekre.

A legjobb nitrogén-monoxid-hozamot a 10% ródiumot tartalmazó platinaötvözetek megmunkálásakor érik el. Tekintettel azonban a ródium magasabb költségére a platinához képest, az ötvözetek tartalma általában 7-5%-ra csökken.

Ha az ammóniát nyomás alatt platina-ródium rácsokon oxidálják, lényegesen nagyobb nitrogén-oxid hozam érhető el, mint a tiszta platina rácsokon.

A platina katalizátorok érzékenyek a betáplált gázban lévő bizonyos szennyeződésekre. Így a 0,00002% foszfin (РН3) jelenléte a gázban 80%-ra csökkenti az átalakulás mértékét. Kevésbé erős mérgek a hidrogén-szulfid, acetiléngőzök, kenőolajok, vas-oxidok és egyéb anyagok. A rácsokat 10-15%-os sósavoldattal 60-70°C-on 2 órán keresztül regeneráljuk, majd desztillált vízzel alaposan mossuk, szárítjuk és hidrogénlángon kalcináljuk. Működés közben megváltozik a rácsok fizikai szerkezete, és csökken az ötvözet mechanikai szilárdsága, ami növeli a fémveszteséget és lerövidíti a katalizátor élettartamát.

4.3 A gázkeverék összetétele. Optimális ammóniatartalom az ammónia-levegő keverékben

A levegőt elsősorban az ammónia oxidálására használják. Az ammónia oxidációjához szükséges oxigénfogyasztás a (24) reakció szerint NO képződésével a következőképpen számítható ki:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)

A (24) reakció szerint 1 mol NH3 1,25 mol O2 = , akkor - az NH3 tartalma a következőképpen fejezhető ki:

ahol - levegővel kevert NH3 mennyisége; 100 - a keverék teljes mennyisége (%).

Ez azonban elméleti. Gyakorlati célokra bizonyos oxigénfelesleget használnak, ekkor az ammónia koncentrációja kevesebb, mint 14,4% (térfogat).

Az ammónia-levegő keverék optimális ammóniakoncentrációja a legmagasabb tartalom, amelynél még O2:NH3 arányban magas NO-kibocsátás lehetséges.< 2.

Az átalakulás mértékének éles csökkenése figyelhető meg az O2:NH3 arány csökkenésével< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, a konverziós arány jelentősen megnő.

Tehát a fontos szempont:

1) egyrészt az ammónia-levegő keverék NH3-tartalmának növekedése, azaz az O2:NH3 arány csökkenése az ammónia konverziós fokának csökkenéséhez vezet;

2) másrészt az ammónia-levegő keverék NH3-tartalmának növekedésével a rendszer hőmérséklete nő, mivel a reakciók (14-16) szerint több hő szabadul fel, és nő az átalakulás mértéke, amint az a 4. táblázatból látható.

4. táblázat – Az ammónia konverziós fokának függősége az ammónia-levegő keverékben lévő mennyiségétől (P = 0,65 MPa)

NH3 tartalom a keverékben, % (térf.) O2:NH3 arány Konverziós hőmérsékletek, NH3 átváltási arány, %9.531.9874391.8810.421.7878693.1610.501.7678993.3011.101.6782894.2111.531.5983495.30

A 4. táblázatból az következik, hogy a hőmérséklet 740-ről 830 °C-ra történő emelése O2:NH3 arányban 1,6-2 tartományban kedvezően befolyásolja a folyamatot. O2:NH3 arányban< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

O2-felesleg szükséges ahhoz, hogy a platina felületét mindig oxigén borítsa, hogy az oxidációs folyamat a korábban tárgyalt mechanizmus szerint lezajlott, és kizárható legyen az N2 és N2O képződése (oxigénhiány esetén). 30%-nál nagyobbnak kell lennie, azaz az O2:NH3 arány > 1,62.

A gáz összetétele a salétromsav kinyerésének második szakaszának áramlásától is függ (NO oxidációja)

2NO + 1,5O2 + H2O = 2HNO3 (25)

Ezenkívül oxigéntöbbletet igényel:

1) nyomás alatt működő rendszerek esetén - 2,5%;

2) légköri nyomáson működő rendszerek esetén - 5%.

A salétromsav előállításához szükséges oxigénigényt meghatározó általános reakciót a következőképpen írjuk le

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

Van még egy körülmény, ami miatt nem kívánatos az ammónia koncentrációját 9,5 térfogat% fölé emelni. Ebben az esetben a nitrogén-oxidok koncentrációja csökken az abszorpciós tornyokban a további oxigén bevezetése miatt (azaz a NO hígul). Így a 9,5% (térfogat) az optimális ammóniatartalom a híg salétromsav előállításának minden szakaszában.

Az oxidációhoz levegő helyett oxigént használhat. Ezután a (26) általános reakciónak megfelelően az ammónia koncentrációját 33,3 térfogat%-ra kell növelni. Itt azonban biztonsági óvintézkedésekre van szükség, mivel az ilyen koncentrációjú ammónia keverék robbanásveszélyessé válik (5. táblázat).

5. táblázat – Alsó (LEL) és felső (URL) robbanási határértékek ammónia-oxigén-nitrogén keverékeknél

A gáz páratartalmának növekedésével a robbanási határok beszűkülnek, azaz lehetőség van az ammónia gőz-oxigén átalakítására.

Az ammónia és oxigén keveréke robbanással meggyullad (Tflax = 700-800 ). Ezen hőmérsékleti határokon belül az ammónia-oxigén keverék bármely ammóniatartalma esetén öngyulladás lép fel.

A gyakorlatban használt ammónia-levegő keverékek (ammónia koncentráció 9,5-11,5% (térf.)) nem robbanásveszélyesek (5. táblázat). Az ammónia-levegő keverék robbanási határértékei az ammónia- és oxigéntartalomtól függenek különböző nyomásokon.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a robbanás terjedési sebessége kicsi, és az ammónia-levegő keverék esetében 0,3-0,5 m/s. Vagyis a robbanás terjedésének lehetőségének kiküszöbölésére ennél az értéknél (0,5 m/s) nagyobb gázsebességet kell létrehozni. Pontosan ezt érik el az aktív platinoid katalizátorok az eljárás során, ahol az érintkezési idő 10-4 mp, és ebből adódóan a lineáris sebesség több mint 1,5 m/s.

4.4 Ammónia nyomás alatti oxidációja

A nyomásgyakorlás célja:

1) a folyamat sebességének növelésének szükségessége;

2) kompakt telepítések.

Termodinamikailag bebizonyosodott, hogy még nagy nyomáson is megközelíti a 100%-ot az NO hozama. A konverter teljesítménye nő a nyomás növekedésével és a platinoid katalizátor rácsainak számának növekedésével. A nyomás növekedésével a folyamat hőmérséklete is 900 fölé emelkedik . A nyomás növekedésével azonban a magas NH3 konverzió elérése érdekében növelni kell a gáz tartózkodási idejét a konverterben.

ami viszont a rácsok számának növekedéséhez vezet.

A fő hátrány a platina (Pt) katalizátor megnövekedett vesztesége magas hőmérsékleten. Ezek a hiányosságok (platinaveszteség, konverziós fok csökkenése) kiküszöbölhetők kombinált gyártási séma alkalmazásával, azaz az NH3 oxidációs folyamatának légköri nyomáson vagy ahhoz közel történő végrehajtásával, valamint az NO oxidáció és abszorpció magasabb nyomáson történő végrehajtásával. . Ezt a megközelítést gyakran alkalmazzák számos ország technológiai rendszerében. Ugyanakkor a gázkondicionálás energiaköltségei növelik a salétromsav költségét.

4.5 Optimális feltételek az ammónia oxidációjához

Hőfok. Az ammónia reakciója a platinán 145 °C-nál kezdődik , de alacsony NO-hozammal és túlnyomórészt elemi nitrogén képződésével megy végbe. A hőmérséklet emelkedése a nitrogén-monoxid hozamának növekedéséhez és a reakciósebesség növekedéséhez vezet. 700-1000 tartományban Az NO hozama 95-98%-ra növelhető. Az érintkezési idő hőmérsékleten 650-ről 900-ra nő körülbelül ötszörösére csökken (5-ről 10-4-től 1,1-ig 10-4 másodperc). Az oxidációs reakciók hőjével a folyamat szükséges hőmérsékleti tartománya tartható fenn. 10% NH3-t tartalmazó száraz ammónia-levegő keverék esetén 96%-os konverziós arány mellett az elméleti gázhőmérséklet-emelkedés körülbelül 705 vagy 70 körül az ammónia minden százalékára a kezdeti keverékben. 9,5% ammóniát tartalmazó ammónia-levegő keverék használatával a reakció hőhatása miatt körülbelül 600 °C hőmérsékletet lehet elérni. , az átalakítási hőmérséklet további növeléséhez a levegő vagy ammónia-levegő keverék előmelegítése szükséges. Figyelembe kell venni, hogy az ammónia-levegő keveréket csak 150-200 °C-ot meg nem haladó hőmérsékletre lehet melegíteni. legfeljebb 400 fűtőgáz hőmérsékleten . Ellenkező esetben lehetséges az ammónia disszociációja vagy homogén oxidációja elemi nitrogén képződésével.

Az ammónia kontaktoxidációja hőmérséklet-emelkedésének felső határát a platina katalizátor vesztesége határozza meg. Ha 920-ig Ha a platinaveszteségeket bizonyos mértékig kompenzálja a katalizátor aktivitásának növekedése, akkor ezen hőmérséklet felett a katalizátorveszteség növekedése jelentősen meghaladja a reakciósebesség növekedését.

A gyári adatok szerint az ammónia optimális konverziós hőmérséklete légköri nyomáson körülbelül 800 ; 9 atm nyomás alatt működő berendezéseken ez 870-900 .

Nyomás. A megnövelt nyomás alkalmazása a híg salétromsav előállításában főként a nitrogén-oxid oxidációjának sebességének növelésére és a kapott nitrogén-dioxid salétromsavvá történő feldolgozására vonatkozik.

A termodinamikai számítások azt mutatják, hogy az egyensúlyi NO hozam még emelt nyomáson is közel 100%. Nagyfokú érintkezés azonban ebben az esetben csak nagyszámú katalizátorhálóval és magasabb hőmérséklettel érhető el.

Nemrég ipari körülmények között többrétegű katalizátorokon, alapos gáztisztítással és 900 °C hőmérsékleten sikerült 96%-ra hozni az ammónia konverziós fokát. Az optimális nyomás kiválasztásakor szem előtt kell tartani, hogy a nyomás növekedése a platinaveszteség növekedéséhez vezet. Ez a katalízis hőmérsékletének növekedésével, a többrétegű hálózatok használatával és a nagy gázsebesség hatására bekövetkező mechanikai roncsolódásukkal magyarázható.

3. A keverék ammóniatartalma. Az ammónia oxidálására általában levegőt használnak, így a keverék ammóniatartalmát a levegő oxigéntartalma határozza meg. O2:NH3 = 1,25 sztöchiometrikus aránynál (levegővel kevert ammóniatartalom 14,4%) a nitrogén-oxid hozama nem jelentős. Az NO-hozam növeléséhez némi oxigénfeleslegre van szükség, ezért a keverék ammóniatartalmának 14,4%-nál kisebbnek kell lennie. A gyári gyakorlatban a keverék ammóniatartalmát 9,5-11,5% tartományban tartják, ami megfelel az O2:NH3 = 21,7 aránynak.

A teljes reakció (26), amely meghatározza az oxigénigényt az ammónia salétromsavvá történő feldolgozása során, az O2:NH3 = 2 arányt adja, amely megfelel a kezdeti keverék 9,5%-os ammóniatartalmának. Ez arra utal, hogy a keverék ammóniakoncentrációjának 9,5% feletti növekedése végső soron nem vezet az NO-koncentráció növekedéséhez, mivel ebben az esetben további levegőt kell bevezetni az adszorpciós rendszerbe. Ha kiindulási reagensként ammónia-oxigén keveréket használunk, akkor a teljes reakció egyenletével összhangban az ammónia koncentrációja 33,3%-ra növelhető. A nagy koncentrációjú ammónia alkalmazása azonban nehéz, mert az ilyen keverékek robbanásveszélyesek.

A szennyeződések hatása. A platinaötvözetek érzékenyek az ammónia-levegő keverékben lévő szennyeződésekre. Ha a gázelegyben 0,0002% hidrogén-foszfid van jelen, az ammónia konverziós foka 80%-ra csökken. Kevésbé erős kontaktmérgek a hidrogén-szulfid, acetilén, klór, kenőolaj gőzök, vas-oxidokat tartalmazó por, kalcium-oxid, homok stb.

A gázok előzetes tisztítása megnöveli a katalizátor élettartamát. Idővel azonban a katalizátor fokozatosan mérgeződik, és az NO hozama csökken. A mérgek és szennyeződések eltávolítása érdekében a rácsokat időszakonként regenerálják 10-15%-os sósavoldattal történő kezeléssel.

5. Kapcsolattartási idő. Az optimális érintkezési időt az ammónia oxidációjának sebessége határozza meg. Az oxidációs sebességet leggyakrabban az oxidált ammónia mennyisége (kg) egységnyi területre (m2) naponta (katalizátor intenzitása) határozza meg. A gáz és a katalizátor érintkezésének időtartamát vagy az érintkezési időt a következő egyenlet határozza meg:

Vsv / W

ahol t a gáz tartózkodási ideje a katalizátorzónában, másodperc; Vw a katalizátor szabad térfogata, m3; W - térfogati sebesség érintkezési körülmények között m3 sec-1.

Az ammónia nitrogén-monoxiddá történő átalakulásának maximális mértéke a gáz és a katalizátor közötti, jól meghatározott időpontban érhető el. Az optimális érintkezési időnek nem azt kell tekinteni, amelynél a maximális NO-hozam érhető el, hanem valamivel rövidebbnek, mivel a termékhozam csökkenése árán is gazdaságilag előnyös magasabb termelékenységgel dolgozni. Gyakorlati körülmények között az ammónia és a katalizátor érintkezési ideje 1 között van 10-4-től 2-ig 10-4 mp.

Ammónia keverése levegővel. Az érintkezési zónába belépő ammónia-levegő keverék teljes homogenitása az egyik fő feltétele a magas nitrogén-monoxid-hozam elérésének. A gázok jó keverése nemcsak a nagyfokú érintkezés biztosításához, hanem a robbanásveszély elleni védelemhez is nagyon fontos. A keverő kialakításának és térfogatának teljes mértékben biztosítania kell a gáz jó keveredését, és meg kell akadályoznia, hogy az ammónia külön-külön sugárban a katalizátorra kerüljön.

5. KAPCSOLATOT AZ ESZKÖZÖKKEL

A legbonyolultabb és jelentős fejlesztésen esett át maga az érintkező berendezés kialakítása.

3. ábra - Ostwald-érintkező berendezés: 1 - ammónia-levegő keverék gyűjtő; 2 - platina spirál; 3 - betekintő ablak; 4 - nitrogéngáz-gyűjtő

Az első ipari érintkezőkészülék az Ostwald-készülék volt (3. ábra), amely két koncentrikus csőből állt: egy 100 mm átmérőjű, belül zománcozott külső öntöttvas csőből és egy 65 átmérőjű nikkelből készült belsőből. mm. Az ammónia-levegő keverék alulról a külső csövön keresztül bejutott a készülékbe és a belső cső felső részében található katalizátorra esett. A nitrózus gázok a belső csövön keresztül a kollektorba kerültek, hőt adva a bejövő keveréknek.

A katalizátor 0,01 mm vastag és 20 mm széles platinafólia csíkokból állt, amelyeket egy spirálba tekercseltek össze. Az egyik szalag sima, a második hullámos, 1 mm-es hajlításokkal. Az ammónia konverziós foka elérte a 90-95%-ot, a levegővel kevert keverék 8 térfogatszázalék NH3-t tartalmazott, a készülék termelékenysége napi 100 kg salétromsav volt.

A katalizátornak ez a formája nem tette lehetővé a berendezés termelékenységének növelését méretének növelésével. Az Ostwald-készülékben a gázelegy egyenletes betáplálása nem volt biztosított, mivel a katalizátorba való belépés előtt a gázáram 180°-kal változtatta irányát és csak ezután jutott be. Ezenkívül a berendezés kialakítása nem tette lehetővé a nitrogén(II)-oxidok gyors eltávolítását a magas hőmérsékletű zónából.

Az érintkezőberendezés későbbi kialakításánál katalizátort használtak 0,06 mm átmérőjű szálak rácsának formájában.

4. ábra - Andreev érintkező berendezése: 1 - platina rácsok; 2 - betekintő ablak

Az első oroszországi salétromsav-gyártást Andreev kontaktkészülékével szerelték fel, amely napi 386 kg salétromsavat termelt, és a világon a legfejlettebbnek számított. A 300 mm átmérőjű és 450 mm magas hengeres berendezés öntöttvasból készült. A gázelegy alulról jött (4. ábra). A platina katalizátor rácsát a készüléken keresztben, annak közepén helyezték el.

Az öntöttvas felhasználásának a készülék gyártásához számos hátránya volt: mellékreakciók előfordulása, a platina vízkővel való szennyeződése. Az átalakulás mértéke nem haladta meg a 87%-ot.

5. ábra - Fisher érintkező berendezés: 1 - fúvóka; 2 - platina rács; 3 - szigetelés

A Fisher készülék alumíniumból készült, átmérője 1000 mm, magassága 2000 mm (5. ábra). Alulról a készüléket porcelán Raschig gyűrűkkel, a felső részét pedig tűzálló téglákkal bélelték ki. A berendezés kialakítása nem biztosította az ammónia-levegő keverék egyenletes betáplálását a katalizátorba, az oxidok hozama 89-92% volt 700-720°C érintkezési hőmérsékleten. A készülék termelékenysége ammónián 600-700 kg/nap. A katalizátorra hulló tűzálló tégla részecskék csökkentették annak aktivitását.

6. ábra - Bamag készülék: 1 - fúvóka; 2 - platina rács; 3 - betekintő ablak

A Bamag által javasolt berendezés (6. ábra) két, széles alapokkal összekötött csonka kúpból állt, amelyek közé katalizátorrácsokat helyeztek el. A készülék átmérője a legszélesebb részén 1,1 m vagy 2,0 m volt.

Az ammónia-levegő keveréket alulról tápláltuk be a készülékbe. Kezdetben alumíniumból készült a készülék, majd a felső, meleg része rozsdamentes acélból készült. A keverék jobb keverése érdekében Raschig-gyűrűket öntöttünk a készülék alsó részébe.

Ezeknek az eszközöknek a fő hátránya az volt, hogy a gázkeveréket alulról irányították a katalizátoron, ami a rácsok rezgéséhez és a platinaveszteség növekedéséhez vezetett.

Az érintkező berendezés tervezési vizsgálatai kimutatták, hogy a gázkeverék felülről lefelé irányuló iránya stabilizálja a katalizátorhálózatok működését, csökkenti a drága, szűkös platina katalizátor veszteségét, 1,0-1,5%-kal növeli a konverzió mértékét és lehetővé teszi. kétlépcsős katalizátor alkalmazása, amelyben a második szakaszban oxid, nem platina katalizátort használnak.

Ha felülről gázkeveréket juttatnak a készülékbe, annak alsó részébe egy szigetelőanyag réteg, valamint egy gőzkazán és egy túlhevítő tekercsei helyezhetők el anélkül, hogy a katalizátor tűzálló porral és vassal szennyeződne. skála. Ez csökkenti a reakcióhő veszteségét a környezetbe.

A katalizátor felületi hőmérséklet-eloszlásának vizsgálata kimutatta, hogy a katalizátor falakkal szomszédos szélei alacsonyabb hőmérsékletűek, és ennek megfelelően csökken az érintkezés mértéke, csökkentve a nitrogén-monoxid (II) összhozamát. Ebben a tekintetben az érintkező berendezés bemeneti részének geometriája nagy jelentőséggel bír, simán elágazó kúpnak kell lennie, amelynek szöge a tetején nem lehet nagyobb, mint 30°.

7. ábra - Parsons-készülék: 1 - hengeres platinaháló; 2 kvarc alsó; 3 - betekintő ablak; 4 - szigetelés

Az Egyesült Államokban egy Parsons-készüléket hoztak létre egy függőleges elrendezésű katalizátorrácsból, amelyet egy 33 cm magas és 29 cm átmérőjű négyrétegű henger formájában feltekert (7. ábra). A platina hengert tűzálló téglával bélelt fém burkolatba helyezték, ami jó hőcserét biztosított a forró katalizátorral. Egy ilyen készülék termelékenysége napi 1 tonna ammónia volt, az átalakítás mértéke 95-96%.

Ennek az eszköznek az előnye a nagy katalizátorfelület a készülék térfogatához képest. Hátránya az ammónia-levegő keverék egyenetlensége a katalizátorba. Több keverék áramlik át a szitakatalizátor alján, mint a tetején.

Számos különböző formájú eszközt teszteltek: két félgömb, egy kúp és egy félgömb formájában a gáz áramlási irányával alulról felfelé. Ezeknek az eszközöknek még akkor sem voltak különösebb előnyei, ha az eljárást 0,51 MPa-ig hajtották végre, az átalakítás mértéke nem haladta meg a 90%-ot.

8. ábra - Dupont készülék: 1 - platina rácsok; 2 - rács; 3 - vízköpeny

Az eljárás emelt nyomáson történő végrehajtása során elterjedt a DuPont készülék (8. ábra), amely kúpokból áll: a felső nikkelből, az alsó pedig hőálló acélból készült. Az alsó tok vízköpennyel volt ellátva a hűtéshez. A rácsra helyezett katalizátor téglalap alakú rácsokból álló csomag formájában készül.

Jelenleg világszerte híg salétromsav gyártására alkalmas egységeket terveznek és építenek nagy egységkapacitással - akár 400-600 tonna/év mennyiségig. Az ilyen egységeknél a gázáramban elhelyezkedő lapos rácsrétegekkel vagy szemcsés anyagréteggel rendelkező érintkezőeszközök nagy átmérőjűek legyenek, legfeljebb 5-7 m. A készülék átmérőjének növekedésével azonban a romlik az ammónia-levegő keverék eloszlása ​​a berendezés keresztmetszetében, és nő az egységnyi termelékenységre jutó fémfogyasztás, nőnek a karimás kötések tömítési nehézségei. A nagy átmérőjű (4 m feletti) készülékek vasúton nem szállíthatók, gyári gyártásuk komoly nehézségekkel jár.

Ebben a tekintetben a legígéretesebb egy konverter, amely a gázkeveréket radiálisan áramoltatja át a katalizátoron, henger vagy kúp formájában. A katalizátor ilyen elrendezésével a berendezés átmérőjének megváltoztatása nélkül növelhető a magassága és ennek megfelelően a termelékenysége.

A hengeres katalizátorelrendezésű készülékek kialakítása régóta ismert (Parsons készülékek), de termelékenységük 4,5 kg/h-ról 14,3 t/h ammóniára emelkedésével problémák merültek fel a gázkeverék elosztásában. áramlások, hőátadás, katalizátor rögzítés stb.

9. ábra - Parsons továbbfejlesztett készüléke: 1 - test; 2 - burkolatok; 3 - hűtőfolyadék gyűjtő; 4 - támogató eszköz; 5 - szerelvény nitrózus gázok kivezetéséhez; 6 - katalizátorrácsok; 7 - csatornák a hűtőközeg számára; 8 - csatorna gázokhoz

Az egyik új eszköz a továbbfejlesztett Parsons készülék (9. ábra). Egy burkolattal ellátott testből, az ammónia-levegő keverék bemenetére és a nitrózus gázok kibocsátására szolgáló szerelvényekből áll. A katalizátor a hengeres felület mentén függőlegesen elhelyezett platinarács, amely a kupakok alatt van rögzítve. A rácsok kerámia tartószerkezetre vannak feszítve, amelyen vízszintes csatornák vannak az ammónia-levegő keveréknek az érintkezőrácsokhoz való ellátására, valamint függőleges csatornák a hűtőközeg ellátására. Az ilyen tartóeszköz hátránya a katalizátorba belépő gáz külön fúvókák formájában történő elosztása, aminek következtében a katalizátor területe nem működik teljesen.

10. ábra - Érintkező berendezés radiális gázáramlással: 1 - ház; 2 - fedél; 3 - tartóelemek rendszere; 4 - katalizátor; 5 - rács; 6 - vakfenék

Javasolunk egy radiális gázáramú berendezést (10. ábra), amely egy 1 testből és egy ammónia-levegő keverék bevezetésére szolgáló szerelvényes burkolatból áll. A ház alsó részén nitrózus gázok bevezetésére szolgáló szerelvény található. A henger és a kúp formájú katalizátorhálók függőlegesen vannak elrendezve. Ez az eszköz azonban nem biztosítja a katalizátor egyenletes gázellátását.

11. ábra - Szemcsés katalizátorral ellátott érintkezőeszköz: 1 hengeres test; 2 - fedél központi lyukkal; 3, 4 - koaxiális hengeres perforált elosztó rácsok; 5 - gyűrű alakú fenék; 6 - kimeneti szerelvény

Radiális gázárammal és szemcsés katalizátorral rendelkező berendezést javasolnak. Katalizátorként hordozóra felvitt platinafémeket vagy nem platina katalizátor tablettáit használnak (11. ábra).

A 11. ábrán látható berendezés egy hengeres 1 testből áll, amelynek felső részébe ammónia-levegő keveréket vezetnek be, alsó részében pedig a nitrózus gázokat eltávolítják. Belül két koaxiális hengeres perforált 3 és 4 elosztó rács található, amelyek közé egy 7 szemcsés katalizátorréteg van elhelyezve. 6 illesztés.

Az ammónia-levegő keverék a készülék bejáratánál két áramra oszlik. A fő rész átmegy a ház falai és a külső elosztóhenger közötti gyűrű alakú résbe, és sugárirányban belép a katalizátorra. A második, kisebb rész áthalad a burkolaton lévő lyukon, és a tengely mentén belép a katalizátorba. Nem biztosított a gázelegy egyenletes eloszlása ​​a katalizátorban.

Ezeknek a kialakításoknak a hátránya az ammónia-levegő keverék 200 feletti túlmelegedése vakfenék közelében a gázsebesség nullára csökkenése miatt. A gáz túlmelegedése a katalizátorhálók túlmelegedését és fokozott kopását okozza.

12. ábra - Berendezés kúp alakú katalizátorral: 1 - ing gázfűtéshez; 2 - katalizátor; 3 - tartócső eszköz; 4 - vízköpeny

A berendezés (12. ábra) egy katalizátort tartalmaz több réteg platinaháló formájában, amelyet háromszög alakú darabokból körülbelül 60°-os csúcsszögű kúppal hegesztettek. A rácscsomag egy 6-12 csőből álló szerkezeten alapul a kúp generátora mentén, amelyen a hűtőfolyadék áthalad. A katalizátornak ez a formája nagy fajlagos felülettel rendelkezik (a berendezés térfogatához viszonyítva) a gázáram mentén elhelyezkedő lapos katalizátorhoz képest. A hengeres katalizátorhoz képest azonban kisebb a fajlagos felülete.

13. ábra - Érintkező berendezés ammónia nagynyomású oxidálásához: 1 - ház; 2 - belső kúp; 3 - kapcsolóberendezés; 4 - gyújtó; 5 - katalizátorrácsok; 6 - túlhevítő; 7 - gőzkazán csomagok; 8 - gazdaságosító

A 13. ábra ammónia 0,71 MPa nyomáson történő oxidálására szolgáló érintkező berendezést mutat be. A készülék két, egymásba helyezett kúpból áll. Az ammónia-levegő keverék alulról bejut a belső és külső kúp közötti térbe, felemelkedik, majd onnan ereszkedik le a belső kúpon. Útban a platina katalizátorhoz, amely rácsok formájában készül, a keveréket jól elkeverik a Raschig gyűrűk elosztó berendezésében.

A beáramló gázkeverék és az átalakítási folyamat hőmérsékletének mérésére a készülék hőelemekkel van felszerelve: négy a katalizátor előtt és négy utána. A gázmintavételhez gőz-mintavevő csövek vannak: négy a katalizátor előtt és négy utána. A katalizátort nitrogén-hidrogén keverékkel gyújtják meg, amelyet egy forgó égő (gyújtó) segítségével táplálnak.

14. ábra - Grand Paroiss érintkezőkészülék: 1 - ház; 2 rács; 3 - platina katalizátor; 4 - páncélozott háló; 5 - gyűrűk rétege; 6 perforált lemez; 7 - túlhevítő; 8 - hulladékhő kazán

A 0,40-0,50 MPa átlagos nyomáson üzemelő készülékek közül a Grande Paroiss cég rozsdamentes acélból készült készüléke érdekes (14. ábra). Felülről ellipszis alakú fedéllel lezárt testből áll, gázkeverék bevezetésére szolgáló bemeneti csatlakozóval. A burkolat alatt perforált kúp, majd terelőlap található. A platina rácsok fölé egy elosztó rácsot helyeznek el, amelyen hat rácsból álló réteg fekszik, amelyek csillapítóként működnek az áramlási sebesség pulzációinál. A készülék hátránya a stagnáló zónák jelenléte a katalizátor magas hőmérsékletének tartományában, ahol a beérkező ammónia lebomlik.

6. A NEM TÖRÍTETT SALÉVSAV ELŐÁLLÍTÁSÁNAK TECHNOLÓGIAI VÁLASZTÁSA ÉS LEÍRÁSA

A gyártási folyamat körülményeitől függően a következő típusú salétromsavrendszereket különböztetjük meg:

1) légköri nyomáson működő rendszerek;

2) magas nyomáson (4-8 atm) működő rendszerek;

3) kombinált rendszerek, amelyekben az ammónia oxidációját alacsonyabb nyomáson, az oxidok abszorpcióját pedig magasabb nyomáson hajtják végre.

Tekintsük ezeket a technológiai sémákat.

1) légköri nyomáson működő rendszerek;

15. ábra - Híg salétromsav atmoszférikus nyomáson történő előállítására szolgáló berendezés vázlata: 1 - vízmosó; 2 - szövetszűrő; 3 - ammónia-levegő ventilátor; 4 - kartonszűrő; 5 - konverter; 6 - gőzvisszanyerő kazán; 7 - nagy sebességű hűtőszekrény; 8 - hűtő-kondenzátor; 9 - ventilátor nitrózus gázokhoz; 10 - abszorpciós tornyok; 11 - oxidációs torony; 12 - torony a nitrogén-oxidok lúgokkal történő abszorpciójához; 13 - savas hűtőszekrény; 14, 15 - szivattyúk

Ezek a rendszerek (15. ábra) már nem üzemelnek a berendezések terjedelmessége (nagyszámú sav- és lúgos abszorpciós torony), alacsony termelékenységük, valamint bizonyos mennyiségű klór felhalmozódása miatt, ami a savas és lúgos abszorpciós rendszerekben erős korrozív hatást gyakorol a berendezésekre, amelyeket folyamatosan cserélni kell, és ez nagy gazdasági költségekhez vezet.

2) kombinált rendszerek;

16. ábra - Salétromsav kinyerése kombinált módszerrel: 1 - nagy sebességű hűtőszekrény; 2 - hűtőszekrény; 3 - turbófeltöltős motor; 4 - reduktor; 5 - nitrózus gázok turbókompresszora; 6 - turbina a kipufogógázok öntözésére; 7 - oxidálószer; 8 - hőcserélő; 9 - hűtő-kondenzátor; 10 - abszorpciós oszlop; 11 - savszelep; 12 - kondenzvízgyűjtő; 13, 14 - salétromsav gyűjtők

Ennek a rendszernek a fő előnyei a következők:

1. Ezek a rendszerek (16. ábra) külső energiafelhasználás nélkül működnek, mivel az ammónia oxidáció és a nitrogén-oxid oxidáció hője elegendő ahhoz, hogy energiát nyerjen a levegő és a nitrózus gázok szükséges nyomásra történő sűrítéséhez;

2. A berendezés tömörsége.

3. Az ilyen blokkok termelékenysége 1360 tonna/nap.

A séma hátrányai:

Ennek a sémának az a fő hátránya, hogy amikor az ammóniát 9 atm nyomáson oxidálják, az átalakulás mértéke 2-3% -kal kisebb, mint a légköri nyomáson, és a platina katalizátor vesztesége 2-3-szor nagyobb. Így ezt az eljárást előnyösebb légköri nyomáson végrehajtani. A salétromsavat gyártó modern, nagy teljesítményű műhelyekhez azonban ebben az esetben nagyszámú nagy méretű eszközre lesz szükség, és ennek következtében az építési és szerelési munkák költségeinek növekedése. Ezek a megfontolások szükségessé teszik az ammónia-átalakítási folyamatban a nyomás növelését. Ebben a tekintetben a körülbelül 2,5 atm nyomás elfogadható, mivel a készülék térfogata 2,5-szeresére csökken a légköri nyomáson működő rendszerek térfogatához képest, mérsékelt ammónia- és katalizátorveszteséggel.

3) nagy nyomás alatt működő rendszerek.

Az áramkör előnyei (17. ábra):

1. Az egység kompakt, minden eszköz szállítható. Az egység áramciklusa autonóm, és a vegyszergyártás kikapcsolása után mindaddig üzemben marad, amíg a vezérlőpanelről ki nem kapcsolják. Ez lehetővé teszi az egység gyors üzembe helyezését a vegyi folyamat véletlen leállása esetén. Az egység vezérlése üzemmódban automatizált.

2. Az egyetlen 0,716 MPa nyomású egységeken előállított salétromsav tényleges költsége és energiaintenzitása továbbra is a legalacsonyabb az AK-72-es és a kombinált séma szerint működő egységgel összehasonlítva.

3. Hulladékhő kazán helyett az érintkező berendezés mögé magas hőmérsékletű hőcserélőt építenek be, amely a turbina előtti kipufogógázokat 1120 K-ig melegíti. Ugyanakkor a teljesítménynövekedés miatt a gázturbina, a teljesítmény 274-el nőtt az AK-72 egységhez képest.

4. A sémában a technológiai berendezéssel párhuzamosan egy folyamatosan bekapcsolt égéstér kerül beépítésre, amely lehetővé teszi a gépegység működésének gyártósortól függetlenné tételét, valamint a működésből való zökkenőmentes átmenet biztosítását. a gép készenléti üzemmódjában a bekapcsolt technológiai folyamat melletti gép működéséhez.

A séma hátrányai:

1. A folyamat megemelt hőmérsékleten megy végbe az egységben, ami nagyon nagy terhelést jelent a palládiumkatalizátorra, és meghibásodik. A szakirodalom szerint a fajlagos helyrehozhatatlan veszteségek 1 tonna salétromsavra vonatkoztatva atmoszférikus nyomáson 40-45 mg, 0,3-1,6 MPa-nál 100 mg, 0,7-0,9 MPa-nál 130-180 mg. Vagyis a nyomás alatt működő üzemekben a platinaveszteség megnő a magasabb katalízis-hőmérséklet miatt, mint a légköri nyomáson üzemelő üzemekben.

2. Nagyon magas fokú levegőtisztítás szükséges a gázturbinába való belépés előtt, mivel a kompresszor levegő kapacitása akár 10%-kal, a hatásfok pedig akár 6%-kal is csökkenthető.

Ebben a kurzusprojektben részletesen megvizsgáljuk a salétromsav nyomás alatti, gázturbina által hajtott kompresszorral történő előállításának sémáját (17. ábra).

A salétromsav gyártási kapacitását a 0,716 MPa nyomáson működő séma szerint az egységek száma határozza meg. Egy blokk kapacitása 120 ezer tonna/év (100% HNO3). A rendszerben szereplő egységek számát a salétromsav-feldolgozó üzemek iránti igény határozza meg.

Minden egységben a következőket végzik: az ammónia-levegő keverék elkészítése (levegő tisztítása és kompressziója, folyékony ammónia elpárologtatása, gáznemű ammónia és ammónia-levegő keverék tisztítása); ammónia átalakítás; nitrogén-oxidok képződési hőjének hasznosítása; nitrózus gázok hűtése; salétromsav kinyerése; füstgáz fűtés; tisztítás a nitrogén-oxidoktól és a gázenergia kinyerése a gázturbinában és a hulladékhő kazánban.

Ezen túlmenően a rendszer magában foglalja a betáplált víz előkészítésére szolgáló egységeket a hulladékhő kazánok táplálására, a kondenzátum vagy demineralizált víz hűtésére az abszorpciós oszlopok öntözésére, a gőz megfelelő paraméterekre történő csökkentésére, a keletkezett salétromsav tárolására és a fogyasztók felé történő elosztására.

17. ábra - Salétromsav nyomás alatti előállításának diagramja kompresszorhajtással gázturbináról: 1 - légszűrő; 2 - az első fokozat turbófeltöltője; 3 - közbenső hűtőszekrény; 4 - a második fokozat turbófeltöltője; 5 - gázturbina; 6 - sebességváltó; 7 - motor-generátor; 8 - légfűtő; 9 - ammónia keverő levegővel; 10 - légfűtő; 11 - porózus szűrő; 12 - konverter; 13 - hulladékhő kazán; 14 - edény a nitrózus gázok oxidálására; 15 - hűtőszekrény - kondenzátor; 16 - abszorpciós oszlop; 17 - konverter; 18 - hulladékhő kazán

A légköri levegőt az 1 szűrőn keresztül a 2. első fokozat turbófeltöltője szívja be és 0,2-0,35 MPa nyomásra sűríti. A kompresszió miatt a levegő 175 °C-ra melegszik fel . Lehűlés után 30-45 a 3 hűtőszekrényben a levegő a második 4 fokozat turbófeltöltőjébe kerül, ahol 0,73 MPa végső nyomásra sűrítik és 125-135 °C-ra melegítik. . További légfűtés 270-ig A 8 fűtőberendezésben a konverterből távozó forró nitrózus gázok hője miatt fordul elő. A forró levegő tovább jut a keverőbe 9.

Az 1,0-1,2 MPa nyomású ammóniát 150 °C-ra melegítjük a 10 melegítőben vízgőzzel, és belép a 9 keverőbe, ahol levegővel keveredik. A kapott ammónia-levegő keveréket, amely 10-12% NH3-ot tartalmaz, egy porózus 11 szűrőn leszűrjük, és belép a 12 konverterbe, ahol platina-ródium katalizátoron 890-900 °C hőmérsékleten. az ammónia nitrogén-monoxiddá oxidálódik. A konverterből kilépő gázok hőjét a 13 hulladékhő kazánban használják fel gőz előállítására, míg a gázokat 260 °C-ra hűtik. .

Ezután a gázok áthaladnak a platina befogására szolgáló szűrőn, amely az üres 14 edény felső részében található. A 14 tartályban a NO NO2-dá oxidálódik (oxidációs fok 80%), aminek eredményeként a gázelegy felmelegszik. 300-310 és belép a 8 légfűtőbe, ahol lehűtik 175 °C-ra . A nitrózus gázok hőjének további felhasználása veszteségessé válik, ezért vízzel hűtik le a hűtőszekrényben 16 50-55 °C-ra. . A 16 hűtőszekrényben a gáz lehűlésével egyidejűleg vízgőz kondenzálódik és salétromsav képződik a víz nitrogén-dioxiddal való kölcsönhatása következtében. A keletkező sav koncentrációja nem haladja meg a HNO3 52%-át, a hozam az üzem teljes kapacitásának körülbelül 50%-a.

A 15 hűtőből a nitrózus gázok szitalemezekkel jutnak be a 16 abszorpciós oszlopba, ahol az NO2-t a víz abszorbeálja és salétromsav keletkezik (55%-os koncentrációig). A 16 abszorpciós oszlop lapjaira tekercseket (hűtőelemeket) helyeznek el, amelyeken keresztül víz kering, hogy eltávolítsa a salétromsav képződése során felszabaduló hőt.

A kipufogógázok nitrogén-oxidoktól való megtisztítására azokat 370-420 °C-ra melegítik, kis mennyiségű földgázt adnak hozzájuk és a 17. konverterbe (reaktorba) juttatják. Itt palládiumkatalizátor jelenlétében a a következő reakciók fordulnak elő:

CH4 + O2 2CO + 4H2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)

Mivel ezek a reakciók hőleadással mennek végbe, a gázok hőmérséklete 700-730 °C-ra emelkedik. . Ezek a gázok 0,5-0,6 MPa nyomással jutnak be az 5 turbinába, amely meghajtja a 2 és 4 turbófeltöltőket, amelyek összenyomják a levegőt. Ezt követően körülbelül 400 °C hőmérsékleten gázok keletkeznek lépjen be a 19-es hulladékhő-kazánba, amely alacsony nyomású gőzt fogad.

Az első és második 2. és 4. fokozat turbófeltöltői, valamint az 5. gázturbina egyetlen egységet alkotnak. Az első fokozat 2 turbinája és az 5 gázturbina közös tengelyen helyezkednek el, és 6 sebességváltóval vannak összekötve a második fokozat 4 turbinájával és egy 7 villanymotorral. Ez az egység lehetővé teszi, hogy a ráfordított energia nagy részét felhasználja. összenyomja a levegőt, és ezáltal jelentősen csökkenti az energiafogyasztást.

7. A REAKTOR ANYAG- ÉS HŐMÉRLEG KISZÁMÍTÁSA

7.1 A reaktor anyagmérlegének kiszámítása

1) Számítsa ki a szükséges levegőmennyiséget:

2) Levegővel ellátott térfogatok, nm3:

a) vízgőz

b) száraz levegő

3) Számítsa ki a levegővel érkező oxigén, nitrogén és argon térfogatát százalékos arányuk alapján

) Határozza meg a (14) reakció által képzett térfogatokat, nm! ³ /h:

a) nitrogén-oxid

b) vízgőz

5) Határozza meg a (15) reakció által képződött térfogatokat, nm ³ /h:

a) nitrogén

b) vízgőz

c) a reakció során elfogyasztott oxigén

6) Kiszámoljuk az ammónia oxidációja után a gázban lévő térfogatokat, nm ³ /h:

a) oxigén

b) nitrogén

c) argon

d) vízgőz

7) A tényleges anyagmérleg akkor számítható ki, ha az érintkező berendezés bemeneténél és annak kimeneténél az áramlások térfogatát tömegekre számítjuk át, miközben az anyagmérleget be kell tartani.

Eljövetel:

Fogyasztás:

Töltsük ki az anyagmérleghez tartozó táblázatot (6. táblázat).

6. táblázat

Jövedelemáramlás Összetevő Mennyiség Összetevő Mennyiség kg/hm ³ /hkg/hm ³ / chNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640790,255Ar929,116520,305Ar928520H2O1827,022273,625H2O8938,62711123,625Vsego73572,07760203,68Vsego73570,96161678,38

Egyenlegeltérés

7.2 A reaktor hőmérlegének kiszámítása

Határozzuk meg azt a tx hőmérsékletet, amelyre az ammónia-levegő keveréket fel kell melegíteni, hogy biztosítsuk az ammónia oxidációs folyamatának autotermikus jellegét.

1) Számítsa ki az ammónia-levegő keverék teljes térfogatát!

) Határozza meg az ammónia-levegő keverék komponenseinek koncentrációját, térfogatszázalékban:

a) ammónia

b) száraz levegő

c) vízgőz

3) Számítsa ki az ammónia-levegő keverék átlagos hőkapacitását!

Cav = 0,01 (35,8 Pam + 28,7 Psv + 32,6 PN2O) (59)

Сav = 0,01 (35,8 9,8 + 28,7 86,4 + 32,6 3,8) = 29,544 kJ/(kmol K),

ahol 35,8; 28,7 és 32,6 - az ammónia, a száraz levegő és a vízgőz hőkapacitása, kJ/(kmol K).

) Határozza meg az ammónia-levegő keverék által bevezetett hőt!

) Kiszámoljuk a reakció során felszabaduló hőt (14) és (16)

vagy 17030 kW, ahol 905800 és 126660 a (14) és (16) reakciók szerinti nitrogén-oxid és nitrogén képződése során felszabaduló hő.

) Határozza meg a hulladékhő kazánba belépő nitrogéngáz teljes térfogatát!

7) Határozza meg a nitrózus gáz komponenseinek koncentrációját, % (térf.):

a) nitrogén-oxid

b) oxigén

c) argon

d) nitrogén

e) vízgőz

8) Számítsa ki a nitrózus gáz átlagos hőkapacitását:

Snav = 0,01 (31,68 PNO + 32,3 P2 + 20,78 Steam 30,8 PN2 + 37,4 Pvod 3 (68))

Sav=0,01 (31,68 8,9+32,3 6,1+20,78 0,84+30,8 66,1+37,4 18,0) = 32,17 kJ/(kmol K)

ahol 31,68; 32,3; 20,78; 30,8 és 37,4 - a nitrogéngáz-komponensek hőkapacitása 900 °C hőmérsékleten , kJ/(kmol K).

9) Gőzfűtéshez 198-tól 250-ig a túlhevítőben el kell venni a hőt:

1880 kW, ahol 800 10 ³ és 1082 10 ³ J/kg - a túlhevített gőz fajlagos entalpiája 198 °C hőmérsékleten és 250 és a nyomás 1,5 MPa és 3,98 MPa.

10) A nitrózus gázok hőmérsékletét az érintkező berendezés kimeneténél az ehhez a szakaszhoz tartozó hőmérleg-egyenlet határozza meg:

6768 106 = 64631 1,66 10³ (900 - t2)

11) Kiszámoljuk a nitrózus gázok által elvitt hőt. Tekintsük azt az esetet, amikor az érintkező berendezés és a hulladékhő-kazán egyetlen készülékként van felszerelve:

12) Határozza meg a környezet hőveszteségét!

A bevitt hőt az áramlási sebességgel egyenlővé téve összeállítjuk a hőmérleg egyenletét és megoldjuk a tx függvényében:

Töltse ki a táblázatot a hőmérleghez (7. táblázat).

7. táblázat

Bemenet, kWFogyasztás, kWAz ammónia-levegő keverék által bevezetett hő6369.2Hő a vízgőz melegítéséhez a túlhevítőben1880A nitrózus gázok által elvezetett hő20584.3A reakció során felszabaduló hő (14) és (16)17030.6Környezeti veszteségek 92353948Össz.294.

Egyenlegeltérés:

8. BIZTONSÁG ÉS IPARI KÖRNYEZET

A nem tömény salétromsav nagynyomású gyártásánál a biztonságos működés érdekében szigorúan be kell tartani a technológiai előírásokat, a munkahelyi munkavédelmi utasításokat, az osztály munkavédelmi és iparbiztonsági utasításait, a bizonyos típusú munkák.

A kiszolgáló személyzet a norma által előírt munkaruhában és munkavédelmi cipőben dolgozhat, köteles üzemképes egyéni védőfelszerelést tartani. A munkavégzés megkezdése előtt minden műszakban ellenőrizni kell a védőfelszerelést (egyéni gázálarcot).

A mechanizmusokat kiszolgáló személyeknek ismerniük kell a Gosgortekhnadzor karbantartott berendezésre vonatkozó szabályait. A kazánfelügyeleti berendezéseket kiszolgáló személyek - kazánfelügyeleti szabályok.

A folyamat minden szakaszában meg kell akadályozni a normál technológiai rendszer megsértését.

Csak üzemképes, minden szükséges és megfelelően működő biztonsági berendezéssel, műszer- és vezérlőberendezéssel, riasztóval és reteszeléssel felszerelt berendezésen végezzen munkát.

Amikor olyan berendezéseket és kommunikációs eszközöket ad át javításra, amelyekben lehetséges ammónia felhalmozódása, nitrogénnel öblítse ki a berendezést és a kommunikációt, amíg az öblítő nitrogénben már nincs éghető anyag.

Mielőtt a készülékeket és a kommunikációkat javításuk után feltöltené ammóniával, öblítse ki nitrogénnel, amíg az öblítő nitrogén oxigéntartalma nem haladja meg a 3,0 térfogatszázalékot.

Ne engedje meg a kommunikációt, szerelvényeket, nyomás alatt lévő berendezéseket javítani. A javításokat a nyomásmentesítés és a javított terület dugókkal történő lezárása után kell elvégezni. A javítandó berendezéseket, kommunikációkat le kell fújni vagy le kell mosni.

A hidraulikus ütések elkerülése érdekében a gőzt lassan kell a hideg gőzvezetékekbe juttatni, biztosítva a megfelelő fűtést és a kondenzátum elvezetését a csővezeték teljes hosszában. A száraz gőz kilépése a vízelvezetőből a csővezeték megfelelő felmelegedését jelzi.

Ne kapcsolja be az elektromos berendezést hibás földeléssel.

Ne engedje meg az elektromos hajtású berendezések javítását anélkül, hogy az elektromos motorok feszültségét levenné.

A vezérlő- és mérőműszerek, valamint az elektromos berendezések javítását, beállítását csak a műszervezető osztály szolgálatai és villanyszerelők végezhetik.

Termelő- és raktárhelyiségben nyílt tűz használata tilos: dohányozni az erre a célra kijelölt helyeken szabad.

A berendezés minden forgó alkatrészét (tengelykapcsoló feleit), a forgó ventilátorok járókerekeit, a villanymotorok tengelyein biztonságosan rögzíteni és elkeríteni, pirosra kell festeni.

A savvezetékek karimás csatlakozásait védőburkolattal kell védeni.

A csővezetékek karimás csatlakozásainak csavarjainak meghúzása, valamint nyomás alatt álló berendezéseken végzett munka nem megengedett.

A nyomás alatt működő berendezéseknek meg kell felelniük a műszaki előírásokban és a nyomás alatt működő edények és kommunikációs rendszerek tervezésére és biztonságos üzemeltetésére vonatkozó szabályokban meghatározott követelményeknek.

A zárt tartályokban végzett munkákat gázveszélyes munkák végzésére vonatkozó munkaengedély megléte mellett kell végezni.

A szellőztetésnek jó állapotban kell lennie és folyamatosan működnie kell.

Az emelőszerkezetek, nyomástartó edények karbantartását csak speciálisan képzett és speciális bizonyítvánnyal rendelkező személyek végezhetik.

Sürgősségi szekrények, tűzérzékelők, telefonok, tűzoltó berendezések megközelítését nem szabad idegen tárgyakkal zsúfolni, azokat tisztán és jó állapotban kell tartani.

A mennyezetben, peronokon, járdákon lévő nyitott nyílásoknál 1 m magas kerítés legyen, a kerítés alján pedig 15 cm magas oldal vagy védősáv legyen.

Minden műszernek, automatizálási és blokkoló rendszernek jó állapotban kell lennie.

A nitrit-nitrát sók lerakódásának megakadályozása a készülékek és csővezetékek belső felületén, a rotorlapátokon, a nitrózus gázkompresszorok falán és egyéb alkatrészeken és berendezésekben, megakadályozza az érintkező készülékek hosszan tartó (20 percnél hosszabb) begyulladását, csökkentve a katalizátor hőmérsékletét. géz, ezek felszakadása, ami ammónia kicsúszásához vezet, a felületek öntözésének befejeződése, ami nitrit-nitrát sók lerakódásához vezet.

Időben törölje le, tisztítsa meg a berendezést a kiömlött technológiai termékektől, töltse fel az olajat a szivattyú forgattyúházába.

A javítási és egyéb munkák elvégzésére szolgáló munkahelyeket és az azokhoz vezető 1,3 m vagy annál magasabb átjárókat be kell keríteni.

Ha az 1,3 m-nél magasabb munkavégzésnél, valamint létráról 1,3 m-nél magasabban végzett munkavégzésnél a kerítés felszerelése lehetetlen vagy nem célszerű, biztonsági öv használata szükséges, míg a munkavégzés helyén ott kell dolgozni segédmunkásoknak, akik készek segíteni a munkásnak. A karabiner rögzítésének helyét a munkavezető határozza meg.

A biztonsági öveket üzembe helyezés előtt, valamint működés közben 6 havonta tesztelik. A biztonsági övön fel kell tüntetni a rendszámot és a következő vizsgálat dátumát.

Salétromsavval végzett munka során (mintavétel, kommunikáció ellenőrzése, savszivattyúk gyártása stb.) egyéni légzés- és szemvédelem szükséges (szűrős gázálarc "M" márkájú dobozzal, védőszemüveg gumi félálarccal vagy plexiből készült védőpajzs, vagy gázálarcos sisak), saválló gumikesztyű, speciális saválló ruha.

Ha bármilyen meghibásodást észlel a berendezés működésében, a támasztékokban, falakban stb. időben értesítse az osztályvezetőt, a műhelyszerelőt. Ha szükséges, állítsa le a berendezést és készítse elő a javításra történő szállításra.

Az egység minden javítási megállításánál nyissa ki az oxidálószer alsó ajtaját, és ammóniumsók jelenlétében az elosztó rácson, a falak és az alja mentén, gőzölje élő gőzzel, engedje le a kondenzátumot.

A gőzzel, gőzkondenzátummal végzett munkát overallban, lábbeliben, kesztyűben kell végezni.

Az osztályon a foglalkozási mérgezések és megbetegedések megelőzése érdekében a következő egészségügyi és higiéniai követelményeket kell betartani:

a) a levegő hőmérséklete legyen:

23- átmeneti és téli időszak;

18-27- nyári időszak.

b) levegő relatív páratartalma:

nyáron - legfeljebb 75%;

télen - legfeljebb 65%.

c) zaj - hangszigetelt kabinokban legfeljebb 65 dBA, más helyeken legfeljebb 80 dBA;

d) rezgés - hangszigetelt kabinokban legfeljebb 75 dB, motor- és érintkezőterekben legfeljebb 92 dB;

e) munkahelyek megvilágítása:

hangszigetelt fülkék - legalább 200 lux;

az abszorpciós oszlopok helyén - legalább 50 lux;

a motortérben és az érintkezőkben - legalább 75 lux.

f) a káros anyagok megengedett legnagyobb koncentrációja a helyiségek munkaterületének levegőjében:

ammónia - legfeljebb 20 mg / m3;

nitrogén-oxidok - legfeljebb 5 mg/m3.

Az osztályon az egyedi gázálarcokon kívül szűrő és szigetelő gázálarcok vészhelyzeti ellátása is van.

A vészhelyzeti gázálarcokat vészhelyzeti szekrényekben tárolják.

KÖVETKEZTETÉS

A tantárgyi munka során egy ammónia katalitikus oxidációjára szolgáló reaktort terveztek, amely nem tömény salétromsav előállításánál nitrogén-oxidokat állít elő.

Figyelembe vették a folyamat fizikai és kémiai alapjait. Megadjuk a kiindulási alapanyag és a késztermék jellemzőit.

Az oxidációhoz szükséges levegőmennyiséget 5900 m-re számoltuk ³ / h ammónia, ez 54304 m-t tett ki ³ /h A levegővel szállított oxigén, nitrogén és argon térfogatát a levegőben lévő százalékos arányuk alapján számítottuk ki. Kiszámították az ammónia oxidációja után a gázban lévő oxigén, nitrogén, argon és vízgőz térfogatát is.

A hőmérleg kiszámítása megtörtént, melynek eredményeként minden hőáram kiszámításra került. Kiszámították azt a hőmérsékletet, amelyre az ammónia-levegő keveréket fel kell melegíteni az ammónia-oxidáció autotermikus folyamatának biztosításához, ez 288 . A túlhevítő után számított nitrózus gáz hőmérséklete 836,7 volt . Meghatározzák a környezet hőveszteségét.

Szakirodalmi áttekintés készült a nem tömény salétromsav előállításának leghatékonyabb módjáról. A nagynyomású rendszert választottuk, mivel ez az egység kompakt, minden eszköz szállítható, az egység energiaciklusa autonóm. A vizsgált rendszerben a villamos energiát nem technológiai szükségletekre fogyasztják. A villamos energiát kis mennyiségben csak a savszivattyúzáshoz szükséges szivattyúk hajtására, a kazánok tápvízellátására használják fel. Az e rendszer szerinti munkát káros gázok légkörbe való kibocsátása nélkül végzik.

IRODALOM

1. Atroshchenko V.I., Kargin S.I. A salétromsav technológiája: Proc. Juttatás egyetemeknek. - 3. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Kémia, 1970. - 496 p.

Egorov A.P. Shereshevsky A.I., Shmanyenko I.V. Szervetlen anyagok általános kémiai technológiája: Tankönyv technikumoknak. - Szerk. 4. revízió - Moszkva, Leningrád: Kémia, 1965-688.

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleschev N.F. Az ammónia katalitikus oxidációja / Szerk. Karavaeva M.M. - M.: Kémia, 1983. - 232 p.

Katalizátorok a nitrogéniparban./Szerk. Atroshchenko V.I. - Harkov: Vishcha iskola, 1977. - 144 p.

Általános kémiai technológia. Szerkesztőségében prof. Amelina A.G. Moszkva: Kémia, 1977. - 400 s.

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Példák és feladatok a kémiai technológia folyamatai és berendezései során. L .: Kémia, 1976 - 552s.

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. A salétromsav termelés optimalizálása. M.: Kémia, 1983. - 208 p.

Számítások a szervetlen anyagok technológiájához: Proc. Kézikönyv egyetemeknek / Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. satöbbi.; Szerk. Pozina M.E. 2. kiadás átdolgozva és további - L.: Kémia. Leningrád. osztály, 1977 - 496 p.

Rumjancev O.V. Berendezések nagynyomású szintézisüzemekhez a nitrogéniparban; Proc. egyetemek számára - M.: Kémia, 1970 - 376 p.

10. Szokolov R.S. Kémiai technológia: tankönyv. juttatás diákoknak. magasabb tankönyv intézmények: In 2 T. - M .: Humanit szerk. központ VLADOS, 2000. - V.1: Vegyi termelés az antropogén tevékenységben. A kémiai technológia alapkérdései. Szervetlen anyagok előállítása. - 368 p.

Azotchik's Handbook./Szerk. Melnikova E.Ya. - V.2: Salétromsav gyártása. Nitrogén műtrágyák gyártása. Anyagok és alapvető speciális felszerelések. Energiaellátás. Biztonságtechnika. - M.: Kémia - 1969. - 448s.

Szervetlen anyagok kémiai technológiája: 2 könyvben. 1. könyv. Tankönyv / T.G. Akhmetov, R.G. Porfiryeva, L.G. Gysin. - M.: Feljebb. iskola, 2002. 688s.: ill.

Korobochkin V.V. Salétromsav technológia. - A Tomszki Politechnikai Egyetem kiadója. 2012.