No kā gatavo salpetru? Amonija nitrāta ražošana

Amonija nitrātu iegūst, neitralizējot slāpekļskābi ar gāzveida amonjaku saskaņā ar reakciju:

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

Šī gandrīz neatgriezeniskā reakcija norit lielā ātrumā un izdalot ievērojamu daudzumu siltuma. Parasti to veic spiedienā, kas ir tuvu atmosfēras spiedienam; dažās valstīs neitralizācijas iekārtas darbojas ar spiedienu 0,34 MPa. Amonija nitrāta ražošanā izmanto atšķaidītu 47-60% slāpekļskābi.

Neitralizācijas reakcijas siltumu izmanto, lai iztvaicētu ūdeni un koncentrētu šķīdumu.

Rūpnieciskā ražošana ietver sekojošus posmus: slāpekļskābes neitralizācija ar gāzveida amonjaku ITN aparātā (neitralizācijas siltuma izmantošana); salpetra šķīduma iztvaicēšana, salpetra kausējuma granulēšana, granulu dzesēšana, virsmaktīvās vielas granulu apstrāde, salpetra iesaiņošana, uzglabāšana un iekraušana, gāzu emisijas un notekūdeņu attīrīšana. Slāpekļskābes neitralizēšanas laikā tiek ievadītas piedevas.

1. attēlā parādīta modernas lieltonnāžas AS-72 bloka shēma ar jaudu 1360 t/diennaktī.

Rīsi. viens.

1 - skābes sildītājs; 2 - amonjaka sildītājs; 3 - ITN ierīces; 4 - neitralizators; 5 - iztvaicētājs; 6 - spiediena tvertne; 7, 8 - granulatori; 9, 23-ventilatori; 10 - mazgāšanas skruberis; 11 - bungas; 12.14 - konveijeri; 13 - lifts; 15-slāņa aparāti; 16 - granulēšanas tornis; 17 - kolekcija; 18, 20 - sūkņi; 19 - tvertne peldēšanai; 21-filtrs peldēšanai; 22 - gaisa sildītājs

Ienākošā 58-60% slāpekļskābe tiek uzkarsēta sildītājā 1 līdz 70-80 o C ar sulas tvaikiem no aparāta ITN 3 un tiek padota neitralizācijai. Pirms 3. aparāta slāpekļskābei pievieno termisko fosforskābi un sērskābi 0,3–0,5% P 2 O 5 un 0,05–0,2% amonija sulfāta daudzumā, rēķinot uz gatavo produktu.

Sērskābi un fosforskābi piegādā virzuļsūkņi, kuru darbība ir viegli un precīzi regulējama. Iekārta ir aprīkota ar divām paralēli darbojošām neitralizēšanas ierīcēm. Šeit tiek piegādāts arī gāzveida amonjaks, kas sildītājā 2 tiek uzkarsēts ar tvaika kondensātu līdz 120-130 ° C. Pievadītās slāpekļskābes un amonjaka daudzums tiek regulēts tā, lai ITN aparāta izejā šķīdumā būtu neliels slāpekļskābes pārpalikums. , nodrošinot pilnīgu amonjaka uzsūkšanos.

Aparāta apakšējā daļā ir skābju neitralizācija 155-170°C temperatūrā, lai iegūtu šķīdumu, kas satur 91-92% NH 4 NO 3. Aparāta augšējā daļā ūdens tvaiki (tā sauktie sulas tvaiki) tiek mazgāti no amonija nitrāta un HN0 3 tvaiku šļakatām. Daļa no sulas tvaiku siltuma tiek izmantota slāpekļskābes sildīšanai. Pēc tam sulas tvaiks tiek nosūtīts tīrīšanai mazgāšanas skruberos un pēc tam izplūst atmosfērā.

Skābs amonija nitrāta šķīdums tiek nosūtīts uz neitralizatoru 4, kur tiek piegādāts amonjaks šķīduma neitralizācijai nepieciešamajā daudzumā. Pēc tam šķīdumu ievada iztvaicētājā 5 uz doupara, ko vada ūdens tvaiki ar spiedienu 1,4 MPa un gaiss, kas uzkarsēts līdz aptuveni 180 °C. Iegūtais kausējums, kas satur 99,8-99,7% salpetra, iziet caur filtru 21 175 ° C temperatūrā un ar centrbēdzes zemūdens sūkni 20 tiek ievadīts spiediena tvertnē 5 un pēc tam taisnstūrveida metāla granulēšanas tornī 16, kura garums ir 11 m. , platums 8 m un augšdaļas augstums līdz konusam 52,8 m.

Torņa augšējā daļā ir granulatori 7 un 8; torņa lejas daļā tiek padots gaiss, atvēsinoši salpetra pilieni, kas pārvēršas granulās. Salpetra daļiņu krišanas augstums ir 50--55 m. Granulatoru konstrukcija nodrošina viendabīga granulometriskā sastāva granulu ražošanu ar minimālu sīko granulu saturu, kas samazina putekļu aiznesšanu no torņa ar gaisu. Granulu temperatūra pie torņa izejas ir 90--110°C, tāpēc tās tiek nosūtītas dzesēšanai uz verdošā slāņa aparātu 15. Verdošā slāņa aparāts ir taisnstūrveida aparāts ar trīs sekcijām un aprīkots ar režģi ar caurumiem. . Gaiss zem režģa tiek padots ar ventilatoriem, tādējādi izveidojot 100--150 mm augstu salpetra granulu kārtiņu, kas caur konveijeru nāk no granulēšanas torņa. Notiek intensīva granulu dzesēšana līdz 40°C (bet ne augstākai par 50°C) temperatūrai, kas atbilst IV modifikācijas pastāvēšanas nosacījumiem. Ja dzesēšanas gaisa temperatūra ir zemāka par 15°C, tad pirms ieplūdes verdošā slāņa aparātā gaiss siltummainī tiek uzsildīts līdz 20°C. Aukstajā periodā var darboties 1-2 sekcijas.

Gaiss no aparāta 15 nonāk granulēšanas tornī granulu veidošanai un to dzesēšanai.

Amonija nitrāta granulas no verdošā slāņa aparāta pa konveijeru 14 tiek padotas apstrādei ar virsmaktīvo vielu rotējošā cilindrā 11. Šeit granulas tiek izsmidzinātas ar izsmidzinātu NF dispersanta 40% ūdens šķīdumu. Pēc tam salpetra iziet cauri elektromagnētiskajam separatoram, lai atdalītu nejauši iesprostotus metāla priekšmetus un tiek nosūtīta uz bunkuru, pēc tam svēršanai un iepakošanai papīra vai plastmasas maisiņos. Somas tiek nogādātas ar konveijeru iekraušanai vagonos vai uz noliktavu.

Gaiss, kas iziet no granulēšanas torņa augšdaļas, ir piesārņots ar amonija nitrāta daļiņām, un sulas tvaiki no neitralizatora un tvaiku-gaisa maisījums no iztvaicētāja satur neizreaģējušu amonjaku un slāpekļskābi un aiznestā amonija nitrāta daļiņas. Tīrīšanai granulēšanas torņa augšējā daļā ir uzstādīti seši paralēli strādājoši mazgāšanas plākšņu tipa skruberi 10, kas apūdeņoti ar 20-30% amonija nitrāta šķīdumu, ko no tvertnes piegādā sūknis 18. Daļa no šī šķīduma tiek novirzīta ITN neitralizatorā sulas tvaika mazgāšanai, pēc tam sajauc ar amonija nitrāta šķīdumu un tādējādi tiek izmantota produktu ražošanai.

Daļa šķīduma (20-30%) tiek nepārtraukti izņemta no cikla, tāpēc cikls tiek iztukšots un papildināts, pievienojot ūdeni. Katra skrubera izejā ir uzstādīts ventilators 9 ar jaudu 100 000 m 3 / h, kas iesūc gaisu no granulēšanas torņa un izlaiž to atmosfērā.

Amonija nitrāts jeb amonija nitrāts, NH 4 NO 3 ir balta kristāliska viela, kas satur 35% slāpekļa amonija un nitrātu formās, abas slāpekļa formas augi viegli absorbē. Granulēto amonija nitrātu plaši izmanto pirms sēšanas un visu veidu virskārtai. Mazākā mērogā to izmanto sprāgstvielu ražošanai.

Amonija nitrāts labi šķīst ūdenī un tam ir augsta higroskopiskums (spēja absorbēt mitrumu no gaisa), kā rezultātā mēslojuma granulas izkliedējas, zaudē savu kristālisko formu, notiek mēslojuma salipšana - beramais materiāls pārvēršas cietā monolītā masā.

Amonija nitrāta ražošanas shematiskā diagramma

Lai iegūtu praktiski nesalipošu amonija nitrātu, tiek izmantotas vairākas tehnoloģiskas metodes. Efektīvs līdzeklis mitruma uzsūkšanās ātruma samazināšanai ar higroskopiskiem sāļiem ir to granulēšana. Viendabīgo granulu kopējā virsma ir mazāka nekā tāda paša daudzuma smalkā kristāliskā sāls virsma, tāpēc granulētie mēslošanas līdzekļi lēnāk absorbē mitrumu no

Kā līdzīgas iedarbības piedevas tiek izmantoti arī amonija fosfāti, kālija hlorīds, magnija nitrāts. Amonija nitrāta ražošanas procesa pamatā ir neviendabīga gāzveida amonjaka mijiedarbības reakcija ar slāpekļskābes šķīdumu:

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

Ķīmiskā reakcija norit lielā ātrumā; rūpnieciskajā reaktorā to ierobežo gāzes šķīšana šķidrumā. Reaģentu sajaukšanai ir liela nozīme, lai samazinātu difūzijas aizkavēšanos.

Amonija nitrāta ražošanas tehnoloģiskajā procesā papildus slāpekļskābes neitralizēšanas ar amonjaku stadijai ietilpst salpetra šķīduma iztvaicēšanas, kausējuma granulēšanas, granulu atdzesēšanas, granulu apstrādes ar virsmaktīvām vielām, iepakošanas, uzglabāšanas un iekraušanas stadijas. salpēts, tīrīšanas gāzu emisijas un notekūdeņi. Uz att. 8.8 parādīta diagramma modernai lieljaudas iekārtai amonija nitrāta AS-72 ražošanai ar jaudu 1360 tonnas dienā. Sākotnējā 58-60% slāpekļskābe tiek uzkarsēta sildītājā līdz 70 - 80°C ar sulas tvaikiem no aparāta ITN 3 un tiek padots neitralizācijai. Pirms 3. aparāta slāpekļskābei pievieno fosforskābi un sērskābi tādā daudzumā, lai gatavais produkts satur 0,3–0,5% P 2 O 5 un 0,05–0,2% amonija sulfāta. Iekārta ir aprīkota ar divām ITN ierīcēm, kas darbojas paralēli. Papildus slāpekļskābei tiem tiek piegādāts gāzveida amonjaks, kas iepriekš uzsildīts sildītājā 2 ar tvaika kondensātu līdz 120-130 ° C. Piegādājamie slāpekļskābes un amonjaka daudzumi tiek regulēti tā, lai ITN aparāta izejā šķīdumā būtu neliels skābes pārpalikums (2–5 g/l), kas nodrošina pilnīgu amonjaka uzsūkšanos.

Aparāta apakšējā daļā 155-170°C temperatūrā notiek neitralizācijas reakcija; tas rada koncentrētu šķīdumu, kas satur 91-92% NH 4 NO 3. Aparāta augšējā daļā ūdens tvaiki (tā sauktie sulas tvaiki) tiek mazgāti no amonija nitrāta un slāpekļskābes tvaiku šļakatām. Daļu no sulas tvaiku siltuma izmanto slāpekļskābes sildīšanai. Pēc tam sulas tvaiks tiek nosūtīts attīrīšanai un izplūst atmosfērā.

8.8. att. Amonija nitrāta bloka AS-72 shēma:

1 – skābes sildītājs; 2 – amonjaka sildītājs; 3 – ITN ierīces; 4 - pēc neitralizators; 5 – iztvaicētājs; 6 - spiediena tvertne; 7,8 - granulatori; 9.23 - līdzjutēji; 10 – mazgāšanas skruberis; 11 - bungas; 12.14 - konveijeri; 13 - lifts; 15 – verdošā slāņa aparāti; 16 - granulēšanas tornis; 17 - kolekcija; 18, 20 - sūkņi; 19 - tvertne peldēšanai; 21 - filtrs peldēšanai; 22 - gaisa sildītājs.

Skābs amonija nitrāta šķīdums tiek nosūtīts uz neitralizatoru 4; kur nokļūst amonjaks, nepieciešams mijiedarbībai ar atlikušo slāpekļskābi. Pēc tam šķīdumu ievada iztvaicētājā 5. Iegūtais kausējums, kas satur 99,7-99,8% nitrāta, 175 ° C temperatūrā iziet cauri filtram 21 un ar centrbēdzes zemūdens sūkni 20 tiek ievadīts spiediena tvertnē 6 un pēc tam taisnstūrveida formā. metāla granulēšanas tornis 16.

Torņa augšējā daļā atrodas granulatori 7 un 8, kuru apakšējā daļā tiek pievadīts gaiss, kas atdzesē no augšas krītošos salpetras pilienus. Salpetra kritiena laikā no 50-55 m augstuma, gaisam plūstot, veidojas mēslojuma granulas. Granulu temperatūra pie torņa izejas ir 90-110°C; karstās granulas atdzesē verdošā slāņa aparātā 15. Tas ir taisnstūrveida aparāts ar trīs sekcijām un aprīkots ar režģi ar caurumiem. Ventilatori pievada gaisu zem režģa; tas rada nitrātu granulu verdošo slāni, kas caur konveijeru nāk no granulēšanas torņa. Gaiss pēc atdzesēšanas nonāk granulēšanas tornī. Amonija nitrāta konveijera 14 granulas tiek pasniegtas apstrādei ar virsmaktīvām vielām rotējošā cilindrā. Pēc tam gatavo mēslojumu ar konveijeru 12 nosūta uz iepakojumu.

Gaiss, kas iziet no granulēšanas torņa, ir piesārņots ar amonija nitrāta daļiņām, un sulas tvaiki no neitralizatora un tvaiku-gaisa maisījums no iztvaicētāja satur nereaģējušu amonjaku un slāpekļskābi, kā arī aiznestā amonija nitrāta daļiņas.

Šo straumju attīrīšanai granulēšanas torņa augšējā daļā ir seši paralēli strādājoši mazgāšanas plākšņu tipa skruberi 10, kas apūdeņoti ar 20-30% amonija nitrāta šķīdumu, ko piegādā ar sūkni 18 no 17. savākšanas. šis šķīdums tiek novirzīts ITN neitralizatorā sulas tvaika mazgāšanai, pēc tam sajauc ar salpetra šķīdumu un tāpēc tiek izmantots produktu pagatavošanai. Attīrīto gaisu no granulēšanas torņa izsūc ventilators 9 un izlaiž atmosfērā.

Amonija nitrāta ražošanas tehnoloģiskais process sastāv no šādiem galvenajiem posmiem: slāpekļskābes neitralizācija ar gāzveida amonjaku, amonija nitrāta šķīduma iztvaicēšana, kausējuma kristalizācija un granulēšana.

Gāzveida amonjaks no sildītāja 1 un slāpekļskābe no sildītāja 2 80-90 0 C temperatūrā nonāk aparātā ITP 3. Lai samazinātu amonjaka zudumus, kopā ar tvaiku reakciju veic skābes pārpalikumā. Amonija nitrāta šķīdums no ierīces 3 tiek neitralizēts pēcneitralizatorā 4 ar amonjaku un nonāk iztvaicētājā 5 iztvaicēšanai. taisnstūrveida granulēšanas tornī 16.

5.1.att. Amonija nitrāta ražošanas tehnoloģiskā shēma.

1 - amonjaka sildītājs, 2 - slāpekļskābes sildītājs, 3 - ITN aparāts (izmantojot neitralizācijas siltumu), 4 - papildu neitralizators, 5 - iztvaicētājs, 6 - spiediena tvertne, 7,8 - granulatori, 9,23 - ventilatori, 10 - mazgāšanas skruberis, 11-trumuļi, 12,14- konveijeri, 13-lifts, 15-pludināto gultu aparāts, 16-granulācijas tornis, 17-kolektors, 18,20-sūkņi, 19-pludiņa tvertne, 21-pludiņa filtrs, 22-gaisa sildītājs.

Torņa augšējā daļā atrodas granulatori 7 un 8, kuru apakšējā daļā tiek pievadīts gaiss, kas atdzesē no augšas krītošos salpetras pilienus. Salpetra pilieniem krītot no 50-55 metru augstuma, ap tiem plūstot gaisam, veidojas granulas, kuras atdzesē verdošā slāņa aparātā 15. Tas ir taisnstūrveida aparāts ar trīs sekcijām un režģi ar caurumiem. Ventilatori pievada gaisu zem režģa. Tiek izveidots salietra granulu verdošais slānis, kas caur konveijeru nāk no granulēšanas torņa. Gaiss pēc atdzesēšanas nonāk granulēšanas tornī.

Amonija nitrāta konveijera 14 granulas tiek pasniegtas apstrādei ar virsmaktīvām vielām rotējošā cilindrā 11. Pēc tam gatavais mēslojuma konveijers 12 tiek nosūtīts uz iepakojumu.

Gaiss, kas iziet no granulēšanas torņa, ir piesārņots ar amonija nitrātu, un neitralizatora sulas tvaiki satur nereaģējušu amonjaku un slāpekļskābi, kā arī aiznestā amonija nitrāta daļiņas. Šo straumju attīrīšanai granulēšanas torņa augšējā daļā ir seši paralēli strādājoši mazgāšanas plākšņu tipa skruberi 10, kas apūdeņoti ar 20-30% salpetra šķīdumu, kas tiek piegādāts ar sūkni 18 no savākšanas 17. līdz šķīdumam. salpetra, un tāpēc to izmanto produktu ražošanai. Attīrīto gaisu no granulēšanas torņa izsūc ventilators 9 un izlaiž atmosfērā.

IEVADS

Slāpekļa rūpniecība ir viena no visstraujāk augošajām nozarēm.

Slāpekļskābe ir viens no sākumproduktiem lielāko slāpekli saturošo vielu ražošanai un ir viena no svarīgākajām skābēm.

Ražošanas apjoma ziņā slāpekļskābe ieņem otro vietu starp dažādām skābēm aiz sērskābes. Lielie ražošanas apjomi tiek skaidroti ar to, ka slāpekļskābe un tās sāļi ir ieguvuši lielu nozīmi tautsaimniecībā.

Slāpekļskābes patēriņš neaprobežojas tikai ar mēslošanas līdzekļu ražošanu. To plaši izmanto visu veidu sprāgstvielu, vairāku tehnisko sāļu ražošanā, organiskās sintēzes rūpniecībā, sērskābes ražošanā, raķešu tehnoloģijā un daudzās citās tautsaimniecības nozarēs.

Slāpekļskābes rūpnieciskā ražošana balstās uz amonjaka katalītisko oksidēšanu ar atmosfēras skābekli, kam seko iegūto slāpekļa oksīdu absorbcija ar ūdeni.

Šī kursa projekta mērķis ir apskatīt slāpekļskābes ražošanas pirmo posmu - amonjaka kontaktoksidēšanu, kā arī reaktora materiālu un siltuma bilanču aprēķinus.

Slāpekļskābes ražošanas tehnoloģiskajās shēmās svarīgs ir amonjaka katalītiskās oksidācijas process, jo tas nosaka trīs galvenos rādītājus - amonjaka patēriņu, investīcijas un platīna metālu zudumus, kā arī shēmas enerģētiskās iespējas. Šajā sakarā slāpekļskābes un minerālmēslu ražošanā kopumā liela nozīme ir amonjaka katalītiskās oksidācijas procesa uzlabošanai.

1. SLĀPEKĻSKĀBES RAKSTUROJUMS

1.1 Slāpekļskābes šķirnes

Rūpniecībā izmanto 2 šķirņu slāpekļskābi: atšķaidītu (vāju) ar HNO3 saturu 30-60% un koncentrētu, kas satur 97-99% HNO3, kā arī salīdzinoši nelielu daudzumu reaktīvas un ļoti tīras slāpekļskābes. Saražotās slāpekļskābes kvalitātei jāatbilst noteiktajiem standartiem.

Saskaņā ar fizikāli ķīmiskajiem parametriem koncentrētai slāpekļskābei jāatbilst 1. tabulā norādītajiem standartiem.

1. tabula. Prasības koncentrētas slāpekļskābes kvalitātei (GOST 701-89)

Saražotās slāpekļskābes kvalitātei jāatbilst noteiktajiem standartiem, kas norādīti 2. un 3. tabulā.

2. tabula. Kvalitātes prasības nekoncentrētai slāpekļskābei (OST 6-03-270-76)

3. tabula. Prasības slāpekļskābes kvalitātei (GOST 4461-67)

Saturs%, ne vairāk 00520.00050.002Fosfates (PO43-) 0.000020.00020.002Chlorīdi (CL-) 0.000050.00010.0005iron (FE) 0.000020.00010.0003Kalcium (CA) 0.00050.0010.002arsenic (AS) 0.0000020. 0000030.00001Smagie metāli (Pb)0.000020.00050.0005

1.2 Slāpekļskābes izmantošana

Slāpekļskābi izmanto dažādās darbības jomās:

1)pie detaļu cinkošanas un hromēšanas;

)minerālmēslu ražošanai;

)iegūt sprāgstvielas (militārā rūpniecība);

)medikamentu (farmācijas) ražošanā;

)sudraba nitrāta iegūšana fotografēšanai;

)metāla formu kodināšanai un gravēšanai;

)kā izejviela koncentrētas slāpekļskābes iegūšanai;

)hidrometalurģijā;

)juvelierizstrādājumos - galvenais veids, kā noteikt zeltu zelta sakausējumā;

)iegūt aromātiskos nitro savienojumus - krāsvielu prekursorus, farmakoloģiskos preparātus un citus smalkajā organiskajā sintēzē izmantojamos savienojumus;

)lai iegūtu nitrocelulozi.

1.3 Slāpekļskābes īpašības

3.1. Slāpekļskābes fizikālās īpašības

Slāpekļskābe ir viena no spēcīgajām vienbāziskām skābēm ar asu smacējošu smaku, ir jutīga pret gaismu un spilgtā gaismā sadalās vienā no slāpekļa oksīdiem (saukta arī par brūno gāzi – NO2) un ūdenī. Tāpēc vēlams to uzglabāt tumšos traukos. Koncentrētā stāvoklī tas nešķīst alumīniju un dzelzi, tāpēc to var uzglabāt atbilstošos metāla traukos. Slāpekļskābe - ir spēcīgs elektrolīts (tāpat kā daudzas skābes) un ļoti spēcīgs oksidētājs. To bieži izmanto reakcijās ar organiskām vielām.

Slāpeklis slāpekļskābē ir četrvērtīgs, oksidācijas pakāpe +5. Slāpekļskābe ir bezkrāsains šķidrums, kas kūp gaisā, kušanas temperatūra -41,59 , viršanas temperatūra +82,6 ar daļēju paplašināšanu. Slāpekļskābes šķīdība ūdenī nav ierobežota. HNO3 ūdens šķīdumus ar masas daļu 0,95-0,98 sauc par "kūpošo slāpekļskābi", ar masas daļu 0,6-0,7 - koncentrētu slāpekļskābi. Veido azeotropu maisījumu ar ūdeni (masas daļa 68,4%, d20 = 1,41 g/cm, vārīšanās temperatūra = 120,7 )

Kristalizējoties no ūdens šķīdumiem, slāpekļskābe veido kristāliskus hidrātus:

) HNO3 H2O monohidrāts, Tkausēšana = -37,62 ;

2) HNO3 3H2O trihidrāts, T kušanas = -18,47 .

Slāpekļskābe, tāpat kā ozons, var veidoties atmosfērā zibens uzliesmojuma laikā. Slāpeklis, kas veido 78% no atmosfēras gaisa, reaģē ar atmosfēras skābekli, veidojot slāpekļa oksīdu NO. Tālāk oksidējoties gaisā, šis oksīds pārvēršas slāpekļa dioksīdā (brūnā gāzē NO2), kas reaģē ar atmosfēras mitrumu (mākoņiem un miglu), veidojot slāpekļskābi.

Bet tik mazs daudzums ir pilnīgi nekaitīgs zemes un dzīvo organismu ekoloģijai. Viens tilpums slāpekļskābes un trīs tilpumi sālsskābes veido savienojumu, ko sauc par aqua regia. Tas spēj izšķīdināt metālus (platīnu un zeltu), kas nešķīst parastajās skābēs. Ja šajā maisījumā ievieto papīru, salmus, kokvilnu, notiks spēcīga oksidēšanās, pat aizdegšanās.

1.3.2. Slāpekļskābes ķīmiskās īpašības

Slāpekļskābei ir dažādas ķīmiskās īpašības atkarībā no koncentrācijas un vielas, ar kuru tā reaģē.

Ja slāpekļskābe ir koncentrēta:

1) ar metāliem - dzelzi (Fe), hromu (Cr), alumīniju (Al), zeltu (Au), platīnu (Pt), irīdiju (Ir), nātriju (Na) - nesadarbojas, jo veidojas aizsargplēve plēve uz to virsmas , kas neļauj tālāk oksidēt metālu. Ar visiem pārējiem metāliem<#"justify">HNO3 konc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

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

Ja slāpekļskābe ir atšķaidīta:

1) mijiedarbojoties ar sārmzemju metāliem, kā arī ar cinku (Zn), dzelzi (Fe), tas oksidējas līdz amonjakam (NH3) vai amonija nitrātam (NH4NO3). Piemēram, reaģējot ar magniju (Mg):

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

Bet var veidoties arī slāpekļa oksīds (N2O), piemēram, reaģējot ar magniju (Mg):

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

Reaģē ar citiem metāliem, veidojot slāpekļa oksīdu (NO), piemēram, izšķīdina sudrabu (Ag):

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

2) līdzīgi reaģē ar nemetāliem, piemēram, sēru<#"justify">HNO3 atšķaidīts + S = H2SO4 + 2NO (6)

Sēra oksidēšana līdz sērskābes veidošanai un gāzes - slāpekļa oksīda - izdalīšanās;

3) ķīmiskā reakcija ar metālu oksīdiem, piemēram, kalcija oksīdu:

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

Veidojas sāls (kalcija nitrāts) un ūdens;

) ķīmiska reakcija ar hidroksīdiem (vai bāzēm), piemēram, ar dzēstiem kaļķiem:

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

Veidojas sāls (kalcija nitrāts) un ūdens - neitralizācijas reakcija;

) ķīmiska reakcija ar sāļiem, piemēram, ar krītu:

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

Izveidojas sāls (kalcija nitrāts) un vēl viena skābe (šajā gadījumā ogļskābe, kas sadalās ūdenī un oglekļa dioksīdā).

6) atkarībā no izšķīdinātā metāla sāls sadalīšanās temperatūrā notiek šādi:

a) jebkurš metāls (apzīmēts kā Me) līdz magnijai (Mg):

MeNO2 + O2 (10)

b) jebkurš metāls no magnija (Mg) līdz vara (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2 (11)

c) jebkurš metāls pēc vara (Cu):

3 = Me + NO2 + O2 (12)

2. SLĀPEKĻSKĀBES IEGŪŠANAS METODES

slāpekļskābes katalizators amonjaks

Rūpnieciskās metodes atšķaidītas slāpekļskābes iegūšanai ietver šādas darbības:

) slāpekļa oksīda (II) iegūšana;

2) tā oksidēšanās par slāpekļa oksīdu (IV);

3) NO2 absorbcija ar ūdeni;

4) izplūdes gāzu (galvenokārt saturošu molekulāro slāpekli) attīrīšana no slāpekļa oksīdiem.

Koncentrētu slāpekļskābi iegūst divos veidos:

1) pirmā metode sastāv no trīskāršu maisījumu rektifikācijas, kas satur slāpekļskābi, ūdeni un ūdeni atdalošas vielas (parasti sērskābi vai magnija nitrātu). Rezultātā tiek iegūti 100% slāpekļskābes tvaiki (kas kondensējas) un atūdeņošanas līdzekļa ūdens šķīdumi, pēdējos iztvaicē un atgriežas ražošanā;

2) otrā metode ir balstīta uz reakciju:

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

Pie 5 MPa spiediena un izmantojot tīru O2 veidojas 97-98% skābe, kas satur līdz 30% no svara slāpekļa oksīdu. Mērķa produktu iegūst, destilējot šo šķīdumu. Augstas tīrības pakāpes slāpekļskābi iegūst, destilējot ar 97-98,5% slāpekļskābi silikāta vai kvarca stikla iekārtās. Piemaisījumu saturs šādā skābē ir mazāks par 110-6 svara %.

3. IZZEJVIELU BĀZE NEKONCENTRĒTAS SĀPEKĻSKĀBES RAŽOŠANAI

Galvenās izejvielas nekoncentrētas slāpekļskābes ražošanai pašlaik ir amonjaks, gaiss un ūdens. Palīgmateriāli un enerģijas resursi ir amonjaka oksidācijas un izplūdes gāzu attīrīšanas katalizatori, dabasgāze, tvaiks un elektrība.

1. Amonjaks. Normālos apstākļos tā ir bezkrāsaina gāze ar asu smaku, viegli šķīst ūdenī un citos šķīdinātājos, veido hemi- un monohidrātus. Pagrieziena punkts sintētiskā amonjaka ražošanas attīstībā bija pašlaik rūpniecībā dominējošās metodes izmantošana ūdeņraža iegūšanai, pārvēršot dabasgāzē esošo metānu saistītās naftas gāzēs un attīrītos naftas produktos. Piemaisījumu saturu šķidrā amonjakā regulē GOST 6221-82. Tipiskākie piemaisījumi ir: ūdens, smēreļļas, katalizatora putekļi, katlakmens, amonija karbonāts, izšķīdušās gāzes (ūdeņradis, slāpeklis, metāns). Ja tiek pārkāpts GOST, amonjakā esošie piemaisījumi var nokļūt amonjaka-gaisa maisījumā un samazināt slāpekļa oksīda (II) izvadi, un ūdeņradis un metāns var mainīt amonjaka-gaisa maisījuma sprādzienbīstamības robežas.

Gaiss. Tehniskajiem aprēķiniem tiek pieņemts, ka sausais gaiss satur [%, (tilp.)]: N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. Gaisā var būt arī SO2, NH3, CO2 pēdas. Rūpniecisko objektu teritorijā gaiss tiek piesārņots ar dažādas izcelsmes putekļiem, kā arī dažādām difūzo gāzu emisiju sastāvdaļām (SO2, SO3, H2S, С2H2, Cl2 utt.). Putekļu daudzums gaisā ir 0,5-1,0 mg/m3.

3. Ūdens. To izmanto slāpekļskābes ražošanā absorbcijas kolonnas apūdeņošanai, tvaika ģenerēšanai siltuma atgūšanas laikā atkritumu siltuma katlos, dzesēšanas reakcijas aparātiem. Slāpekļa oksīdu uzsūkšanai visbiežāk izmanto tvaika kondensātu un ķīmiski attīrītu ūdeni. Dažās shēmās ir atļauts izmantot amonija nitrāta sulas tvaiku kondensātu. Jebkurā gadījumā kolonnu apūdeņošanai izmantotais ūdens nedrīkst saturēt brīvu amonjaku un cietas suspensijas, hlorīda jonu saturam jābūt ne vairāk kā 2 mg/l, eļļām ne vairāk kā 1 mg/l, NH4NO3 - ne vairāk kā 0,5 g/l . Ķīmiski attīrītam ūdenim atkritumu siltuma katliem jāatbilst GOST 20995-75 prasībām. Procesa ūdenim, kas paredzēts siltuma noņemšanai siltummaiņos un iekārtu dzesēšanai (cirkulācijas ūdenim), jāatbilst šādām prasībām: karbonāta cietība ne vairāk kā 3,6 meq/kg, suspendēto vielu saturs ne vairāk kā 50 mg/kg, pH vērtība 6,5-8 ,5 .

4. Skābeklis. To galvenokārt izmanto koncentrētas slāpekļskābes ražošanā tiešās sintēzes ceļā. Dažos gadījumos to izmanto, lai bagātinātu amonjaka-gaisa maisījumu, iegūstot nekoncentrētu slāpekļskābi.

4. AMONJAKA OKSIDĒŠANĀS KONTAKTĀ

4.1. Procesa fizikālās un ķīmiskās bāzes

Mūsdienu slāpekļskābes ražošanas metodes ir balstītas uz amonjaka kontaktoksidāciju. Amonjaka oksidēšanas laikā uz dažādiem katalizatoriem un atkarībā no apstākļiem notiek šādas reakcijas:

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

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

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

Papildus reakcijām (14-16) ir iespējamas arī citas, kas notiek katalizatora virsmas slāņos. Piemēram, NO sadalīšanās, N2O, NO2 un NH3 mijiedarbība:

NĒ N2+O2 (17)

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

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

Protams, reakcija (14) būs "noderīga". Termodinamiskie aprēķini liecina, ka reakcijas (14-16) praktiski norit līdz beigām.

Līdzsvara konstantēm apgrieztām reakcijām (14-16) 900°C temperatūrā ir šādas vērtības

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

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

Pie 900 amonjaka katalītiskā pārvēršanās galaproduktos sasniedz 100%, t.i., process ir praktiski neatgriezenisks.

Tomēr vienādojumi (14-16) neatspoguļo procesa faktisko mehānismu, jo šajā gadījumā reakcijā (14) būtu jāsaduras vienlaicīgi deviņām molekulām; reakcijā (16) - septiņas molekulas. Tas ir gandrīz neticami.

Ir ierosināti vairāki amonjaka oksidācijas mehānismi uz katalizatoriem. Atšķirības idejās par mehānismiem ir šādas:

1) NO un N2 veidošanās caur starpproduktu uz katalizatora;

2) uz katalizatora veidojas NO, bet uz katalizatora un gāzes tilpumā veidojas N2.

Pamatojoties uz iepriekš minēto (par līdzsvara konstanti un oksidācijas mehānismiem), var apgalvot, ka izvēlētajam katalizatoram jābūt ar augstu aktivitāti (liels reakcijas ātrums un īss kontakta laiks: tam palielinoties, palielinās N2 veidošanās iespējamība) un selektivitātei attiecībā uz uz reakciju (14).

Starp vairākiem mūsu un ārvalstu zinātnieku piedāvātajiem mehānismiem, L.K. piedāvātais mehānisms. Androsovs, G.K. Boreskovs, D.A. Epšteins.

Mehānismu soli pa solim var parādīt šādi:

1. posms - platīna virsmas oksidēšana. Izveidojas peroksīda katalizatora-skābekļa komplekss (1. attēls).

1. attēls – peroksīda katalizatora-skābekļa kompleksa struktūra

posms - amonjaka difūzija un adsorbcija uz platīna virsmas, kas pārklāta ar skābekli. Izveidojas katalizatora-skābekļa-amonjaka komplekss (2. attēls).

2. attēls. Katalizatora-skābekļa-amonjaka kompleksa struktūra

posms ir elektronisko obligāciju pārdale, veco obligāciju saraušana un jaunu obligāciju nostiprināšana.

posms - produktu desorbcija un difūzija gāzes plūsmā (no virsmas tiek noņemti stabilie NO un H2O savienojumi).

Atbrīvotie centri atkal adsorbē skābekli, jo skābekļa difūzijas ātrums ir lielāks nekā amonjakam utt. Pēc zinātnieku domām, skābeklis, kas nonāk katalizatora režģī (bez platīna kontakts), nepiedalās amonjaka oksidācijas reakcijā (pierādīts, izmantojot metodi). marķētie atomi).

Amonjaka pārvēršana slāpeklī, saskaņā ar I.I. Bergers un G.K. Boreskovs, var rasties apjomā amonjaka reakciju rezultātā gan ar skābekli, gan ar slāpekļa oksīdu.

Procesam ir kinētiskie, pārejas un difūzijas reģioni. Kinētiskais apgabals ir raksturīgs zemām temperatūrām: to ierobežo katalizatora aizdegšanās temperatūra, pie kuras tiek novērota tā virsmas strauja spontāna uzkaršana, t.i., līdz aizdegšanās temperatūrai ātrumu ierobežo ķīmiskās reakcijas ātrums. pie kontaktpersonas. Pie T > Tzazh jau difūzija kontrolē procesu - ķīmiskā reakcija ir ātra. Process nonāk difūzijas reģionā. Tieši šajā jomā (600-1000 ) ir raksturīga stacionāram autotermiskam procesam rūpnieciskos apstākļos. Tas nozīmē neaizvietojamu gāzes tilpuma ātruma palielināšanos un kontakta laika samazināšanos.

Amonjaka oksidācijas reakcija uz aktīvajiem katalizatoriem sākas agrāk: uz pallādija (Pd) pie 100 , uz platīna (Pt) pie 145 , uz dzelzs (Fe) pie 230 , uz metālu oksīdiem reakcijas sākuma temperatūra ir ļoti atšķirīga. Tajā pašā laikā tas sasniedz pietiekamu transformācijas ātrumu un pakāpi pie T > 600 .

4.2. Amonjaka oksidācijas katalizatori

Gandrīz visas slāpekļskābes ražotnes izmanto platīnu vai tā sakausējumus kā katalizatoru amonjaka oksidēšanai.

Platīns ir dārgs katalizators, taču tas ilgstoši saglabā augstu aktivitāti, tam ir pietiekama stabilitāte un mehāniskā izturība, un tas ir viegli atjaunojams. Visbeidzot, izmantojot moderno katalizatora tīkla formu, platīna izmantošana ļauj izmantot vienkāršāko kontakta aparātu veidu. Tas ir viegli uzliesmojošs, un tā patēriņš uz vienu produkcijas vienību ir niecīgs.

Slāpekļskābes ražošanā platīna un tā sakausējumu nesējus neizmanto, jo nesēju klātbūtnē katalizatora aktivitāte samazinās salīdzinoši ātri un tā reģenerācija kļūst grūtāka. Mūsdienu rūpnīcās platīnu katalizatoriem izmanto režģu veidā. Tīkla forma rada lielu katalizatora virsmu kontakta aparātā ar salīdzinoši zemu platīna patēriņu. Parasti izmanto režģus, kuros stieples diametrs ir 0,045–0,09 mm un izmēri šūnas pusē ir 0,22 mm. Tīklu platība, ko neaizņem stieple, ir aptuveni 50-60% no tā kopējās platības. Izmantojot dažāda diametra diegus, pinumu skaits tiek mainīts tā, lai stieples neaizņemtā brīvā platība paliktu noteiktajās robežās.

Kontaktierīcēs, kas darbojas zem atmosfēras spiediena. uzstādīt no 2 līdz 4 režģiem, pārsvarā 3, un ierīcēs, kas darbojas zem spiediena līdz 8 atm - no 13 līdz 16 režģiem. Uzstādot vienu režģi, dažas amonjaka molekulas nesaskaras ar katalizatoru, kas samazina slāpekļa oksīda iznākumu. Labākajos apstākļos saskares pakāpe var sasniegt 86-90% uz vienas acs, 95-97% uz divām acīm un 98% uz trim acīm. Strādājot zem atmosfēras spiediena, netiek izmantoti vairāk nekā 4 režģi, jo ar lielu skaitu režģu, lai gan kontakta aparāta veiktspēja palielinās, pretestība gāzes plūsmai ievērojami palielinās. Režģiem ir cieši jāpieguļ vienam pie otra, jo pretējā gadījumā brīvajā telpā starp režģiem notiek vairākas viendabīgas reakcijas, samazinot slāpekļa oksīda izvadi.

Darba procesā platīna režģi ir ievērojami atslābināti. To gludie un spīdīgie pavedieni kļūst poraini un matēti, elastīgie tīkli kļūst trausli. Sūkļainas, irdenas virsmas veidošanās palielina diegu biezumu. Tas viss rada augsti attīstītu tīkla virsmu, kas palielina platīna katalītisko aktivitāti. Tikai katalizatora saindēšanās ar piemaisījumiem, kas nāk kopā ar gāzēm, var izraisīt tā aktivitātes samazināšanos.

Platīna marles virsmas atslābināšana laika gaitā izraisa spēcīgu marles iznīcināšanu, kas izraisa lielus platīna zudumus.

Katalizatora ražošanai paredzētais platīns nedrīkst saturēt dzelzi, kas jau pie 0,2% ievērojami samazina slāpekļa oksīda iznākumu.

Tīrs platīns tiek ātri iznīcināts augstā temperatūrā, un tā mazākās daļiņas tiek aiznestas līdz ar gāzes plūsmu. Citi platīna grupas metāli tīrā veidā netiek izmantoti kā katalizatori. Palādijs ātri sadalās. Iridijs un rodijs nav īpaši aktīvi. Osmijs viegli oksidējas.

Ir pētīti un pielietoti platīna sakausējumi, kuriem ir lielāka izturība un ne mazāka aktivitāte nekā tīram platīnam. Praksē tiek izmantoti platīna sakausējumi ar irīdiju vai rodiju un dažreiz ar pallādiju. Režģi, kas izgatavoti no platīna sakausējuma ar 1% irīdija, augstā temperatūrā ir aktīvāki nekā platīna. Ievērojami lielāka aktivitāte un jo īpaši mehāniskā izturība ir raksturīga platīna-rodija sakausējumiem.

Vislabāko slāpekļa oksīda iznākumu iegūst, strādājot ar platīna sakausējumiem, kas satur 10% rodija. Tomēr, ņemot vērā augstākas rodija izmaksas salīdzinājumā ar platīnu, tā saturs sakausējumos parasti tiek samazināts līdz 7-5%.

Kad amonjaks tiek oksidēts zem spiediena uz platīna-rodija režģiem, tiek iegūts ievērojami lielāks slāpekļa oksīda iznākums nekā uz tīra platīna režģiem.

Platīna katalizatori ir jutīgi pret noteiktiem piemaisījumiem, kas atrodas padeves gāzē. Tādējādi 0,00002% fosfīna (РН3) klātbūtne gāzē samazina konversijas pakāpi līdz 80%. Mazāk spēcīgas indes ir sērūdeņradis, acetilēna tvaiki, smēreļļas, dzelzs oksīdi un citas vielas. Režģi tiek reģenerēti, apstrādājot tos ar 10-15% sālsskābes šķīdumu 60-70°C temperatūrā 2 stundas.Pēc tam režģi rūpīgi nomazgā ar destilētu ūdeni, izžāvē un kalcinē ūdeņraža liesmā. Ekspluatācijas gaitā mainās režģu fiziskā struktūra un samazinās sakausējuma mehāniskā izturība, kas palielina metāla zudumus un samazina katalizatora kalpošanas laiku.

4.3. Gāzu maisījuma sastāvs. Optimāls amonjaka saturs amonjaka-gaisa maisījumā

Gaiss galvenokārt tiek izmantots amonjaka oksidēšanai. Skābekļa patēriņu amonjaka oksidēšanai saskaņā ar reakciju (24) ar NO veidošanos var aprēķināt šādi:

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

Saskaņā ar reakciju (24) 1 mols NH3 veido 1,25 molus O2 = , tad - NH3 saturu var izteikt šādi:

kur - NH3 daudzums, kas sajaukts ar gaisu; 100 - kopējais maisījuma daudzums (%).

Tomēr tas ir teorētiski. Praktiskiem nolūkiem tiek izmantots noteikts skābekļa pārpalikums, tad amonjaka koncentrācija būs mazāka par 14,4% (tilp.).

Optimālā amonjaka koncentrācija amonjaka-gaisa maisījumā ir tā lielākais saturs, pie kura joprojām ir iespējama augsta NO izvade pie attiecības O2:NH3< 2.

Straujš konversijas pakāpes samazinājums tiek novērots, samazinoties attiecībai O2:NH3< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, konversijas līmenis ievērojami palielinās.

Tātad svarīgais punkts ir:

1) no vienas puses, NH3 satura palielināšanās amonjaka-gaisa maisījumā, t.i., O2:NH3 attiecības samazināšanās, noved pie amonjaka pārvēršanās pakāpes samazināšanās;

2) no otras puses, palielinoties NH3 saturam amonjaka-gaisa maisījumā, sistēmas temperatūra paaugstinās, jo saskaņā ar reakcijām (14-16) izdalās vairāk siltuma un palielinās konversijas pakāpe, kā redzams no 4. tabulas.

4. tabula. Amonjaka konversijas pakāpes atkarība no tā satura amonjaka-gaisa maisījumā (P = 0,65 MPa)

NH3 saturs maisījumā, % (tilp.) O2:NH3 attiecība Pārvēršanās temperatūras, NH3 konversijas likme, %9.531.9874391.8810.421.7878693.1610.501.7678993.3011.101.6782894.2111.531.5983495.30

No 4. tabulas izriet, ka temperatūras paaugstināšanās no 740 līdz 830°C pie attiecības O2:NH3 diapazonā no 1,6-2 labvēlīgi ietekmē procesu. Ar attiecību O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

O2 pārpalikums ir nepieciešams, lai nodrošinātu, ka platīna virsma vienmēr ir pārklāta ar skābekli, lai veiktu oksidācijas procesu saskaņā ar iepriekš apskatīto mehānismu un izslēgtu N2 un N2O veidošanos (ar skābekļa trūkumu). Tam jābūt lielākam par 30%, t.i., O2:NH3 attiecība > 1,62.

Gāzes sastāvs būs atkarīgs arī no slāpekļskābes iegūšanas otrā posma plūsmas (NO oksidēšanās)

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

Tas prasa arī pārmērīgu skābekļa daudzumu:

1) sistēmām, kas darbojas zem spiediena - 2,5%;

2) sistēmām, kas darbojas pie atmosfēras spiediena - 5%.

Kopējā reakcija, kas nosaka skābekļa patēriņu slāpekļskābes ražošanai, ir uzrakstīta šādi

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

Ir vēl viens apstāklis, kura dēļ nav vēlams paaugstināt amonjaka koncentrāciju virs 9,5% (tilp.). Šajā gadījumā tiek samazināta slāpekļa oksīdu koncentrācija absorbcijas torņos, jo tiek ievadīts papildu skābeklis (t.i., tiek atšķaidīts NO). Tādējādi 9,5% (tilp.) ir optimālais amonjaka saturs visos atšķaidītās slāpekļskābes iegūšanas posmos.

Oksidēšanai varat izmantot skābekli, nevis gaisu. Pēc tam saskaņā ar kopējo reakciju (26) ir nepieciešams palielināt amonjaka koncentrāciju līdz 33,3% (tilp.). Tomēr šeit ir jāievēro drošības pasākumi, jo maisījums ar šādu amonjaka koncentrāciju kļūst sprādzienbīstams (5. tabula).

5. tabula. Apakšējās (LEL) un augšējās (URL) sprādzienbīstamības robežas amonjaka, skābekļa un slāpekļa maisījumiem

Palielinoties gāzes mitrumam, sprādzienbīstamības robežas sašaurinās, t.i., ir iespējams izmantot amonjaka tvaika-skābekļa pārveidošanu.

Amonjaka maisījumi ar skābekli aizdegas ar sprādzienu (Tflax = 700-800 ). Šajās temperatūras robežās pašaizdegšanās notiek pie jebkura amonjaka satura amonjaka un skābekļa maisījumā.

Praktiski izmantotie amonjaka-gaisa maisījumi (amonjaka koncentrācija 9,5-11,5% (tilp.)) nav sprādzienbīstami (5. tabula). Pastāv atkarība no amonjaka-gaisa maisījuma sprādzienbīstamības robežām no amonjaka un skābekļa satura dažādos spiedienos.

Taču jāņem vērā, ka sprādziena izplatīšanās ātrums ir mazs un amonjaka-gaisa maisījumam ir 0,3-0,5 m/s. Tas ir, lai izslēgtu sprādziena izplatīšanās iespēju, ir jārada gāzes ātrums, kas lielāks par šo vērtību (0,5 m/s). Tieši to panāk, procesā izmantojot aktīvos platinoīda katalizatorus, kur kontakta laiks ir 10-4 sek un līdz ar to lineārais ātrums ir lielāks par 1,5 m/s.

4.4. Amonjaka oksidēšana zem spiediena

Spiediena paaugstināšanas mērķis ir:

1) nepieciešamība palielināt procesa ātrumu;

2) kompaktas instalācijas.

Ir termodinamiski pierādīts, ka pat pie augsta spiediena NO iznākums ir tuvu 100%. Pārveidotāja veiktspēja palielinās, palielinoties spiedienam un palielinot platinoīda katalizatora režģu skaitu. Palielinoties spiedienam, procesa temperatūra paaugstinās arī virs 900 . Tomēr, palielinoties spiedienam, lai sasniegtu augstu NH3 konversijas pakāpi, ir jāpalielina gāzes uzturēšanās laiks pārveidotājā.

kas savukārt noved pie režģu skaita palielināšanās.

Galvenais trūkums ir palielināts platīna (Pt) katalizatora zudums augstās temperatūrās. Šos trūkumus (platīna zudumu, konversijas pakāpes samazināšanos) var novērst, izmantojot kombinēto ražošanas shēmu, t.i., veicot NH3 oksidēšanas procesu atmosfēras spiedienā vai tuvu tam, bet NO oksidēšanu un absorbciju paaugstinātā spiedienā. . Šī pieeja bieži tiek ieviesta daudzu valstu tehnoloģiskajās shēmās. Tajā pašā laikā enerģijas izmaksas gāzes kondicionēšanai palielina slāpekļskābes izmaksas.

4.5 Optimāli apstākļi amonjaka oksidēšanai

Temperatūra. Amonjaka reakcija uz platīnu sākas ar 145 , bet notiek ar zemu NO iznākumu un pārsvarā elementāra slāpekļa veidošanos. Temperatūras paaugstināšanās palielina slāpekļa oksīda iznākumu un palielina reakcijas ātrumu. 700-1000 robežās NO ražu var palielināt līdz 95-98%. Saskares laiks pie temperatūras palielinās no 650 līdz 900 tiek samazināts apmēram piecas reizes (no 5 10-4 līdz 1.1 10-4 sekundes). Procesam nepieciešamo temperatūras režīmu var uzturēt ar oksidācijas reakciju siltumu. Sausam amonjaka-gaisa maisījumam, kas satur 10% NH3, ar konversijas ātrumu 96%, teorētiskais gāzes temperatūras pieaugums ir aptuveni 705 vai apmēram 70 katram amonjaka procentam sākotnējā maisījumā. Izmantojot amonjaka-gaisa maisījumu, kas satur 9,5% amonjaka, reakcijas termiskā efekta dēļ ir iespējams sasniegt temperatūru aptuveni 600 , lai vēl vairāk paaugstinātu konversijas temperatūru, nepieciešama gaisa vai amonjaka-gaisa maisījuma priekšsildīšana. Jāpatur prātā, ka amonjaka-gaisa maisījumu var uzsildīt tikai līdz temperatūrai, kas nepārsniedz 150-200 pie apkures gāzes temperatūras ne vairāk kā 400 . Pretējā gadījumā ir iespējama amonjaka disociācija vai tā viendabīga oksidēšanās ar elementārā slāpekļa veidošanos.

Amonjaka kontaktoksidācijas temperatūras paaugstināšanās augšējo robežu nosaka platīna katalizatora zudums. Ja līdz 920 Tā kā platīna zudumu zināmā mērā kompensē katalizatora aktivitātes pieaugums, tad virs šīs temperatūras katalizatora zudumu pieaugums ievērojami pārsniedz reakcijas ātruma pieaugumu.

Saskaņā ar rūpnīcas datiem optimālā amonjaka konversijas temperatūra atmosfēras spiedienā ir aptuveni 800 ; iekārtās, kas darbojas ar spiedienu 9 atm, tas ir vienāds ar 870-900 .

Spiediens. Paaugstināta spiediena izmantošana atšķaidītas slāpekļskābes ražošanā galvenokārt ir saistīta ar vēlmi palielināt slāpekļa oksīda oksidēšanās ātrumu un iegūtā slāpekļa dioksīda pārstrādi slāpekļskābē.

Termodinamiskie aprēķini liecina, ka pat pie paaugstināta spiediena līdzsvara NO iznākums ir tuvu 100%. Tomēr augsta kontakta pakāpe šajā gadījumā tiek panākta tikai ar lielu skaitu katalizatora marles un augstāku temperatūru.

Nesen rūpnieciskos apstākļos uz daudzslāņu katalizatoriem ar rūpīgu gāzes attīrīšanu un 900 temperatūru izdevās panākt amonjaka konversijas pakāpi līdz 96%. Izvēloties optimālo spiedienu, jāpatur prātā, ka spiediena palielināšanās palielina platīna zudumus. Tas izskaidrojams ar katalīzes temperatūras paaugstināšanos, daudzslāņu tīklu izmantošanu un to mehāniskās iznīcināšanas palielināšanos liela gāzes ātruma ietekmē.

3. Amonjaka saturs maisījumā. Amonjaka oksidēšanai parasti izmanto gaisu, tāpēc amonjaka saturu maisījumā nosaka skābekļa saturs gaisā. Pie stehiometriskās attiecības O2:NH3 = 1,25 (amonjaka saturs maisījumā ar gaisu ir 14,4%), slāpekļa oksīda iznākums nav būtisks. Lai palielinātu NO iznākumu, ir nepieciešams neliels skābekļa pārpalikums, tāpēc amonjaka saturam maisījumā jābūt mazākam par 14,4%. Rūpnīcas praksē amonjaka saturs maisījumā tiek uzturēts 9,5-11,5% robežās, kas atbilst attiecībai O2:NH3 = 21,7.

Kopējā reakcija (26), kas nosaka skābekļa nepieciešamību amonjaka pārstrādes slāpekļskābē laikā, dod attiecību O2:NH3 = 2, kas atbilst amonjaka saturam sākotnējā maisījumā 9,5%. Tas liek domāt, ka amonjaka koncentrācijas palielināšanās maisījumā virs 9,5% galu galā neizraisīs NO koncentrācijas palielināšanos, jo šajā gadījumā adsorbcijas sistēmā būs jāievada papildu gaiss. Ja kā sākotnējos reaģentus izmanto amonjaka-skābekļa maisījumu, tad saskaņā ar kopējās reakcijas vienādojumu amonjaka koncentrāciju tajā būtu iespējams palielināt līdz 33,3%. Tomēr augstas koncentrācijas amonjaka izmantošana ir sarežģīta, jo šādi maisījumi ir sprādzienbīstami.

Piemaisījumu ietekme. Platīna sakausējumi ir jutīgi pret piemaisījumiem, kas atrodas amonjaka un gaisa maisījumā. Ja gāzes maisījumā ir 0,0002% ūdeņraža fosfīda, amonjaka konversijas pakāpe tiek samazināta līdz 80%. Mazāk spēcīgas kontaktindes ir sērūdeņradis, acetilēns, hlors, smēreļļas tvaiki, putekļi, kas satur dzelzs oksīdus, kalcija oksīds, smiltis u.c.

Iepriekšēja gāzu attīrīšana palielina katalizatora darbības laiku. Tomēr laika gaitā katalizators pakāpeniski tiek saindēts un NO iznākums samazinās. Lai noņemtu indes un piesārņotājus, režģi periodiski tiek atjaunoti, apstrādājot tos ar 10-15% sālsskābes šķīdumu.

5. Saziņas laiks. Optimālo saskares laiku nosaka amonjaka oksidēšanās ātrums. Visbiežāk oksidācijas ātrumu definē kā oksidētā amonjaka daudzumu (kg) uz laukuma vienību (m2) dienā (katalizatora intensitāte). Gāzes kontakta ilgumu ar katalizatoru jeb kontakta laiku nosaka pēc vienādojuma:

Vsv/W

kur t ir gāzes uzturēšanās laiks katalizatora zonā, sek; Vw ir katalizatora brīvais tilpums, m3; W - tilpuma ātrums saskares apstākļos m3 sec-1.

Maksimālā amonjaka pārvēršanās par slāpekļa oksīdu pakāpi tiek sasniegta precīzi noteiktā gāzes saskares laikā ar katalizatoru. Par optimālo saskarsmes laiku jāuzskata nevis tas, pie kura tiek sasniegta maksimālā NO raža, bet gan nedaudz īsāks, jo strādāt ar lielāku produktivitāti ir ekonomiski izdevīgi pat uz produkcijas iznākuma samazināšanās rēķina. Praktiskos apstākļos amonjaka saskares laiks ar katalizatoru svārstās no 1 10-4 līdz 2 10-4 sek.

Amonjaka sajaukšana ar gaisu. Pilnīga amonjaka-gaisa maisījuma viendabīgums, kas nonāk saskares zonā, ir viens no galvenajiem nosacījumiem augstas slāpekļa oksīda iznākuma iegūšanai. Pareizai gāzu sajaukšanai ir liela nozīme ne tikai, lai nodrošinātu augstu kontakta pakāpi, bet arī lai aizsargātu pret sprādziena risku. Miksera konstrukcijai un tilpumam pilnībā jānodrošina laba gāzes sajaukšanās un jāizslēdz amonjaka slīdēšana atsevišķās strūklās uz katalizatora.

5. KONTAKTAIERĪCES

Sarežģītākais un ievērojami uzlabotais ir pats kontakta aparāta dizains.

3. attēls - Ostvalda kontaktaparatūra: 1 - amonjaka-gaisa maisījuma savācējs; 2 - platīna spirāle; 3 - skata logs; 4 - slāpekļa gāzes savācējs

Pirmais rūpnieciskais kontaktaparāts bija Ostvalda aparāts (3. attēls), kas sastāv no divām koncentriskām caurulēm: ārējās čuguna caurules ar diametru 100 mm, no iekšpuses emaljētas un iekšējās no niķeļa ar diametru 65 mm. Amonjaka-gaisa maisījums iekļuva aparātā no apakšas pa ārējo cauruli un uzkrita uz katalizatora, kas atrodas iekšējās caurules augšdaļā. Slāpekļa gāzes tika virzītas lejup pa iekšējo cauruli uz kolektoru, izdalot siltumu ienākošajam maisījumam.

Katalizators sastāvēja no platīna folijas sloksnēm, kuras bija 0,01 mm biezas un 20 mm platas, satītas kopā spirālē. Viena no lentēm ir gluda, otrā gofrēta ar 1 mm izliekumiem. Amonjaka konversijas pakāpe sasniedza 90-95%, maisījums ar gaisu saturēja NH3 8% (tilp.), aparāta produktivitāte bija 100 kg slāpekļskābes dienā.

Šāda katalizatora forma neļāva palielināt aparāta produktivitāti, palielinot tā izmēru. Ostvalda aparātā nebija nodrošināta vienmērīga gāzes maisījuma padeve, jo pirms ieiešanas katalizatorā gāzes plūsma mainīja virzienu par 180° un tikai tad tajā ieplūda. Turklāt aparāta konstrukcija neļāva ātri izvadīt slāpekļa (II) oksīdus no augstas temperatūras zonas.

Turpmākajos kontakta aparāta projektos tika izmantots katalizators pavedienu režģa veidā ar diametru 0,06 mm.

4. attēlā - Andrejeva kontakta aparāts: 1 - platīna režģi; 2 - skata logs

Pirmā slāpekļskābes ražošana Krievijā tika aprīkota ar Andrejeva kontaktaparātu, kas dienā saražoja 386 kg slāpekļskābes un tika uzskatīts par vismodernāko pasaulē. Cilindriskais aparāts ar diametru 300 mm un augstumu 450 mm tika izgatavots no čuguna. Gāzu maisījums nāca no apakšas (4. attēls). Platīna katalizatora režģis atradās pāri aparātam, tā vidū.

Čuguna izmantošanai šīs iekārtas ražošanā bija vairāki trūkumi: blakusparādību rašanās, platīna piesārņojums ar katlakmeni. Konversijas pakāpe tajā nepārsniedza 87%.

5. attēls - Fišera kontakta aparāts: 1 - sprausla; 2 - platīna režģis; 3 - izolācija

Fišera aparāts bija izgatavots no alumīnija, tā diametrs bija 1000 mm, augstums 2000 mm (5. attēls). No apakšas aparāts bija piepildīts ar porcelāna Rašiga gredzeniem, un augšdaļa bija izklāta ar ugunsizturīgiem ķieģeļiem. Aparāta konstrukcija nenodrošināja vienmērīgu amonjaka-gaisa maisījuma padevi katalizatoram, oksīdu iznākums bija 89–92% pie kontakta temperatūras 700–720°C. Ierīces produktivitāte uz amonjaka ir 600-700 kg/dienā. Ugunsizturīgo ķieģeļu daļiņas, nokrītot uz katalizatora, samazināja tā aktivitāti.

6. attēls - Bamag aparāts: 1 - sprausla; 2 - platīna režģis; 3 - skata logs

Bamag piedāvātais aparāts (6. attēls) sastāvēja no diviem nošķeltiem konusiem, kurus savienoja platas pamatnes, starp kurām tika novietoti katalizatora režģi. Aparāta diametrs platākajā daļā bija 1,1 m vai 2,0 m.

Amonjaka-gaisa maisījums tika ievadīts aparātā no apakšas. Sākotnēji aparāts tika izgatavots no alumīnija, tad tā augšējā, karstā daļa tika izgatavota no nerūsējošā tērauda. Labākai maisījuma sajaukšanai aparāta apakšējā daļā tika iebērti Rašiga gredzeni.

Galvenais šo ierīču trūkums bija gāzes maisījuma virziens uz katalizatora no apakšas, kas izraisīja režģu vibrāciju un palielināja platīna zudumu.

Kontaktaparatūras konstrukcijas pētījumi ir parādījuši, ka gāzu maisījuma virziens no augšas uz leju stabilizē katalizatoru tīklu darbību, samazina dārgā deficīta platīna katalizatora zudumus, palielina konversijas pakāpi par 1,0-1,5% un ļauj. divpakāpju katalizatora izmantošana, kurā otrajā posmā izmanto oksīda, nevis platīna katalizatoru.

Kad aparātam no augšas tiek pievadīts gāzu maisījums, tā apakšējā daļā var novietot izolācijas materiāla slāni, kā arī tvaika katla un pārkarsētāja spoles bez katalizatora piesārņojuma riska ar ugunsizturīgiem putekļiem un dzelzi. mērogs. Tas samazina reakcijas siltuma zudumu vidē.

Pētījums par temperatūras sadalījumu pa katalizatora virsmu parādīja, ka katalizatora malām, kas atrodas blakus sienām, ir zemāka temperatūra, un attiecīgi samazinās saskares pakāpe, samazinot kopējo slāpekļa oksīda (II) iznākumu. Šajā sakarā liela nozīme ir kontaktaparatūras ieplūdes daļas ģeometrijai, tai jābūt vienmērīgi novirzošam konusam ar leņķi augšpusē, kas nepārsniedz 30°.

7. attēls - Pārsonsa aparāts: 1 - cilindrisks platīna siets; 2 kvarca dibens; 3 - skata logs; 4 - izolācija

Amerikas Savienotajās Valstīs tika izveidots Parsons aparāts ar vertikālu katalizatora režģa izkārtojumu, kas sarullēts četrslāņu cilindra formā, kura augstums ir 33 cm un diametrs 29 cm (7. attēls). Platīna cilindrs tika ievietots metāla korpusā, kas izklāts ar ugunsizturīgiem ķieģeļiem, kas nodrošināja labu siltuma apmaiņu ar karsto katalizatoru. Šādas aparāta produktivitāte bija līdz 1 tonnai amonjaka dienā, konversijas pakāpe bija 95-96%.

Šīs ierīces priekšrocība ir liela katalizatora virsma salīdzinājumā ar ierīces tilpumu. Tā trūkums ir nevienmērīga amonjaka-gaisa maisījuma padeve katalizatoram. Vairāk maisījuma plūst caur sieta katalizatora apakšdaļu nekā caur augšējo daļu.

Tika pārbaudītas vairākas dažādas formas ierīces: divu pusložu, konusa un puslodes veidā ar gāzes plūsmas virzienu no apakšas uz augšu. Šīm ierīcēm nebija īpašu priekšrocību pat tad, ja process tika veikts līdz 0,51 MPa, konversijas pakāpe nepārsniedza 90%.

8. attēls - Dupont aparāts: 1 - platīna režģi; 2 - režģis; 3 - ūdens jaka

Veicot procesu paaugstinātā spiedienā, plaši izplatījās DuPont aparāts (8. attēls), kas sastāv no konusiem: augšējais ir izgatavots no niķeļa un apakšējais no karstumizturīga tērauda. Apakšējais korpuss tika nodrošināts ar ūdens apvalku dzesēšanai. Katalizators, kas novietots uz režģa, ir izgatavots taisnstūra režģu iepakojuma veidā.

Tagad visā pasaulē tiek projektētas un būvētas vienības atšķaidītas slāpekļskābes ražošanai ar lielu vienības jaudu - līdz 400-600 tonnām gadā. Šādām vienībām kontaktierīcēm ar plakaniem režģu slāņiem vai granulēta materiāla slāni, kas atrodas pāri gāzes plūsmai, jābūt lielam diametram līdz 5–7 m. Tomēr, palielinoties aparāta diametram, tiek panākta viendabība. pasliktinās amonjaka-gaisa maisījuma sadalījums pa aparāta šķērsgriezumu, un palielinās metāla patēriņš uz produktivitātes vienību, palielinās atloku savienojumu blīvēšanas grūtības. Liela diametra (virs 4 m) aparātus nevar pārvadāt pa dzelzceļu, to izgatavošana rūpnīcā ir saistīta ar nopietnām grūtībām.

Šajā sakarā visdaudzsološākais ir pārveidotājs ar gāzes maisījuma radiālo plūsmu caur katalizatoru, kas izgatavots cilindra vai konusa formā. Ar šādu katalizatora izvietojumu ir iespējams, nemainot aparāta diametru, palielināt tā augstumu un attiecīgi arī produktivitāti.

Ierīču konstrukcijas ar cilindrisku katalizatora izvietojumu ir zināmas jau sen (Parsons ierīces), taču, palielinoties to produktivitātei no 4,5 kg/h līdz 14,3 t/h amonjaka, radās problēmas gāzu maisījuma sadalē. plūsmas, siltuma pārnese, katalizatora pievienošana utt.

9. attēls - Pārsonsa uzlabotais aparāts: 1 - korpuss; 2 - vāki; 3 - dzesēšanas šķidruma savācējs; 4 - atbalsta ierīce; 5 - armatūra slāpekļa gāzu izvadīšanai; 6 - katalizatora režģi; 7 - aukstumaģenta kanāli; 8 - kanāli gāzēm

Viena no jaunajām ierīcēm ir uzlabotais Parsons aparāts (9. attēls). Tas sastāv no korpusa ar vākiem, armatūras amonjaka-gaisa maisījuma ievadīšanai un slāpekļa gāzu izvadīšanai. Katalizators ir platīna režģi, kas novietoti vertikāli gar cilindrisko virsmu un nostiprināti zem vāciņiem. Režģi ir izstiepti uz keramikas atbalsta ierīces, kurai ir horizontāli kanāli amonjaka-gaisa maisījuma padevei uz kontaktrežģiem un vertikālie kanāli dzesēšanas šķidruma padevei. Šādas atbalsta ierīces trūkums ir katalizatorā ienākošās gāzes sadale atsevišķu strūklu veidā, kā rezultātā katalizatora laukums nedarbojas pilnībā.

10. attēls. Kontakta aparāts ar radiālo gāzes plūsmu: 1 - korpuss; 2 - vāks; 3 - atbalsta elementu sistēma; 4 - katalizators; 5 - režģis; 6 - aklais dibens

Tiek piedāvāta ierīce ar radiālu gāzes plūsmu (10. attēls), kas sastāv no korpusa 1 un vāka ar veidgabalu amonjaka-gaisa maisījuma ievadīšanai. Korpusa apakšējā daļā ir armatūra slāpekļa gāzu ievadīšanai. Katalizatora marles cilindra un konusa formā ir izvietotas vertikāli. Tomēr šī ierīce arī nenodrošina vienmērīgu gāzu piegādi katalizatoram.

11. attēls - kontaktierīce ar granulētu katalizatoru: 1 cilindrisks korpuss; 2 - vāks ar centrālo caurumu; 3, 4 - koaksiālie cilindriski perforēti sadales režģi; 5 - gredzenveida dibens; 6 - izplūdes armatūra

Tiek piedāvāts aparāts ar radiālu gāzes plūsmu un granulētu katalizatoru. Kā katalizatori tiek izmantoti platīna metāli, kas nogulsnēti uz nesēja vai katalizatora, kas nav platīns, tabletes (11. attēls).

11. attēlā redzamais aparāts sastāv no cilindriska korpusa 1, kura augšējā daļā tiek ievadīts amonjaka-gaisa maisījums, bet apakšējā daļā tiek noņemtas slāpekļa gāzes. Iekšpusē ir divi koaksiāli cilindriski perforēti sadales režģi 3 un 4, starp kuriem ir novietots granulēta katalizatora slānis 7. Fiting 6.

Amonjaka-gaisa maisījums pie aparāta ieejas ir sadalīts divās plūsmās. Galvenā daļa nonāk gredzenveida spraugā starp korpusa sienām un ārējo sadales cilindru un radiāli nonāk uz katalizatora. Otrā, mazākā daļa iziet cauri vāka caurumam un ieiet katalizatorā pa asi. Nav nodrošināts vienmērīgs gāzes maisījuma sadalījums katalizatorā.

Šo konstrukciju trūkums ir amonjaka-gaisa maisījuma pārkaršana virs 200 tuvu aklajam dibenam, jo ​​gāzes ātrums samazinās līdz nullei. Gāzes pārkaršana izraisa katalizatora marles pārkaršanu un to palielinātu nodilumu.

12. attēls - Aparāts ar katalizatoru konusa formā: 1 - krekls gāzes sildīšanai; 2 - katalizators; 3 - atbalsta caurules ierīce; 4 - ūdens jaka

Aparāts (12. attēls) satur katalizatoru vairāku platīna sieta slāņu veidā, kas no trīsstūra formas gabaliem ir metināts konusā ar virsotnes leņķi aptuveni 60°. Režģa pakete ir balstīta uz konstrukciju, kas sastāv no 6-12 caurulēm gar konusa ģenerātoru, caur kuru iet dzesēšanas šķidrums. Šai katalizatora formai ir liela īpatnējā virsma (attiecībā pret aparāta tilpumu), salīdzinot ar plakanu katalizatoru, kas atrodas pāri gāzes plūsmai. Tomēr, salīdzinot ar cilindrisku katalizatoru, tā īpatnējais virsmas laukums ir mazāks.

13. attēls. Kontakta aparāts amonjaka oksidēšanai zem augsta spiediena: 1 - korpuss; 2 - iekšējais konuss; 3 - sadales iekārta; 4 - aizdedze; 5 - katalizatora režģi; 6 - pārkarsētājs; 7 - tvaika katlu paketes; 8 - ekonomaizers

13. attēlā parādīts kontaktaparāts amonjaka oksidēšanai 0,71 MPa spiedienā. Ierīce sastāv no diviem konusiem, kas ievietoti viens otrā. Amonjaka-gaisa maisījums no apakšas nonāk telpā starp iekšējo un ārējo konusu, paceļas augšup un no turienes lejup pa iekšējo konusu. Pa ceļam uz platīna katalizatoru, kas izgatavots režģu veidā, maisījums ir labi sajaukts Raschig gredzenu sadales ierīcē.

Ienākošā gāzu maisījuma un konversijas procesa temperatūras mērīšanai aparāts ir aprīkots ar termopāriem: četri pirms katalizatora un četri pēc tā. Gāzes paraugu ņemšanai ir tvaika paraugu ņemšanas caurules: četras pirms katalizatora un četras pēc tā. Katalizators tiek aizdedzināts ar slāpekļa-ūdeņraža maisījumu, kas tiek piegādāts ar rotācijas degli (aizdedzinātāju).

14. attēls - Grand Paroiss kontaktaparatūra: 1 - korpuss; 2 režģis; 3 - platīna katalizators; 4 - bruņu siets; 5 - gredzenu slānis; 6 perforēta plāksne; 7 - pārkarsētājs; 8 - atkritumu siltuma katls

Starp ierīcēm, kas darbojas ar vidējo spiedienu 0,40-0,50 MPa, interesants ir uzņēmuma Grande Paroiss aparāts, kas izgatavots no nerūsējošā tērauda (14. attēls). Tas sastāv no korpusa, kas no augšas noslēgts ar elipsveida vāku, ar ieplūdes savienotājuzmavu gāzu maisījuma ievadīšanai. Zem pārsega ir perforēts konuss, tad deflektors. Virs platīna režģiem ir novietots sadales režģis, uz kura atrodas sešu režģu slānis, kas darbojas kā plūsmas ātruma pulsāciju slāpētājs. Ierīces trūkums ir stagnējošu zonu klātbūtne katalizatora augstās temperatūras zonā, kur ienākošais amonjaks var sadalīties.

6. NEKONCENTRĒTAS SĀPEKĻSKĀBES RAŽOŠANAS TEHNOLOĢISKĀS SHĒMAS IZVĒLE UN APRAKSTS

Atkarībā no ražošanas procesa apstākļiem izšķir šādus slāpekļskābes sistēmu veidus:

1) sistēmas, kas darbojas pie atmosfēras spiediena;

2) sistēmas, kas darbojas ar paaugstinātu spiedienu (4-8 atm);

3) kombinētās sistēmas, kurās amonjaka oksidēšana tiek veikta zemākā spiedienā, bet oksīdu absorbcija - ar lielāku spiedienu.

Apsveriet šīs tehnoloģiskās shēmas.

1) sistēmas, kas darbojas pie atmosfēras spiediena;

15. attēls - Atšķaidītas slāpekļskābes ražošanas iekārtas shēma atmosfēras spiedienā: 1 - ūdens skruberis; 2 - auduma filtrs; 3 - amonjaka-gaisa ventilators; 4 - kartona filtrs; 5 - pārveidotājs; 6 - tvaika reģenerācijas katls; 7 - ātrgaitas ledusskapis; 8 - ledusskapis-kondensators; 9 - ventilators slāpekļa gāzēm; 10 - absorbcijas torņi; 11 - oksidācijas tornis; 12 - tornis slāpekļa oksīdu absorbcijai ar sārmiem; 13 - skābes ledusskapis; 14, 15 - sūkņi

Šīs sistēmas (15. attēls) vairs nedarbojas iekārtu apjomīguma dēļ (liels skaits skābju un sārmu absorbcijas torņu), zemas produktivitātes un noteikta daudzuma hlora uzkrāšanās, kas skābju un sārmu absorbcijas sistēmās. ir spēcīga kodīga iedarbība uz iekārtām, kuras pastāvīgi ir jāmaina, un tas rada lielas ekonomiskās izmaksas.

2) kombinētās sistēmas;

16. attēls - slāpekļskābes iegūšana ar kombinētu metodi: 1 - ātrgaitas ledusskapis; 2 - ledusskapis; 3 - turbokompresora dzinējs; 4 - reduktors; 5 - slāpekļa gāzu turbokompresors; 6 - turbīna izplūdes gāzu apūdeņošanai; 7 - oksidētājs; 8 - siltummainis; 9 - ledusskapis-kondensators; 10 - absorbcijas kolonna; 11 - skābes vārsts; 12 - kondensāta savācējs; 13, 14 - slāpekļskābes kolektori

Šīs shēmas galvenās priekšrocības ir:

1. Šīs sistēmas (16. attēls) darbojas bez ārējā enerģijas patēriņa, jo amonjaka oksidēšanās un slāpekļa oksīda oksidēšanās siltums ir pietiekams, lai iegūtu enerģiju gaisa un slāpekļa gāzu saspiešanai līdz nepieciešamajiem spiedieniem;

2. Iekārtas kompaktums.

3. Šādu agregātu ražība ir 1360 tonnas/diennaktī.

Shēmas trūkumi:

Šīs shēmas galvenais trūkums ir tāds, ka, oksidējot amonjaku 9 atm spiedienā, konversijas pakāpe ir par 2–3% mazāka nekā atmosfēras spiedienā, un platīna katalizatora zudumi ir 2–3 reizes lielāki. Tādējādi šo procesu ir izdevīgāk veikt atmosfēras spiedienā. Bet modernām jaudīgām darbnīcām, kas ražo slāpekļskābi, šajā gadījumā būs nepieciešams liels skaits liela izmēra ierīču un līdz ar to būvniecības un uzstādīšanas darbu izmaksu pieaugums. Šie apsvērumi liek ķerties pie spiediena palielināšanas amonjaka konversijas procesā. Šajā sakarā ir pieļaujams spiediens aptuveni 2,5 atm, jo ​​aparāta tilpums ir samazināts par 2,5 reizēm, salīdzinot ar tilpumu sistēmās, kas darbojas atmosfēras spiedienā ar mēreniem amonjaka un katalizatora zudumiem.

3) sistēmas, kas darbojas zem augsta spiediena.

Ķēdes priekšrocības (17. attēls):

1. Iekārta ir kompakta, visas ierīces ir transportējamas. Iekārtas barošanas cikls ir autonoms, un, izslēdzot ķīmisko ražošanu, tas darbojas, līdz tiek izslēgts no vadības paneļa. Tas ļauj ātri nodot iekārtu ekspluatācijā nejaušas ķīmiskā procesa izslēgšanas gadījumā. Iekārtas vadība darbības režīmā ir automatizēta.

2. Slāpekļskābes faktiskās izmaksas un enerģijas intensitāte, kas ražota uz vienreizēja spiediena 0,716 MPa, joprojām ir viszemākā salīdzinājumā ar AK-72 bloku un bloku, kas darbojas saskaņā ar kombinēto shēmu.

3. Atkritumu siltuma katla vietā aiz kontaktaparāta ir uzstādīts augstas temperatūras siltummainis, lai uzsildītu izplūdes gāzes turbīnas priekšā līdz 1120 K. Tajā pašā laikā, palielinoties jaudas gāzes turbīnas, jauda palielinājās par 274 salīdzinot ar AK-72 vienību.

4. Shēmā paralēli tehnoloģiskajam aparātam ir uzstādīta pastāvīgi ieslēgta sadegšanas kamera, kas ļauj padarīt mašīnas agregāta darbību neatkarīgu no ražošanas līnijas, kā arī nodrošināt vienmērīgu pāreju no darbības. no mašīnas dīkstāves režīmā, lai mašīna darbotos ar ieslēgtu tehnoloģisko procesu.

Shēmas trūkumi:

1. Process notiek paaugstinātā temperatūrā iekārtā, kas rada ļoti lielas slodzes pallādija katalizatoram un tas neizdodas. Saskaņā ar literatūru specifiskie neatgriezeniskie zudumi uz 1 tonnu slāpekļskābes ir 40-45 mg procesam pie atmosfēras spiediena, 100 mg pie 0,3-1,6 MPa un 130-180 mg pie 0,7-0,9 MPa. Tas nozīmē, ka platīna zudums iekārtās, kas darbojas zem spiediena, palielinās augstākas katalīzes temperatūras dēļ, salīdzinot ar temperatūru iekārtās, kas darbojas ar atmosfēras spiedienu.

2. Pirms ieiešanas gāzturbīnā ir nepieciešama ļoti augsta gaisa attīrīšanas pakāpe, jo kompresora gaisa jaudu var samazināt līdz pat 10% un efektivitāti līdz 6%.

Šajā kursa projektā detalizēti apskatīta shēma slāpekļskābes ražošanai zem spiediena ar kompresoru, ko darbina gāzturbīna (17. attēls).

Slāpekļskābes ražošanas jaudu saskaņā ar shēmu, kas darbojas ar spiedienu 0,716 MPa, nosaka vienību skaits. Vienas vienības jauda ir 120 tūkst.t/gadā (100% HNO3). Vienību skaitu shēmā nosaka vajadzība pēc slāpekļskābes pārstrādes cehiem.

Katrā blokā tiek veikta: amonjaka-gaisa maisījuma sagatavošana (gaisa attīrīšana un saspiešana, šķidrā amonjaka iztvaicēšana, gāzveida amonjaka un amonjaka-gaisa maisījuma attīrīšana); amonjaka pārveidošana; slāpekļa oksīdu veidošanās siltuma izmantošana; slāpekļa gāzu dzesēšana; slāpekļskābes iegūšana; izplūdes gāzes apkure; attīrīšana no slāpekļa oksīdiem un gāzes enerģijas reģenerācija gāzes turbīnā un atkritumu siltuma katlā.

Turklāt shēmā ir iekļauti bloki barības ūdens sagatavošanai, lai padotu atkritumu siltuma katlus, dzesēšanas kondensātu vai demineralizētu ūdeni absorbcijas kolonnu apūdeņošanai, tvaika samazināšanai līdz nepieciešamajiem parametriem, saražotās slāpekļskābes uzglabāšanai un sadalei patērētājiem.

17. attēls - Slāpekļskābes ražošanas zem spiediena diagramma ar kompresora piedziņu no gāzturbīnas: 1 - gaisa filtrs; 2 - pirmā posma turbokompresors; 3 - starpposma ledusskapis; 4 - otrā posma turbokompresors; 5 - gāzes turbīna; 6 - pārnesumkārba; 7 - motors-ģenerators; 8 - gaisa sildītājs; 9 - amonjaka maisītājs ar gaisu; 10 - gaisa sildītājs; 11 - porains filtrs; 12 - pārveidotājs; 13 - atkritumu siltuma katls; 14 - trauks slāpekļa gāzu oksidēšanai; 15 - ledusskapis - kondensators; 16 - absorbcijas kolonna; 17 - pārveidotājs; 18 - atkritumu siltuma katls

Atmosfēras gaiss tiek iesūkts caur filtru 1 ar pirmās pakāpes 2 turbokompresoru un saspiests līdz 0,2-0,35 MPa. Kompresijas dēļ gaiss tiek uzkarsēts līdz 175 . Pēc atdzesēšanas līdz 30-45 ledusskapī 3 gaiss nonāk otrās pakāpes 4 turbokompresorā, kur tas tiek saspiests līdz galīgajam spiedienam 0,73 MPa un uzkarsēts līdz 125-135 . Turpmāka gaisa sildīšana līdz 270 rodas sildītājā 8 karsto slāpekļa gāzu siltuma dēļ, kas iziet no pārveidotāja. Karstais gaiss ieplūst tālāk maisītājā 9.

Amonjaks zem spiediena 1,0-1,2 MPa tiek uzkarsēts līdz 150 grādiem sildītājā 10 ar ūdens tvaikiem un nonāk maisītājā 9, kur sajaucas ar gaisu. Iegūtais amonjaka-gaisa maisījums, kas satur 10-12% NH3, tiek filtrēts porolīta filtrā 11 un nonāk pārveidotājā 12, kur uz platīna-rodija katalizatora 890-900 temperatūrā. amonjaks tiek oksidēts par slāpekļa oksīdu. Gāzu siltumu, kas iziet no pārveidotāja, izmanto siltuma pārpalikuma katlā 13, lai ražotu tvaiku, bet gāzes atdzesē līdz 260 .

Tālāk gāzes iziet caur platīna uztveršanas filtru, kas atrodas tukšā trauka 14 augšdaļā. Tvertnē 14 NO tiek oksidēts līdz NO2 (oksidācijas pakāpe 80%), kā rezultātā gāzu maisījums tiek uzkarsēts līdz. 300-310 un nonāk gaisa sildītājā 8, kur tas tiek atdzesēts līdz 175 . Turpmāka slāpekļa gāzu siltuma izmantošana kļūst nerentabla, tāpēc tās atdzesē ar ūdeni ledusskapī 16 līdz 50-55 . Vienlaikus ar gāzes dzesēšanu ledusskapī 16 notiek ūdens tvaiku kondensācija un slāpekļskābes veidošanās ūdens mijiedarbības rezultātā ar slāpekļa dioksīdu. Iegūtās skābes koncentrācija nepārsniedz 52% HNO3, raža ir aptuveni 50% no iekārtas kopējās jaudas.

No dzesētāja 15 slāpekļa gāzes ar sieta plāksnēm nonāk absorbcijas kolonnā 16, kur NO2 absorbē ūdens, veidojot slāpekļskābi (koncentrācija līdz 55%). Uz absorbcijas kolonnas plāksnēm ir uzliktas 16 spoles (saldēšanas elementi), caur kurām cirkulē ūdens, lai noņemtu slāpekļskābes veidošanās laikā izdalīto siltumu.

Lai attīrītu izplūdes gāzes no slāpekļa oksīdiem, tās uzkarsē līdz 370-420 ° C, tām pievieno nelielu daudzumu dabasgāzes un nosūta uz pārveidotāju (reaktoru) 17. Šeit, palādija katalizatora klātbūtnē, rodas šādas reakcijas:

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

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

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

Tā kā šīs reakcijas notiek ar siltuma izdalīšanos, gāzu temperatūra paaugstinās līdz 700-730 . Šīs gāzes nonāk turbīnā 5 ar spiedienu 0,5-0,6 MPa, kas darbina turbokompresorus 2 un 4, kas saspiež gaisu. Pēc tam gāzē apmēram 400 grādu temperatūrā ievadiet atkritumu siltuma katlu 19, kas saņem zema spiediena tvaiku.

Pirmā un otrā posma 2 un 4 turbokompresori, kā arī gāzes turbīna 5 ir viena vienība. Pirmās pakāpes 2 turbīna un gāzes turbīna 5 atrodas uz kopējas vārpstas un ir savienotas ar pārnesumkārbu 6 ar otrās pakāpes turbīnu 4 un elektromotoru 7. Šī iekārta ļauj izmantot lielāko daļu enerģijas, kas iztērēta saspiežot gaisu, tādējādi ievērojami samazinot enerģijas patēriņu.

7. REAKTORA MATERIĀLU UN TERMĀLĀS BILANCES APRĒĶINS.

7.1. Reaktora materiālu bilances aprēķins

1) Aprēķiniet nepieciešamo gaisa daudzumu:

2) Ar gaisu pievadītie tilpumi, nm3:

a) ūdens tvaiki

b) sauss gaiss

3) Aprēķiniet skābekļa, slāpekļa un argona daudzumus, kas nāk ar gaisu, pamatojoties uz to procentuālo daudzumu gaisā

) Atrast tilpumus, kas veidojas reakcijas (14), nm ³ /h:

a) slāpekļa oksīds

b) ūdens tvaiki

5) Noteikt tilpumus, kas veidojas reakcijas (15), nm ³ /h:

a) slāpeklis

b) ūdens tvaiki

c) šīs reakcijas laikā patērētais skābeklis

6) Aprēķinām tilpumus gāzē pēc amonjaka oksidēšanas, nm ³ /h:

a) skābeklis

b) slāpeklis

c) argons

d) ūdens tvaiki

7) Faktisko materiālu bilanci var aprēķināt, ja plūsmu apjomus kontaktaparāta ieejā un tā izejā pārrēķina masās, vienlaikus ievērojot materiālu bilanci.

Nāk:

Patēriņš:

Aizpildīsim materiālu bilances tabulu (6. tabula).

6. tabula

Ienākumu plūsma Komponents Daudzums Komponents Daudzums 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

Bilances neatbilstība

7.2. Reaktora siltuma bilances aprēķins

Ļaujiet mums atrast temperatūru tx, līdz kurai ir nepieciešams uzsildīt amonjaka-gaisa maisījumu, lai nodrošinātu amonjaka oksidācijas procesa autotermisko raksturu.

1) Aprēķiniet kopējo amonjaka-gaisa maisījuma tilpumu

) Nosaka amonjaka-gaisa maisījuma sastāvdaļu koncentrāciju, % (tilp.):

a) amonjaks

b) sauss gaiss

c) ūdens tvaiki

3) Aprēķiniet amonjaka-gaisa maisījuma vidējo siltumietilpību

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),

kur 35,8; 28,7 un 32,6 - amonjaka, sausa gaisa un ūdens tvaiku siltumietilpības, kJ/(kmol K).

) Nosakiet amonjaka un gaisa maisījuma radīto siltumu

) Mēs aprēķinām reakcijas laikā izdalītos siltumus (14) un (16)

vai 17030 kW, kur 905800 un 126660 ir siltums, kas izdalās slāpekļa oksīda un slāpekļa veidošanās laikā saskaņā ar (14) un (16) reakcijām.

) Atrodiet kopējo slāpekļa gāzes daudzumu, kas nonāk atkritumsiltuma katlā

7) Noteikt slāpekļa gāzes sastāvdaļu koncentrāciju, % (tilp.):

a) slāpekļa oksīds

b) skābeklis

c) argons

d) slāpeklis

e) ūdens tvaiki

8) Aprēķiniet slāpekļa gāzes vidējo siltumietilpību:

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)

kur 31,68; 32,3; 20,78; 30,8 un 37,4 - slāpekļa gāzes komponentu siltumietilpība 900 ° C temperatūrā , kJ/(kmol K).

9) Tvaika sildīšanai no 198 līdz 250 pārkarsētājā ir nepieciešams noņemt siltumu:

1880 kW, kur 800 10 ³ un 1082 10 ³ J/kg - pārkarsēta tvaika īpatnējās entalpijas 198 °C temperatūrā un 250 un spiediens 1,5 MPa un 3,98 MPa.

10) Slāpekļa gāzu temperatūru kontaktaparatūras izejā nosaka no šīs sadaļas siltuma bilances vienādojuma:

6768 106 = 64631 1,66 10³ (900–t2)

11) Mēs aprēķinām slāpekļa gāzu aiznesto siltumu. Apsveriet gadījumu, kad kontaktaparāts un siltuma pārpalikums ir uzstādīti kā viens aparāts:

12) Noteikt siltuma zudumus videi

Pielīdzinot siltuma ievadi plūsmas ātrumam, mēs sastādām siltuma bilances vienādojumu un atrisinām to attiecībā uz tx:

Aizpildiet tabulu siltuma bilancei (7. tabula).

7. tabula

Ievade, kWPatēriņš, kWSiltums, ko ievada amonjaka-gaisa maisījums6369.2Siltums ūdens tvaiku sildīšanai pārkarsētājā1880Siltums, ko aiznes slāpekļa gāzes20584.3Reakcijas laikā izdalītais siltums (14) un (16)17030.6Zudumi apkārtējai videi935.2948Kopā235.294.

Bilances neatbilstība:

8. DROŠĪBA UN RŪPNIECISKĀ VIDE

Lai nodrošinātu drošu darbības režīmu nekoncentrētas slāpekļskābes ražošanā zem augsta spiediena, nepieciešams stingri ievērot tehnoloģiskos noteikumus, darba vietu darba aizsardzības instrukcijas, nodaļas darba aizsardzības un rūpnieciskās drošības instrukcijas, instrukcijas noteikti darba veidi.

Apkalpojošais personāls drīkst strādāt normatīvajos noteiktajos darba apģērbos un drošības apavos, obligāti līdzi jābūt izmantojamiem individuālajiem aizsardzības līdzekļiem. Aizsarglīdzekļi (individuālā gāzmaska) jāpārbauda katrā maiņā pirms darba uzsākšanas.

Personām, kas apkalpo mehānismus, jāzina Gosgortekhnadzor noteikumi, kas saistīti ar apkalpojamo aprīkojumu. Personas, kas apkalpo katlu uzraudzības iekārtas - katlu uzraudzības noteikumi.

Novērst parastā tehnoloģiskā režīma pārkāpumus visos procesa posmos.

Darbus veiciet tikai ar izmantojamām iekārtām, kas aprīkotas ar visām nepieciešamajām un pareizi funkcionējošām drošības ierīcēm, instrumentiem un vadības ierīcēm, signalizācijas un bloķēšanas ierīcēm.

Nododot remontam iekārtas un komunikācijas, kurās iespējama amonjaka uzkrāšanās, iekārtas un sakarus attīrīt ar slāpekli, līdz attīrīšanas slāpeklī vairs nav degvielu.

Pirms aparātu un sakaru iepildīšanas ar amonjaku pēc to remonta izskalojiet ar slāpekli, līdz skābekļa saturs attīrīšanas slāpeklī nav lielāks par 3,0% (tilp.).

Nepieļaut komunikāciju, armatūras, iekārtu remontu zem spiediena. Remonts jāveic pēc spiediena samazināšanas un remontētās vietas aizslēgšanas ar spraudņiem. Remontējamās iekārtas, komunikācijas ir jāpūš vai jāmazgā.

Lai izvairītos no hidrauliskiem triecieniem, tvaiku pievadiet aukstā tvaika cauruļvadiem lēnām, nodrošinot pietiekamu sildīšanu ar kondensāta novadīšanu visā cauruļvada garumā. Sausā tvaika izeja no drenāžas norāda uz pietiekamu cauruļvada sildīšanu.

Neieslēdziet elektroierīces ar bojātu zemējumu.

Nepieļaut iekārtu ar elektrisko piedziņu remontu, nenoņemot spriegumu no elektromotoriem.

Kontroles un mērinstrumentu un elektrisko iekārtu remontu un regulēšanu drīkst veikt tikai galvenā instrumentu operatora un elektriķu nodaļas dienesti.

Ražošanas un uzglabāšanas telpās aizliegts izmantot atklātu uguni: smēķēšana ir atļauta šim nolūkam paredzētajās vietās.

Visām iekārtas rotējošām daļām (sajūgu pusītēm), rotējošo ventilatoru lāpstiņriteņiem, uz elektromotoru vārpstām jābūt droši nostiprinātām un nožogotām, kā arī nokrāsotām sarkanā krāsā.

Skābes līniju atloku savienojumi jāaizsargā ar aizsargpārsegiem.

Nav atļauts pievilkt cauruļvadu atloku savienojumu skrūves, kā arī strādāt ar iekārtām zem spiediena.

Aparātiem, kas darbojas zem spiediena, jāatbilst prasībām, kas noteiktas tehniskajās specifikācijās un noteikumos par tvertņu un komunikāciju, kas darbojas zem spiediena, projektēšanu un drošu ekspluatāciju.

Darbi slēgtos tvertnēs jāveic, ja ir darba atļauja gāzu bīstamo darbu veikšanai.

Ventilācijai jābūt labā stāvoklī un pastāvīgi jādarbojas.

Pacelšanas mehānismu, spiedtvertņu apkopi veic tikai speciāli apmācītas personas, kurām ir īpašs sertifikāts.

Pieejas pie avārijas skapjiem, ugunsgrēka detektoriem, telefoniem, ugunsdzēsības iekārtām nedrīkst pārblīvēt ar svešķermeņiem, tiem jābūt tīriem un labā stāvoklī.

Atvērtajām atverēm griestos, platformās, gājēju celiņos jābūt 1 m augstiem žogiem.Žoga apakšā jābūt sānu vai aizsargjoslai 15 cm augstumā.

Visiem instrumentiem un automatizācijas un bloķēšanas sistēmām jābūt labā stāvoklī.

Lai novērstu nitrītu-nitrātu sāļu nogulsnēšanos uz ierīču un cauruļvadu iekšējām virsmām, rotoru lāpstiņām, slāpekļa gāzes kompresoru sienām un citām detaļām un ierīcēm, novērstu kontaktierīču ilgstošu aizdegšanos (vairāk nekā 20 minūtes), pazeminot katalizatora temperatūru. marles, to salaužot, izraisot amonjaka izslīdēšanu, virsmu apūdeņošanas pārtraukšanu, kas izraisa nitrītu-nitrātu sāļu nogulsnēšanos.

Savlaicīgi veikt slaucīšanu, iekārtu attīrīšanu no procesa produktu noplūdēm, eļļas uzpildīšanu sūkņu karteros.

Darba vietām remontdarbiem un citiem darbiem un ejām uz tām 1,3 m un vairāk augstumā jābūt iežogotām.

Ja nav iespējams vai nav lietderīgi uzstādīt žogus darbam 1,3 m augstumā un augstāk, kā arī strādājot no kāpnēm augstumā, kas pārsniedz 1,3 m, ir nepieciešams izmantot drošības jostas, atrodoties darba vietā. jāstrādā palīgstrādniekiem, kuri ir gatavi palīdzēt strādniekam.augstumā. Karabīnes stiprinājuma vietu nosaka darba vadītājs.

Drošības jostas tiek pārbaudītas pirms nodošanas ekspluatācijā, kā arī ekspluatācijas laikā ik pēc 6 mēnešiem. Drošības jostai jābūt marķētai ar reģistrācijas numuru un nākamās pārbaudes datumu.

Strādājot ar slāpekļskābi (paraugu ņemšana, komunikāciju pārbaude, skābes sūkņu ražošanas uzsākšana u.c.), nepieciešams lietot individuālos elpošanas un acu aizsarglīdzekļus (filtrējošā gāzmaska ​​ar kastīti ar zīmolu "M", aizsargbrilles ar gumijas pusmasku). vai aizsargvairogs no organiskā stikla, vai gāzmaskas ķivere), gumijas skābes necaurlaidīgi cimdi, īpašs skābes necaurlaidīgs apģērbs.

Ja tiek konstatēti kādi iekārtas darbības traucējumi, defekti balstos, sienās u.c. savlaicīgi informēt nodaļas vadītāju, veikala mehāniķi. Ja nepieciešams, apturiet iekārtu un sagatavojiet to piegādei remontam.

Katrā iekārtas pieturā remontam atveriet oksidētāja apakšējo lūku un, amonija sāļu klātbūtnē uz sadales režģa, gar sienām un apakšu, tvaicējiet to ar dzīvo tvaiku, noteciniet kondensātu.

Darbs ar tvaiku, tvaika kondensātu jāveic kombinezonos, apavos, cimdos.

Lai novērstu arodslimības un saindēšanos nodaļā, jāievēro šādas sanitārās un higiēnas prasības:

a) gaisa temperatūrai jābūt:

23- pārejas un ziemas periods;

18-27- vasaras periods.

b) relatīvais gaisa mitrums:

vasarā - ne vairāk kā 75%;

ziemā - ne vairāk kā 65%.

c) troksnis - ne vairāk kā 65 dBA skaņu necaurlaidīgās kajītēs, citās vietās ne vairāk kā 80 dBA;

d) vibrācija - ne vairāk kā 75 dB skaņu necaurlaidīgās kajītēs, dzinēju un kontakttelpās ne vairāk kā 92 dB;

e) darba vietu apgaismojums:

skaņu izolējošas kabīnes - vismaz 200 luksi;

absorbcijas kolonnu vietās - vismaz 50 luksi;

mašīntelpās un kontaktu telpās - vismaz 75 luksi.

f) maksimāli pieļaujamā kaitīgo vielu koncentrācija telpu darba zonas gaisā:

amonjaks - ne vairāk kā 20 mg/m3;

slāpekļa oksīdi - ne vairāk kā 5 mg/m3.

Papildus individuālajām gāzmaskām nodaļā ir filtrējošo un izolējošo gāzmasku avārijas piegāde.

Avārijas gāzmaskas tiek glabātas avārijas skapjos.

SECINĀJUMS

Kursa darba gaitā tika projektēts amonjaka katalītiskās oksidēšanas reaktors slāpekļa oksīdu ražošanai nekoncentrētas slāpekļskābes ražošanā.

Tika ņemti vērā procesa fizikālie un ķīmiskie pamati. Ir norādītas sākotnējās izejvielas un gatavā produkta īpašības.

Nepieciešamais gaisa daudzums oksidēšanai tika aprēķināts kā 5900 m ³ / h amonjaka, tas sasniedza 54304 m ³ /h Ar gaisu piegādātā skābekļa, slāpekļa un argona tilpumi tika aprēķināti, pamatojoties uz to procentuālo daudzumu gaisā. Tika aprēķināti arī skābekļa, slāpekļa, argona un ūdens tvaiku tilpumi gāzē pēc amonjaka oksidēšanas.

Tika aprēķināts siltuma bilance, kā rezultātā tika aprēķinātas visas siltuma plūsmas. Tika aprēķināta temperatūra, līdz kurai nepieciešams uzsildīt amonjaka-gaisa maisījumu, lai nodrošinātu amonjaka oksidēšanās autotermisko procesu, tā bija 288 . Tika aprēķināta slāpekļa gāzes temperatūra pēc pārkarsētāja, tā bija 836,7 . Tiek noteikti siltuma zudumi videi.

Tika veikts literatūras apskats par visefektīvāko shēmu nekoncentrētas slāpekļskābes ražošanai. Tika izvēlēta sistēma, kas darbojas zem augsta spiediena, jo šī iekārta ir kompakta, visas ierīces ir transportējamas, iekārtas enerģijas cikls ir autonoms. Aplūkotajā shēmā elektroenerģija netiek patērēta tehnoloģiskām vajadzībām. Elektroenerģija tiek patērēta nelielā daudzumā tikai skābes atsūknēšanai nepieciešamo sūkņu piedziņai, padeves ūdens piegādei katliem. Darbs saskaņā ar šo shēmu tiek veikts bez kaitīgu gāzu emisijas atmosfērā.

ATSAUCES

1. Atroščenko V.I., Kargins S.I. Slāpekļskābes tehnoloģija: Proc. Pabalsts augstskolām. - 3. izdevums, pārskatīts. un papildu - M.: Ķīmija, 1970. - 496 lpp.

Jegorovs A.P. Šereševskis A.I., Šmaņenko I.V. Vispārīgā neorganisko vielu ķīmiskā tehnoloģija: Mācību grāmata tehnikumiem. - Ed. 4. pārskatīšana - Maskava, Ļeņingrada: Ķīmija, 1965. - 688. gadi.

Karavajevs M.M., Zasorins A.P., Kleščevs N.F. Amonjaka katalītiskā oksidēšana / Red. Karavaeva M.M. - M.: Ķīmija, 1983. - 232 lpp.

Katalizatori slāpekļa rūpniecībā./Red. Atroščenko V.I. - Harkova: Viščas skola, 1977. - 144 lpp.

Vispārējā ķīmiskā tehnoloģija. Redakcijā prof. Amelīna A.G. Maskava: Ķīmija, 1977. - 400 s.

Pavlovs K.F., Romankovs P.G., Noskovs A.A. Piemēri un uzdevumi ķīmiskās tehnoloģijas procesu un aparātu gaitā. L .: Ķīmija, 1976 - 552s.

Perlovs E.I., Bagdasarjans V.S. Slāpekļskābes ražošanas optimizācija. M.: Ķīmija, 1983. - 208 lpp.

Aprēķini neorganisko vielu tehnoloģijai: Proc. Rokasgrāmata universitātēm / Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. un utt.; Ed. Pozina M.E. 2. izd. pārskatīts un papildu - L.: Ķīmija. Ļeņingrada. nodaļa, 1977 - 496 lpp.

Rumjancevs O.V. Aprīkojums augstspiediena sintēzes cehiem slāpekļa rūpniecībā; Proc. augstskolām.- M.: Ķīmija, 1970 - 376 lpp.

10. Sokolovs R.S. Ķīmiskā tehnoloģija: mācību grāmata. pabalsts studentiem. augstāks mācību grāmata iestādes: In 2 T. - M .: Humanit ed. centrs VLADOS, 2000. - V.1: Ķīmiskā ražošana antropogēnajā darbībā. Ķīmiskās tehnoloģijas pamatjautājumi. Neorganisko vielu ražošana. - 368 lpp.

Azočika rokasgrāmata./Red. Meļņikova E.Ya. - V.2: slāpekļskābes ražošana. Slāpekļa mēslošanas līdzekļu ražošana. Materiāli un pamata speciālais aprīkojums. Energoapgāde. Drošības tehnika. - M.: Ķīmija - 1969. - 448s.

Neorganisko vielu ķīmiskā tehnoloģija: 2 grāmatās. 1. grāmata. Mācību grāmata / T.G. Akhmetovs, R.G. Porfirjeva, L.G. Gysin. - M.: Augstāk. skola, 2002. 688s.: ill.

Korobočkins V.V. Slāpekļskābes tehnoloģija. - Tomskas Politehniskās universitātes izdevniecība. 2012. gads.