Абсорбция диоксида азота в производстве азотной кислоты. Физико-химические основы процесса. Аппаратурное оформление процесса

Процесс производства разбавленной азотной кислоты включает три стадии:

- конверсия аммиака с целью получения оксида азота

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O

- окисление оксида азота до диоксида азота

2NO+O₂↔2NO₂

- абсорбция оксидов азота

3NO₂+H₂O↔2HNO₃+NO+Q

Абсорбция – поглощение газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени.

Все оксиды азота, кроме NO, взаимодействуют с водой с образованием азотной кислоты. Поглощение оксидов азота водой связано с растворением в ней NO₂, N₂O₄, N₂O₃ и образованием азотной и азотистой кислот. Азотистая кислота является малоустойчивым соединением и распадается на азотную кислоту, оксид азота (II) и воду. Абсорбция протекает по схеме:

У нас имеется окись азота NO₂.

1 2NO₂+H₂O↔HNO₃+HNO₂+Q

HNO₂ – азотистая кислота, неустойчивая, разлагается.

2 3HNO₂→2NO+HNO₃+Q

Суммарно взаимодействие NO₂ с водой можно представить уравнением:

3NO₂+H₂O↔2HNO₃+NO+Q (∆H<0, Т↓, Т=50-60ᵒС, Р↑, Р=3,7 атм.)

NO в межтарельчатом пространстве окисляется до NO₂.

3 2NO+O₂↔2NO₂+Q

Снова образуется NO₂ , контактирует с водой и все повторяется.

Стадии:

1) диффузия к поверхности жидкости. В пограничном слое газ-жидкость диоксид азота переходит в жидкую фазу.

2) Затем после растворения NO₂ происходит быстрая химическая реакция (реакция № 1)

3) в жидкой фазе происходит медленная реакция (реакция № 2)

Образующееся NO плохо растворяется в воде.

4) выделение из жидкости NO

5) окисление NO (реакция № 3) в газовом потоке.

Одновременно с абсорбцией и протеканием химических реакции в растворе в газовой фазе частично происходят те же реакции, приводящие к образованию азотной кислоты. Медленным процессом, определяющим скорость поглощения оксидов азота, является диффузия их в жидкую фазу.

Этот процесс повторяется на 48 –ми тарелках. На выходе получается 57% HNO₃.

В сепараторе 14 нитрозные газы отделяют от сконденсировавшейся азотной кислоты, из него азотную кислоту направляют в абсорбционную колонну 15, а нитрозные газы – под нижнюю тарелку абсорбционной колонны. Сверху в колонну подают воду. Образующаяся в верхней части колонны азотная кислота низкой концентрации перетекает на нижележащие тарелки. Вследствие поглощения оксидов азота концентрация кислоты постепенно увеличивается и на выходе достигает 55-58%, причем содержание растворенных в ней оксидов азота достигает 1%. Поэтому кислота направляется в продувочную колонну 16, где подогретым воздухом из нее отдувают оксиды азота, и чистая кислота идет на склад. Воздух после продувки подается в нижнюю часть абсорбционной колонны 9.

Степень поглощения диоксида азота водными растворами азотной кислоты определяется температурой, давлением, концентрацией кислоты. С понижением температуры и концентрации кислоты и повышением давления степень превращения диоксида азота растет. При концентрации азотной кислоты выше 65% поглощение практически прекращается.

В промышленности используют абсорбционные колонны с колпачковыми и ситчатыми тарелками.