Технологическое оформление производства разбавленной азотной кислоты

Технологическая схема производства азотной кислоты при атмосферном давлении приведена на рис. 6.17. Воздух поступает через заборную трубу, проходит водяной скруббер 1 и суконный фильтр 2. Очищенный воздух и аммиак подаются в улитку вентилятора 3, где происходит их смешение. Полученная газовая смесь, содержащая 10-12% NH₃, вентилятором 3 направляется в картонный фильтр 4, а затем в конвертор (реактор) 5, в средней части которого размещены платино-родиевые сетки. Степень окисления NH₃ до окиси азота, составляет ~ 97-98%. Температура нитрозных газов на выходе из реактора 800°С. Реактор монтируют непосредственно на котле-утилизаторе 6, в котором получают пар давлением до 4 МПа при температуре 450°С. Температура газов после котла-утилизатора составляет 160°С: дальнейшее охлаждение осуществляется в водяных холодильниках 7 и 8. Здесь же происходит частичная конденсация водяных паров и окисление окиси азота до двуокиси азота. Степень окисления NO в холодильнике 7 незначительна, поэтому в нем получается кислота, содержащая ~5% HNO₃; в холодильнике 8 степень окисления NO более высокая, и в нем конденсируется кислота концентрацией ~ 30% HNO₃.

Охлажденный газ вентилятором 9 направляется в абсорбционную систему, состоящую из шести-семи полых башен 10 (на рисунке показаны четыре башни), орошаемых азотной кислотой. В объеме этих башен

продолжается процесс окисления NO до NO₂; одновременно NO₂ абсорбируется азотной кислотой и вступает во взаимодействие с водой, имеющейся в азотной кислоте.

Для окончательного поглощения NO₂ в последнюю по ходу газа башню подают воду; образующуюся азотную кислоты направляют последовательно противотоком газу от последней башни к первым. Продукционная кислота выводится из второй башни, ее концентрация 45-50% HNO₃. Степень абсорбции нитрозных газов составляет 92-94%.

Большое число башен объясняется тем, что скорость реакции окисления NO мала и, следовательно, мала общая скорость процесса. Кроме того по мере снижения концентрации окислов азота эта скорость уменьшается еще больше к концу процесса, поэтому для увеличения степени окисления окиси азота и степени абсорбции газов необходимо существенно увеличить время процесса, что достигается при введении большого числа абсорбционных башен.

После абсорбционных башен газ направляют в окислительную башню 11 для полного окисления NO в NO₂, а затем в башни щелочной абсорбции 12, орошаемые водным раствором соды. Окислы азота (NO и NO₂) абсорбируются содовым раствором с образованием солей:

Получаемые растворы нитрата и нитрита натрия выводят из первой по ходу газа башни для дальнейшей переработки.

Концентрирование азотной кислоты. Концентрирование разбавленной азотной кислоты осуществляется в тарельчатых барботажных колоннах или в колоннах с насадкой из колец. Так как путем упаривания воды из разбавленных растворов HNO₃ можно получить азотную кислоту концентрацией не более 68,7% HNO₃, процесс концентрирования ведут в присутствии концентрированной серной кислоты.

Серная кислота связывает воду, содержащуюся в разбавленной азотной кислоте, образуя гидраты серной кислоты, кипящей при температуре более высокой, чем 100%-ная HNO₃. Поэтому необходимо подобрать условия, при которых в процессе нагревания смеси, содержащей азотную и серную кислоты, в парах будет содержаться почти исключительно азотная кислота.

Схема установки для концентрирования разбавленной азотной кислоты приведена на рис. 6.18.

Разбавленную азотную кислоту в виде двух потоков направляют в колонну концентрирования. Один из потоков вначале поступает в испаритель, где азотная кислота испаряется. Образующиеся пары подаются на десятую тарелку барботажной колонны 1. Второй поток разбавленной азотной кислоты направляется непосредственно в колонну (минуя испаритель) на тарелки, расположенные несколько выше ввода колонну паров из

испарителя 2.

Концентрированная серная кислота (~93%) подается на одну из верхних тарелок колонны 2. Для нагревания смеси в нижнюю часть колонны вводят острый пар (около 250°С).

Пары азотной кислоты с незначительным содержанием паров воды и окислов азота, образовавшихся в результате разложения азотной кислоты, направляются из колонны в холодильник – конденсатор 3, где азотная кислота конденсируется, а нитрозные газы идут на дальнейшее улавливание.

Часть окислов азота растворяется в азотной кислоте, поэтому из конденсатора она возвращается на верхние тарелки колонны, где продувается, и затем отводится в качестве продукционной после охлаждения в холодильнике 4.

Отработанная разбавленная серная кислота (68%) вытекает из нижней части колонны и поступает без охлаждения на упаривание до ~93%-ной H₂SO₄.

Рис. 6.18. Схема концентрирования разбавленной азотной кислоты в

присутствии серной кислоты:

1 – концентрационная колонна; 2 – испаритель разбавленной азотной кислоты; 3 –

холодильник-конденсатор; 4 – холодильник концентрированной азотной кислоты

 

Вопросы для самостоятельной проработки материала.

1. Составьте химическую и принципиальную схемы производства серной кислоты контактным методом.

2. Является ли реакция сжигания серы в промышленных печах гомогенной или гетерогенной? Ответ обоснуйте.

3. Приведите модель окисления колчедана кислородом воздуха. Объясните ее.

4. Составьте материальный баланс печи обжига колчедана КС-450. Производительность печи по колчедану 450 т/сут. Содержание серы в сухом колчедане 43%. содержание влаги в колчедане 1,5%. Содержание SO₂ в сухом обжиговом газе 14,5%. Температура поступающего воздуха 20%, его относительная влажность 50%

5. Какие схемы аппаратов применяют для проведения процессов обжига флотационного колчедана?

6. Приведите схему очистного отделения в производстве серной кислоты из флотационного колчедана.

7. Опишите теоретические закономерности окисления сернистого ангидрида.

8. Назовите важнейшие области применения аммиака в современной экономике.

9.Составьте химическую и операторную схему производства аммиака.

10. Каковы основные физико-химические особенности реакции синтеза аммиака из азота и водорода?

11.Что является сырьем для производства азотной кислоты и какие требования к нему предъявляются?

12. Приведите химическую схему синтеза азотной кислоты. Какая реакция имеет наибольшую термодинамическую вероятность?

13. Опишите основные закономерности стадии окисления окиси азота до двуокиси азота.