Производство азотной кислоты (стр. 3 из 4)
 |
Рис. 4.6. Зависимость степени абсорбции NO2 от концентрации образующейся кислоты.
Степень абсорбции оксида азота (IV) непосредственно связана с абсорбционным объемом аппаратуры. Повышение степени абсорбции требует, особенно, в конце процесса, значительного увеличения абсорбционного объема. Так, если степень абсорбции, равная 0,92 дол. ед., может быть достигнута при Vaб=22 м3/ т кислоты, то для повышения ее до 0,98 дол. единицы, то есть на 6,5% абсорбционный объем должен быть увеличен до 70 м3/т. (рис. 4.5.). Так как увеличение абсорбционного объема вызывает резкое возрастание капитальных затрат, то экономически более выгодно не добиваться степени абсорбции выше 0,98 дол. ед., а поглощать остатки оксида азота (IV) в отходящих газах щелочными поглотителями с последующим окислением образовавшегося нитрита натрия концентрированной азотной кислотой и возвращением оксида азота (II) в цикл (инверсия оксида азота (II)):
, 
.5. Производство разбавленной азотной кислоты
Принципиальная технологическая схема производства разбавленной азотной кислоты под атмосферным давлением представлена на рис. 5.1.
Воздух поступает в систему через заборную трубу, устанавливаемую в местности с чистым воздухом, как правило, вдали от территории завода. Для очистки воздуха от механических и химических примесей устанавливается ситчатый пенный промыватель 1 и картонный фильтр 2. Аммиак, поступающий со склада, также очищается от примесей в картонном фильтре 3. Транспортировка газов через систему осуществляется при помощи аммиачно-воздушного вентилятора 4. Далее газовая смесь проходит в контактный аппарат 5. Горячие нитрозные газы с температурой около 800°С поступают в котел-утилизатор 6, где вырабатывается пар, а температура газов снижается до 250°С. Затем газы охлаждаются водой примерно до 30°С в кожухотрубных холодильниках 7 (на схеме показан один). При этом происходит конденсация водяных паров и в небольшой степени окисление оксида азота до диоксида, который, частично поглощаясь конденсатом, дает разбавленную азотную кислоту.
После этого нитрозные газы газодувкой 8 подаются в абсорбционные башни 9, заполненные насадкой из кислотоупорных колец. Последняя по ходу газа башня орошается водой, а из первой башни отбирается продукционная кислота. Циркуляция кислоты в системе осуществляется насосами 10. Для охлаждения разогретой кислоты, вытекающей из башен, служат водяные холодильники 11. В поглотительных башнях перерабатывается примерно 92% оксидов азота. Кроме того, в процессе абсорбции выделяется NО. Поэтому за абсорбционными башнями устанавливается окислительная башня 12, где происходит частичное окисление NО до диоксида азота. Далее газы поступают в башню 13 (обычно две) для поглощения NО и NО2 раствором соды с образованием так называемых нитрит-нитратных щелоков. Вместо раствора соды можно применять раствор едкого натра или Са(ОН)2. Обезвреженные таким образом выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.
Рис. 5.1. Технологическая схема производства азотной кислоты под атмосферным давлением:
1 – пенный промыватель; 2, 3 – картонные фильтры; 4 – аммиачно-воздушный вентилятор; 5 – контактный аппарат; 6 – котел-утилизатор; 7 – кожухотрубный холодильник; 8 – газодувка; 9 – абсорбционные башни; 10 – циркуляционные насосы; 11 – водяной холодильник; 12 – окислительная башня; 13 – санитарная башня.
6. Расчет материального баланса процесса абсорбции нитрозных газов
Данные для расчета
1. Производительность установки – 120 тыс.т/год (на 100 % HNO3).
2. Число рабочих дней в году – 350.
3. Концентрация получаемой кислоты – 50 %(масс.).
4. Общая степень абсорбции NO2 – 92 %.
5. Состав поступающих на абсорбцию газов и концентрация кислоты, подаваемой на орошение абсорбера:
Таблица 6.1
| Состав нитрозных газов, %(об.) | Концентрация кислоты орошающей абсорбер, %(масс.) | ||||
| NO | NO2 | O2 | H2O | N2 | |
| 0,95 | 8,98 | 5,86 | 2,61 | 81,6 | 47,5 |
6. База расчета – суточная производительность установки. Окисление NO в NO2 в абсорбционной башне можно не учитывать.
Расчет суточной производительности установки
Состав газа в %(масс.):
Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность ri каждого компонента:
Масса любого газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е.
, где 
- плотность газа при нормальных условиях. 
; 
Расчет массы двуокиси азота
Абсорбция двуокиси азота происходит по уравнению:
Концентрация кислоты орошающей абсорбер – 47,5 %(масс.)
Содержание воды и кислоты
- масса кислоты (в пересчете на 100 %-ю) поступающей в абсорбер; 
- масса воды в 47,5 %-ой кислоте.Рассчитаем количество реагентов для получения 1 кг кислоты (в пересчете на 100 %-ю)
На образование 2-х моль 100% кислоты требуется 3 моль NO2.
Масса поглощенной воды на образование 1 кг кислоты (в пересчете на 100 %-ю).
На образование 2-х моль кислоты поглощается 1 моль воды
Масса водяных паров, вносимых в абсорбер с нитрозными газами на образование 1 кг кислоты (в пересчете на 100 %-ю).
;с учетом степени абсорбции NO2 92 % -
.Для получения 50 %-ой кислоты на 1 кг кислоты требуется 1 кг воды. На разбавление полученной кислоты может использоваться 0,05 кг воды из поступающей на орошение 47,5 %-ой кислоты. Отсюда, количество кислоты подаваемой на орошение составит
0,864/0,05=17,28 кг.
Образуется оксида азота 1 моль
Тогда на образование 1 кг азотной кислоты (в пересчете на 100 %-ю) из диоксида азота потребуется:
Нитрозные газы (учетом степени абсорбции):
NO2 – 1,095 кг;
Н2О – 0,136 кг;
Кислота на орошение 17,28 кг.
Образуется оксида азота – 0,238 кг.
Всего получаем кислоты (в пересчете на 100 %-ю):
17,28·0,475+1=9,208 кг или 2·9,208=18,416 кг 50 %-ой кислоты.
17,28 кг кислоты абсорбирует 1,095 кг NO2, тогда 1 кг кислоты абсорбирует Х кг NO2:
.Поступает с учетом степени абсорбции 92 % -
Образуется оксида азота:
.Поглощается воды:
.Из 0,136 кг воды, содержащейся в нитрозных газах
.