Синтез и анализ ХТС в производстве азотной кислоты (стр. 4 из 4)
Надазотную кислоту получают при обработке концентрированной азотной кислоты 100%-ной перекисью водорода при низкой температуре по реакции:
HNO3 + Н2О2 = HNO4 + Н2О
Надазотная кислота разлагается со взрывом.
Нитроолеум - дымящая жидкость желтоватого цвета, сильный окислитель. Нитроолеум с содержанием 30 об.% NO2 при атмосферном давлении кипит при температуре 311 К, с содержанием 40 об.% NO2 - при температуре 302К. При этом в парах содержится 96,5 об.% оксидов азота и 3,5 об.% паров азотной кислоты.
1.2.2. Модели рассматриваемой ХТС
Химическая модель
4NH3 + 50 2 = 4NO + 6Н2О
2NO+O2=2NO2
3NO2 + H2O = 2NО3 + N0
NH3 + 2О2 = HNO3 + Н2О + 421,2
Технологическая схема
Рис. 3. Технологическая схема производства азотной кислоты
1-воздухозаборная труба; 2-воздухоочиститель; 3-газовый компрессор; 4-газовая турбина; 5-воздухоподогреватель; 6-испаритель аммиака; 7-смеситель с фильтром;
8-контактный аппарат; 9,17-котёл-утилизатор; 10-окислитель с фильтром;
11-абсорбционная колонна; 12-отдувочная колонна; 13-холодильник-конденсатор;
14-подогреватель хвостовых газов; 15-реактор каталитической очистки; 16-камера сгорания; 18-выхлопная труба.
Атмосферный воздух, забранный на территории завода, проходит тщательную очистку от возможных примесей, находящихся в воздухе, проходит воздухозаборную трубу 1 и воздухоочиститель 2. Очищенный атмосферный воздух поступает на всас компрессора газотурбинного агрегата. Сжатие происходит в осевом компрессоре 3, приводимый в движение газовой турбиной 4, до давления 0,73 МПа, нагреваясь при этом до 135°С , и поступает далее в подогреватель воздуха 5, где его температура поднимается до 250оС за счёт теплоты выходящих из окислителя 10 нитрозных газов. В смесителе 7 воздух смешивается с газообразным аммиаком, который поступает сюда из испарителя аммиака 6. Образовавшаяся аммиачно-воздушная смесь далее поступает в контактный аппарат 8, где при температуре около 900°С на Pt. - Rh - Pd -катализаторе происходит окисление аммиака. Нитрозные газы, содержащие 9 -9,5% N0, поступают в котёл-утилизатор 9, в котором происходит охлаждение до необходимой температуры и образование пара. Далее газы поступают в окислитель 10, в котором окисляются до диоксида азота. Охлаждённые в подогревателе воздуха 5, подогревателе хвостовых газов 14 и холодильнике-конденсаторе 13 до температуры около 45°С нитрозные газы поступают в абсорбционную колонну 11, орошаемую противоточно водой. Поскольку абсорбция NO2 водой экзотермична, абсорбционные тарелки снабжены змеевиковыми холодильниками, в которых циркулирует охлаждающая вода. Полученная азотная кислота самотёком поступает в отдувочную колонну 12, где с помощью горячего воздуха из готовой азотной кислоты происходит отдувка растворённых в ней нитрозных газов, которые подаются в абсорбционную колонну. Хвостовые газы, пройдя систему каталитической очистки от оксидов азота восстановлением их аммиаком до элементного азота в атмосферу.
Структурная схема
Функциональная схемаОператорная схема
2. Анализ ХТС
Материальный баланс
NH3 + 2O2 ® HNO3 + H2O
М(NH3) = 17 М (HNO3) = 63
М (2O2) = 64 М (H2O) = 18
1. Теоретически необходимое количество NH3:
С учетом степени окисления:
0,2698 – 90% х - 100% 
Непрореагировавший аммиак: 0,2997 – 0,2698 = 0,0299 т.
2. Теоретически необходимое количество О2:
С избытком 2О2: 1,016·1,15 = 1,1684 т
(1,15 = 100% + 15%, 1,15 = 1 + 015)
3. Теоретически полученное количество Н2О:
Таблица материального баланса
| Расход | Масса, т | Приход | Масса, т |
| NH3 | 0,2997 | HNO3 | 1,00 |
| 2O2 | 1,1684 | Н2О | 0,2857 |
| 2O2 избыток | 0,1524 | ||
| NH3 непрореагир. | 0,0299 | ||
| 1,4681 | 1,468 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Неуклонный рост производства азотной кислоты тесно связан с увеличением объёма отходящих газов, а следовательно, с увеличением количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Оксиды азота очень опасны для любых живых организмов. Некоторые растения повреждаются уже через 1час пребывания в атмосфере, содержащей 1мг оксидов в 1м3 воздуха. Оксиды азота вызывают раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, ухудшение снабжения тканей кислородом и другие нежелательные последствия.
Хвостовые газы производства азотной кислоты содержат после абсобционных колонн от 0,05 до 0,2% оксидов азота, которые по санитарным требованиям без дополнительной очистки запрещено выбрасывать в атмосферу.
Радикальное решение проблемы очистки хвостовых газов - каталитическое восстановление оксидов азота горючими газами - водородом, природным газом, оксидом углерода, аммиаком. Условия проведения процесса и тип используемого катализатора определяется видом применяемого газа. Восстановление оксидов азота снижает их содержание в очищенном газе до 0,001-0,005%, что обеспечивает санитарные нормы по содержанию оксидов азота в приземном слое воздуха при мощностях производства кислоты до 1млн.т в год, сосредоточенных в одной точке и при высоте выброса 100-150м.
Одним из наиболее реальных способов утилизации оксидов азота, обеспечивающих санитарные нормы содержания оксидов азота в приземном слое атмосферы после рассеивания их из выхлопной трубы, является адсорбционно - десорбционный метод, в котором используется непрерывно циркулирующий сорбент (силикагель). Разработаны способы адсорбции на молекулярных ситах, промывки кислым раствором мочевины и другими промывными жидкостями.
На современных установках получения азотной кислоты нет постоянных источников сточных вод. Эти установки потребляют большое количество обратной охлаждающей воды. Растворы, периодически сливаемые из насосов и другого оборудования, например при проведении ремонта, собирают в прямоток и нейтрализуют.
Перспективы развития азотнокислотного производств
Исключительное значение азотной кислоты для многих отраслей народного хозяйства и оборонной техники и большие объёмы производства обусловили интенсивную разработку эффективных и экономически выгодных направлений совершенствования азотнокислотного производства. К таким направлениям относятся:
- создание систем высокой единичной мощности (до 400 тыс.т в год), работающих при повышенном давлении;
- разработка высокоактивных избирательно действующих неплатиновых катализаторов окисления аммиака;
- возможно более полное использование энергии сжатых отходящих газов и низкопотенциальной теплоты процесса путём создания полностью автономных энерготехнологических схем;
- создание замкнутого оборота охлаждающей воды;
- решение проблемы очистки отходящих газов с утилизацией адсорбционного - десорбционного метода очистки на силикагеле и цеолитах;
- возможно более полное удаление остатков азота из отходящих газов с использованием в качестве восстановителей горючих газов и аммиака.
В ходе данной курсовой работы были построены модели ХТС: операторная, структурная, функциональная, математическая. Приведены характеристики вспомогательных материалов и исходных продуктов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Салтанова, В.П. Технология связанного азота: учебник / В.П. Салтанова, Н.С. Торочешников. - М.: Высшая школа, 1981. - 205с.
2. Технология связанного азота: учебник / Ф.А. Андреев, СИ. Каргин, Л.И. Козлов, В.Ф. Приставко. - М.: Химия, 1966. - 500с.
3. Общая химическая технология / Под ред. А.Г. Амелина. - М.: Химия, 1977. - 400с.
4. Курс технологии связанного азота / под ред. В.И. Атрощенко. - М: Химия, 1968.-384с.
5. Основы химической технологии / под ред. И.П. Мухлёнова. — 4-е изд., перераб. и доп. - М: Высшая школа, 1991. - 463с. ISBN 5-06-001735-4.
6. Кутепов, A.M. Общая химическая технология: учебник / A.M. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 520с. ISBN 5-06-000493-7.
7. Соколов, Р.С. Химическая технология: учебное пособие / Р.С. Соколов. -Т.1. -М: ВЛАДОС, 2000. - 368с. ISBN 5-691-00356-9.