Производство разбавленной азотной кислоты

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 r_i 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

.

Образуется 100% кислоты при абсорбции 1 кг 47,5 %-ой кислоты:

0,063+0,008 - 0,014 = 0,057 кг

0,057+0,475 = 0,532 кг.

Материальный баланс абсорбера

Таблица 6.2.

№ п/п	Приход	кг	т/сут	№ п/п	Расход	кг	т/сут
1	Азотная кислота 47,5%	1	644,46	1	Азотная кислота 50 %	1,064	685,71
	в том числе:				в том числе:
	HNO3	0,475	306,12		HNO3	0,532	342,86
	H2O	0,525	338,34		H2O	0,532	342,86
2	Нитрозные газы	0,495	297,12
	в том числе:			2	NO	0,019	12,49
	NO2	0,069	45,85	3	N2	0,382	224,60
	H2O	0,008	5,05	4	O2	0,031	18,43
	NO	0,005	3,19	5	NO2	0,006	3,99
	N2	0,382	224,60
	O2	0,031	18,43
	ИТОГО:	1,495	941,58		ИТОГО:	1,502	945,21

Расхождение баланса составляет:

, что вполне допустимо.

 ЛИТЕРАТУРА

 

1.  Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.

2.  Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.

3.  Основы химической технологии: Учебник для студентов вузов / Под ред. Мухленова И.П. – М.: «Высшая школа», 1983. – 335 с.

4.  Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. – М.: Гуманит. изд. центр БЛАДОС, 2000. – Т.1: Химическое производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химической технологии. Производство неорганических веществ. – 368 с.