Виробництво азотної кислоти

ЗМІСТ
Вступ
1. Окислювання аміаку
1.1 Технологічні розрахунки

1.1.1 Завдання 1

1.1.2 Завдання 2

1.1.3 Завдання 3

2. Окислювання окису азоту
2.1 Технологічні розрахунки

2.1.1 Завдання 4

2.1.2 Завдання 5

2.1.3 Завдання 6

3. Абсорбція оксидів азоту
3.1 Технологічні розрахунки

3.1.1 Завдання 7

3.1.2 Завдання 8

4. Очищення викидних газів
4.1 Технологічні розрахунки

4.1.1 Завдання 9

4.1.2.Завдання 10

Література

Вступ

Тема контрольної роботи «Виробництво азотної кислоти» з дисципліни «Технологія основного неорганічного синтезу».

Дисципліна «Технологія основного неорганічного синтезу» вивчається в з метою засвоєння основних теоретичних основ технологій і методів одержання продуктів основного неорганічного синтезу.

Вивчення даної дисципліни ґрунтується на знаннях, одержаних при вивченні таких дисциплін: «Загальна і неорганічна хімія», «Фізична хімія», «Фізика», «Вища математика», «Теоретичні основи технології неорганічних речовин», «Кінетика і каталіз», «Процеси та апарати хімічної технології», «Основи наукових досліджень і наукова інформація» та інших.

Задачею вивчення курсу являється засвоєння фізико-хімічних основ промислових процесів та їх апаратурного оформлення, вивчення технологічних схем промислових виробництв зв’язаного азоту, вміння виконувати технологічні розрахунки.

Мета роботи – ознайомлення з теоретичними питаннями пов’язаними з виробництвом азотної кислоти та вирішення практичних завдань.

Азотну кислоту одержують окислюванням аміаку повітрям з наступною переробкою окислів азоту.

Перша стадія процесу - окислювання аміаку - описується рівнянням реакції:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 905,8 кДж/моль                    (1)

Одночасно з основною реакцією протікають побічні реакції, що приводять до дефіксації азоту й виражаються сумарним рівнянням:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1266,96 кДж/моль                 (2)


При охолодженні нітрозного газу окис азоту окисляється киснем до двоокису:

2NО + O2 = 2NO2 + 112,4 кДж/моль                          (3)

При цьому протікає також реакція:

2NО2 + NО = N2O3                                            (4)

Всі вищі окисли азоту реагують із водою з утворенням азотної й азотистої кислот:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 115,9 кДж/моль                (5)

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + 59,06 кДж/моль                 (6)

N2O3 + H2O = HNO2 + 55,6 кДж/моль                       (7)

Малостійка азотиста кислота розпадається на азотну кислоту й окис азоту:

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O – 75,7 кДж/моль                  (8)

Сумарне балансове рівняння виробництва азотної кислоти з аміаку має вигляд:

NH3 + 2O2 = НNО3 + H2O + 420,5 кДж/моль            (9)


1. Окислювання аміаку

Каталізатором при окислюванні аміаку служать сплави платини з родієм або палладієм, що мають форму сітки. Застосовують також неплатинові каталізатори на основі окислів заліза з добавками кобальту й хрому.

Напруженість каталізатора характеризують кількістю аміаку (кг) окисленого на 1 м2 активній поверхні каталізатора за добу, тобто кг/(м2∙ добу.):

                                    (10)

де  - годинна витрата аміаку, кг/година;

 - активна поверхня каталізаторної сітки, м2.

Для платинових сіток активна поверхня 1 м2 розраховується по рівнянню:

                                (11)

де d – діаметр дроту сітки, см;

– число плетив на 1 см2 площі сітки.

На практиці застосовують сітки, що мають діаметр 0,25-0,1 мм і число плетив 1000-4000 на 1 см2.

Розміри контактного апарата залежать в основному, від необхідної площі каталізаторної сітки. Для визначення площі спочатку знаходять необхідний вільний об'єм каталізатора в м3:

                                   (12)


де      – об'ємна швидкість газу в умовах контакту, м3/сек.;

τ - час контакту газу з каталізатором, сек..;

або

                             (13)

де m – число сіток, складених разом;

f - відношення вільного об'єму сіток до їхнього загального об'єму;

                             (14)

де 1d – загальний об'єм сіток у см3, віднесений до 1 см2 площі сіток;

 - об'єм дроту сіток, віднесений до 1 см2 площі сіток.

Об'ємну швидкість газу (у м3/сек..) в умовах контакту розраховують по формулі:

                             (15)

де W0 – об'ємна швидкість газу при н.у., м3/сек..;

Тк – температура контакту, К;

Рк – тиск у контактному апарату, Па або атм;

Р – атмосферний тиск, Па або атм.

Підставивши в рівняння  значення і і вирішуючи його відносно S одержимо необхідну площу каталі заторної сітки:

    (16)

азотний кислота аміак оксид


де 1,1 - коефіцієнт, що враховує збільшення часу контакту за рахунок подовження ниток сітки при провисанні.

Діаметр сітки:

                      (17)

Оптимальний час контакту залежить від природи каталізатора й температури. Для 9000С при ступені перетворення 90-98% час контакту газу з каталізатором можна визначити по формулі:

                        (18)

де       - ступінь перетворення NH3 в NO, %.

Підвищення температури внаслідок виділення теплоти при окислюванні аміаку киснем повітря можна визначити по формулі:

                   (19)

де  - ступінь перетворення, частки одиниці;

х - зміст аміаку в аміачно-повітряної суміші, об. частки;

РН2О– парціальний тиск водяних пар у суміші;

Р – загальний тиск газу.

Вищенаведена формула справедлива при наступних значеннях мольних теплоємкостей компонентів суміші, кДж/(кмоль*град):

С(О2) – 32,3        С(Н2О) – 37,4     C(N2) – 30,8        C(NO) – 31,6

При виборі температури конверсії аміаку необхідно враховувати зростання питомих втрат платинового каталізатора, які сильно збільшуються вище 9500С. Питомі втрати платинового каталізатора можна визначити по емпіричному рівнянню:

                     (20)

де  - питомі втрати платини, г/т;

Т – температура конверсії, К.

1.1 Технологічні розрахунки

1.1.1 Завдання 1

Скласти матеріальний і тепловий баланси стадії окислювання аміаку на 1 т азотної кислоти. Ступінь окислювання NH3 до NO – 0,97; NO до NO2 0,99 і ступінь абсорбції 0,97. Зміст аміаку в аміачно-повітряній суміші 7,5 % мас. Температура АВС на вході в контактний апарат 2700С, втрати тепла становлять 5% від загального приходу тепла. Визначити температуру нітрозних газів на виході з контактного апарата.

Рішення:

Визначимо витрату аміаку з сумарного рівняння:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O                        (І)

1. Теоретична витрата NH3 на 1 т HNO3 складе:

Фактична витрата NH3 при значенні ступеня конверсії 97% і ступеня абсорбції оксидів азоту 99% складе:


Об'єм цієї кількості аміаку складе:

де      22,4 - мольний об'єм газу.

2. Визначимо об'єм повітря, необхідний для виробництва 1000 кг HNO3

3. Приймаючи склад повітря О2 – 21% про.; N2 – 79% об. обчислимо об'єми цих газів:

4. По рівнянню окислювання аміаку:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O             (ІІ)

утвориться:

- окису азоту: 370·0,97=359 м3 =

- води

витрата кисню складе:

Результати розрахунків зведені в таблицю матеріального балансу:

Матеріальний баланс окиснення аміаку на 1 т азотної кислоти

Прихідкг

м3

Витратакг

м3

Аміачно-повітряна суміш:

NH3

N2

O2

281

4506

1369

370

3604,7

958,3

Нітрозний газ

NH3

N2

O2

Н2О

11

4506

728

480

431

14,5

3604,7

509,6

359

538,5

Разом6156

4933

Разом61565026,3
Актуально: