Содержание
- 2. Производство HNO3 ПРОИЗВОДСТВО АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ Азотная кислота – один из важных продуктов химической промышленности. По значению
- 3. Производство HNO3 Физико-химические основы производства азотной кислоты Химические реакции, лежащие в основе производства. На современных заводах
- 4. Производство HNO3 Сырьем для производства азотной кислоты является синтетический аммиак, воздух и вода. К чистоте сырья
- 5. Производство HNO3 Первая стадия процесса – контактное окисление NH3. При окислении аммиака, кроме основной реакции, происходящие
- 6. Производство HNO3 Вторая стадия процесса – окисление оксида азота (II) в оксид азота (IV). Это самая
- 7. Производство HNO3 Третья стадия – абсорбция оксида азота (IV) водой. При взаимодействии NO2 с водой сначала
- 8. Производство HNO3 Производство разбавленной азотной кислоты В зависимости от применяемого давления технологические схемы производства разбавленной азотной
- 9. Производство HNO3 Смесь аммиака с воздухом поступает в контактный аппарат. Контактный аппарат для окисления аммиака состоит
- 10. Производство HNO3 Горячие газы, выходящие из контактного аппарата, поступают в котел-утилизатор на охлаждение и далее в
- 11. Производство HNO3
- 12. Производство HNO3
- 13. Производство HNO3
- 14. Производство HNO3
- 15. Производство HNO3 Концентрированную азотной кислоты производят прямым синтезом NО с кислородом и водой под давлением: 4NO
- 16. Производство HNO3 Цистерны для концентрированной азотной кислоты
- 17. Производство HNO3 Из истории производства азотной кислоты Первый завод синтетической азотной кислоты, которая производилась путем каталитического
- 18. Производство HNO3 Из истории производства азотной кислоты Сейчас найден ряд химических способов борьбы с «лисьими хвостами».
- 20. Скачать презентацию
Производство HNO3
ПРОИЗВОДСТВО АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
Азотная кислота – один из важных продуктов химической
Производство HNO3
ПРОИЗВОДСТВО АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
Азотная кислота – один из важных продуктов химической
Примерно 75% азотной кислоты, которую получают в промышленности, используется для производства удобрений, 15% – для производства взрывчатых веществ и 10% – для других целей.
Промышленность выпускает разбавленную азотную кислоту нескольких сортов, массовая доля HNO3 в которых составляет от 45 до 60%, и концентрированную азотную кислоту с массовой долей HNO3 97-98%.
Мировое производство азотной кислоты оценивается в 750-800 млн. тонн. При этом только около 15-20% азотной кислоты поступает на рынок. Другая часть азотной кислоты используется предприятиями – продуцентами азотных удобрений, адипиновой кислоты и других химикатов.
Производство HNO3
Физико-химические основы производства азотной кислоты
Химические реакции, лежащие в основе производства.
Производство HNO3
Физико-химические основы производства азотной кислоты
Химические реакции, лежащие в основе производства.
Процесс состоит из трех стадий: 1) окисление аммиака кислородом воздуха до NO: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6Н2О; ΔН = –907 кДж 2) окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV): 2NO + О2 ⇄ 2NO2; ΔН = –112 кДж 3) абсорбция оксида азота (IV) водой с образованием разбавленной азотной кислоты: 3NO2 + H2O ⇄ 2HNO3 + NO; ΔH = –136 кДж
Каждое из приведенных уравнений является суммарным, потому что фактически процессы состоят из нескольких последовательных или параллельных реакций, то есть сложными.
Производство HNO3
Сырьем для производства азотной кислоты является синтетический аммиак, воздух и
Производство HNO3
Сырьем для производства азотной кислоты является синтетический аммиак, воздух и
К чистоте сырья предъявляются высокие требования.
Аммиак, поступающий из цеха синтеза, предварительно очищают от катализаторной пыли и других примесей, чтобы предотвратить отравление катализатора на первой стадии окисления аммиака до оксида азота (II).
Воздух, использующийся для окисления аммиака, также очищают от пыли и газообразных примесей, попадающих в него из газовых выбросов цехов, расположенных на территории завода. Эти примеси являются каталитическим ядом на стадии окисления аммиака до оксида азота (II).
Воду, необходимую для абсорбции оксида азота (IV) и получения азотной кислоты, подвергают обессоливанию.
Производство HNO3
Первая стадия процесса – контактное окисление NH3. При окислении аммиака,
Производство HNO3
Первая стадия процесса – контактное окисление NH3. При окислении аммиака,
Окисление NH3 – необратимый процесс, экзотермический, гетерогенно-каталитический.
Повышение температуры – эффективное средство увеличения скорости процесса, но при температуре выше 800-850°С, выход NO снижается, а выход азота и диссоциация NH3 растут. Итак, температуру поддерживают на уровне 800°С (Р = 0,1 МПа), а для систем, работающих под давлением, – 900°С (Р = 0,8МПа).
Повышение давления также ускоряет процесс окисления NH3 и увеличивает выход NO, но при этом возможно и повышение температуры. Кроме того, увеличивается расход катализатора в результате вынесения его мелких частиц с газами и повышаются требования к прочности аппаратуры, что ведет к ее удорожанию.
Производство HNO3
Вторая стадия процесса – окисление оксида азота (II) в оксид
Производство HNO3
Вторая стадия процесса – окисление оксида азота (II) в оксид
Эта реакция обратимая, экзотермическая, гомогенная, некаталитической, происходит с уменьшением объема газа. Согласно принципу Ле Шателье для смещения химического равновесия вправо необходимо снижение температуры и повышение давления.
До 100°С реакция практически полностью идет в сторону образования NO2. При более высокой температуре равновесие смещается влево, а при температуре 700°С и выше реакция совсем не происходит.
Итак, горячие газы, выходящие из контактного аппарата, необходимо охладить до температуры, меньшей 100°С.
При повышенном давлении увеличивается степень превращения NO в NO2 и скорость реакции. На установках, работающих при повышенном давлении, NO практически полностью окисляетcя до NO2. При этом объем аппаратуры уменьшается в сотни раз по сравнению с процессом окисления при атмосферном давлении.
Производство HNO3
Третья стадия – абсорбция оксида азота (IV) водой.
При взаимодействии
Производство HNO3
Третья стадия – абсорбция оксида азота (IV) водой.
При взаимодействии
2NO2 + H2O ⇄ HNO3 + HNO2; ΔH = –116 кДж
Азотистая кислота в кислых растворах неустойчива и разлагается:
3HNO2 ⇄ HNO3 + 2NO + H2O; ΔH = +76 кДж
Составляя уравнение, имеем:
3NO2 + Н2О ⇄ 2HNO3 + NO; ΔH = –136 кДж (1)
При избытке кислорода в газовой смеси (а он всегда есть) NO снова окисляется:
2NO + О2 ⇄ 2NO2; ΔH = –112 кДж (2)
Складывая уравнения (1) и (2), получаем:
4NO2 + 2Н2О + О2 ⇄ 4HNO3; ΔH = –59,5 кДж
Данная реакция обратимая, экзотермическая, гетерогенная, некаталитическая, для смещения равновесия вправо надо снижать температуру и повышать давление.
Производство HNO3
Производство разбавленной азотной кислоты
В зависимости от применяемого давления технологические схемы
Производство HNO3
Производство разбавленной азотной кислоты
В зависимости от применяемого давления технологические схемы
а) системы, работающие при атмосферном давлении;
б) системы, работающие при повышенном давлении;
в) комбинированные системы, в которых окисление аммиака осуществляют при низком давлении, а переработку оксидов азота в азотную кислоту – при повышенном.
Системы, работающие при атмосферном давлении, характеризуются малой интенсивностью процессов окисления NO и абсорбции NO2 и большими размерами абсорбционной аппаратуры.
Современными являются установки с повышенным давлением, особенно комбинированные. Сначала из тщательно очищенных воздуха и аммиака готовят аммиачно-воздушную смесь, учитывая, что при определенном содержании аммиака такая смесь является взрывоопасной. Так, при 18°С, если массовая доля NH3 в смеси составляет 16-28%, смесь становится взрывоопасной. В промышленных условиях работают с аммиачно-воздушной смесью, в которой содержание аммиака находится за пределами взрываемости. Чаще всего массовая доля NH3 в смеси 10-12%.
Производство HNO3
Смесь аммиака с воздухом поступает в контактный аппарат.
Контактный аппарат для
Производство HNO3
Смесь аммиака с воздухом поступает в контактный аппарат.
Контактный аппарат для
Производство HNO3
Горячие газы, выходящие из контактного аппарата, поступают в котел-утилизатор на
Производство HNO3
Горячие газы, выходящие из контактного аппарата, поступают в котел-утилизатор на
Здесь оксид азота (II) при наличии избытка кислорода превращается в оксид азота (IV), который при 0,8-1,0 МПа смешивают с водой с образованием азотной кислоты.
Оба процесса – окисление NО и абсорбция NО2 водой – осуществляются практически одновременно в той же аппаратуре.
В колонну сверху подается чистая вода. Она стекает по тарелкам вниз навстречу газам (принцип противотока), и образуется азотная кислота, массовая доля HNO3 в которой составляет примерно 60-62%.
Степень переработки оксидов азота составляет 98-99%. Объемная доля оксидов азота в отходящих газах – 1-2%.
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Производство HNO3
Концентрированную азотной кислоты производят прямым синтезом NО с кислородом и
Производство HNO3
Концентрированную азотной кислоты производят прямым синтезом NО с кислородом и
4NO + 3О2 + 2Н2О = 4HNО3
Кроме прямого синтеза, применяют концентрирование разбавленной азотной кислоты способом перегонки ее с концентрированной серной кислотой, которая выполняет роль водопоглощающего средства.
Хранение и транспортировка азотной кислоты.
Разбавленную азотную кислоту (массовая доля в растворе 45-60%) хранят на складах в резервуарах из нержавеющей стали. Небольшие количества разбавленной азотной кислоты перевозят в стеклянных бутылях, которые упаковывают в корзины и обкладывают древесной стружкой, пропитанной огнеупорными веществами. Большие количества разбавленной азотной кислоты перевозят в железнодорожных цистернах из нержавеющей стали.
Концентрированную кислоту хранят в резервуарах и перевозят в железнодорожных цистернах из алюминия.
Производство HNO3
Цистерны для концентрированной азотной кислоты
Производство HNO3
Цистерны для концентрированной азотной кислоты
Производство HNO3
Из истории производства азотной кислоты
Первый завод синтетической азотной кислоты, которая
Производство HNO3
Из истории производства азотной кислоты
Первый завод синтетической азотной кислоты, которая
В Украине азотную кислоту производили из чилийской селитры. В годы первой мировой войны, когда спрос на азотную кислоту в связи с ее стратегическим значением начал расти, возникла необходимость в поисках способов получения кислоты без использования импортной селитры.
В 1915 г. инженер И.И. Андреев разработал совершенный способ каталитического окисления аммиака. В конце 1916 г. в Донецке (Юзовке) был построен первый завод, который производил азотную кислоту по этому способу. С развитием производства синтетического аммиака данный способ получил распространение во всех странах мира.
Но на первых азотнокислотных установках процесс проводился только под атмосферным давлением. При этом 90% NО окислялось, а 10% выбрасывалось в атмосферу с отходящими газами. Многие заводы до сих пор работают по такому способу. Отходящий газ – «лисий хвост» – очень вреден для всего живого.
Производство HNO3
Из истории производства азотной кислоты
Сейчас найден ряд химических способов борьбы
Производство HNO3
Из истории производства азотной кислоты
Сейчас найден ряд химических способов борьбы
Например, оксиды азота отходящих газов разлагаются на азот и кислород с помощью палладированного оксида алюминия как катализатора этого процесса: 2NО2 –(Al2O3, Pd)→ N2 + 2О2
Этот способ борьбы с загрязнением атмосферы применяют на многих современных установках. Если же процесс проводить при повышенном давлении, то удается почти полностью избавиться от оксидов азота в отходящих газах.