Получение азотной кислоты

Автор: Пользователь скрыл имя, 07 Декабря 2011 в 12:54, реферат

Краткое описание

Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения большинства азотсодержащих веществ. До 70-80% ее количества расходуется на получение минеральных удобрений. Одновременно азотная кислота применяется при получении взрывчатых веществ почти всех видов, нитратов и ряда других технических солей; в промышленности органического синтеза; в ракетной технике, как окислитель в различных процессах и во многих других отраслях народного хозяйства.

Оглавление

1.Введение
2.1.Сырьевая база технологии.
2.2.Методы получения азотной кислоты.
3.Получение азотной кислоты по схеме АК-72.
4.Получение слабой азотной кислоты под повышенным давлением.
5.Получение концентрированной азотной кислоты прямым синтезом из оксидов азота.
6.Концентрирование азотной кислоты с помощью нитрата магния.
7.Технологическая схема получения азотной кислоты под давлением 0,7 МПа.
8.Заключение.
Список литературы.

Скачать в ZIP (155.59 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Файлы: 1 файл

Введение.docx2.docx

— 159.75 Кб (Скачать)

ФГБОУ ВПО

«Национальный исследовательский ядерный университет  «МИФИ»

Южно-Уральский  политехнический колледж-филиал НИЯУ МИФИ 
 

РЕФЕРАТ

По  курсу: «Неорганическая химия».

Тема: «Получение азотной кислоты». 
 

                     Преподаватель: П. А. Палагин

                     Оценка:

                     Студент: Е. В. Смирнова

               Группа ТП-12 
           
           
           
           

     2011г. 

    Содержание.

1.Введение

2.1.Сырьевая база технологии.

2.2.Методы получения азотной кислоты.

3.Получение азотной кислоты по схеме АК-72.

4.Получение слабой азотной кислоты под повышенным давлением.

5.Получение концентрированной азотной кислоты прямым синтезом из оксидов азота.

6.Концентрирование азотной кислоты с помощью нитрата магния.

7.Технологическая схема получения азотной кислоты под давлением 0,7 МПа.

8.Заключение.

Список литературы.                         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Введение

      Азотная кислота по объему производства занимает среди других кислот второе место после серной кислоты. Все возрастающий объем производства HNO3 объясняется огромным значением азотной кислоты и ее солей для народного хозяйства.

      Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения большинства азотсодержащих веществ. До 70-80% ее количества расходуется на получение минеральных удобрений. Одновременно азотная кислота применяется при получении взрывчатых веществ почти всех видов, нитратов и ряда других технических солей; в промышленности органического синтеза; в ракетной технике, как окислитель в различных процессах и во многих других отраслях народного хозяйства.

      Промышленностью вырабатывается неконцентрированная (до 60-62% HNO3) и концентрированная (98-99% HNO3) кислота. В небольших объемах выпускается реактивная и азотная кислота особой чистоты. В производстве взрывчатых веществ нитрованием толуола, уротропина, ксилола, нафталина и других органических продуктов применяют концентрированную азотную кислоту. Для получения удобрений потребляется как правило разбавленная азотная кислота. Основными производителями азотной кислоты являются США, Франция, ФРГ, Италия, Испания, и Англия. На долю этих стран в 70-х годах приходилось свыше 75% всей выработанной тогда кислоты. К 80 годам производство азотной кислоты в капиталистических странах стабилизировалось. сейчас рост производства происходит за счет совершенствования и обновления технологии, а также организации выпуска азотной кислоты в развивающихся странах. 
 
 
 
 
 

    2.1. Сырьевая база технологии.

      Основным  сырьем для производства неконцентрированной  азотной кислоты в настоящее время являются аммиак, воздух и вода. Вспомогательными материальными и энергетическими ресурсами являются катализаторы окисления аммиака и очистки выхлопных газов, природный газ, пар и электроэнергия.

 
2.2 Методы получения азотной кислоты.

Первый  завод по производству HNO3 из аммиака коксохимического производства был пущен в России в 1916 г. В 1928 г. было освоено производство азотной кислоты из синтетического аммиака.

  Различают производство слабой (разбавленной) азотной  кислоты и производство концентрированной  азотной кислоты.

  Процесс производства разбавленной азотной  кислоты складывается из трех стадий:

  1) конверсии аммиака с целью  получения оксида азота

4NH3 + 5О2 → 4NO + 6Н2О

  2) окисления оксида азота до  диоксида азота

2NO + О2 → 2NO2

  3) абсорбции оксидов азота водой

4NO2 + О2 + 2Н2О → 4HNO3

  Суммарная реакция образования азотной  кислоты выражается

NH3 + 2О2 → HNO3 + Н2О

Различают производство слабой (разбавленной) азотной  кислоты и производство концентрированной  азотной кислоты.

Процесс производства разбавленной азотной  кислоты складывается из трех стадий:

1)конверсии аммиака с целью получения оксида азота 
4NH3 + 5О2 → 4NO + 6Н2О

2)окисления оксида азота до диоксида азота 
2NO + О2 → 2NO2

3)абсорбции оксидов азота водой 
4NO2 + О2 + 2Н2О → 4HNO3

Суммарная реакция образования азотной  кислоты выражается 
NH3 + 2О2 → HNO3 + Н2О

      3.Получение азотной кислоты по схеме АК-72.

В основу схемы АК-72, разработанной в СССР, положен замкнутый энерготехнологический  цикл с двухступенчатой конверсией аммиака и охлаждением нитрозных газов под давлением 0,42–0,47 МПа и абсорбцией оксидов азота при давлении 1,1—1,26 МПа; продукция выпускается в виде 60%-ной HNO3. Первый агрегат АК-72 мощностью 380 тыс. т/год был пущен в 1976 г.

 Рисунок1.1 –Технологическая схема получения азотной кислоты АК-72:

1 – ресивер; 2 – испаритель; 3, 24 – фильтры; 4, 15 – подогреватели; 5 – рекуперационная турбина; 6 – реактор каталитической очистки; 7 – смеситель; 8 – топочное устройство; 9 – продувочная колонна; 10 – абсорбционная колонна, 11, 14 – водяные холодильники; 12, 23 – компрессоры; 13 – газовый промыватель; 16, 18 – холодильники нитрозных газов; 17 – деаэрационная колонна; 19 – котел-утилизатор; 20 – контактный аппарат; 21 – барабан с сепарационным устройством; 22 – смесительная камера; 25 – труба для забора воздуха

Воздух  забирают из атмосферы через трубу 25, очищают от пыли в фильтре 24, сжимают  воздушным компрессором 23 до 0,42 МПа  и, разделив на два потока, подают в  контактный аппарат и подогреватель  аммиака. Жидкий аммиак (парожидкостная смесь) через ресивер 1 поступает  в испаритель 2, где испаряется при 10–16 °С и давлении 0,6 МПа.

После испарителя газообразный аммиак очищают  от масла и механических примесей в фильтре 3 и направляют в подогреватель  аммиака 4, где он нагревается до 80–120 ° С воздухом.

Очищенный воздух и аммиак поступают в смесительную камеру 22 контактного аппарата 20. Образующаяся аммиачно-воздушная смесь содержит 9,6–10,0% NH3. Пройдя тонкую очистку в фильтре, встроенном в контактный аппарат, аммиачно-воздушная смесь поступает на двухступенчатый катализатор, состоящий из трех платиноидных сетоь и слоя неплатинового катализатора. Нитрозные газы при температуре 840–860 °С поступают в котел-утилизатор 19, расположенный под контактным аппаратом, где за счет их охлаждения получают пар давлением 40 МПа с температурой 440 °С. Котел питают химически очищенной водой, деаэрированной в колонне 17. Деаэрированная вода проходит теплообменник 16, где нагревается нитрозными газами до 150 °С, экономайзер 18 и затем поступает в барабан котла-утилизатора 21.

Нитрозные газы после котла-утилизатора охлаждаются  в экономайзере 18, отдают свою теплоту  в подогревателе 15 и затем поступают  в водяной холодильник 14 для дальнейшего  охлаждения до 55 СС. При охлаждении нитрозных газов происходит конденсация  паров воды с образованием 40–45%-ной  азотной кислоты, которая подается в газовый промыватель 13. Сюда же поступают нитрозные газы.

В промывателе происходит одновременно с охлаждением промывка нитрозных газов от нитрит-нитратных солей и дальнейшая конденсация азотной кислоты. Кислота из нижней части промывателя подается в абсорбционную колонну 10, а нитрозные газы сжимаются в компрессоре 12 до 11–12,6 МПа, нагреваясь при этом до 210–230 °С. После сжатия нитрозные газы охлаждают в холодильнике 16 до 155–165 °С. в холодильнике 11 второй ступени до 60–65 °С и подают в абсорбционную колонну 10. На тарелках колонны расположены земеевики для охлаждения кислоты. Сверху в колонну поступает паровой конденсат (Н2O) с температурой не выше 40 °С. Снизу колонны выводится 58–60%-ная азотная кислота; она поступает в продувочную колонну 9 для удаления растворенных в ней оксидов азота и далее направляется в хранилище.

Отходящий газ из абсорбционной колонны  нагревается в подогревателе (топочном устройстве) 8, смешивается в смесителе 7 с природным газом и подогретый до 480 °С направляется на каталитическую очистку от оксидов азота в реактор. Катализатором очистки служит алюмопалладиевый катализатор АПК-2. После каталитического разложения выхлопные газы, содержащие до 0,008% оксидов азота при температуре 750 °С, поступают в рекуперационную турбину 5, входящую в состав газотурбинного агрегата. Здесь тепловая энергия выхлопных газов преобразуется в механическую с одновременным снижением давления газа до 0,95–1,05МПа. Энергия, вырабатываемая в газовой турбине, используется для привода компрессоров 12 и 23 (нитрозного и воздушного).

    1. Получение слабой азотной кислоты под повышенным давлением.

В 1960-х  годах разработан агрегат по производству азотной кислоты мощностью 120 тыс. т год под давлением 0,716 МПа  с использованием высокотемпературной  каталитической очистки выхлопных  газов, выпускающий продукцию в  виде 53-58%-ной HNO3 [1]. При разработке этой схемы были пересмотрены вопросы экономической эффективности производства по схеме АК-72, в результате чего уменьшена мощность установки с 380 тыс. тонн до 120 тыс. тонн в год и снижено давление во всей схеме. В частности, абсорберы работают при давлении 0,5–0,7 МПа. Улучшена схема очистки хвостовых газов. 
 

    1. Получение концентрированной азотной кислоты прямым синтезом из оксидов азота.

Прямой  синтез HNО3 основан на взаимодействии жидких оксидов азота с водой и газообразным кислородом под давлением до 5 МПа по уравнению 
2N2O4 + O2 + 2H2O → 4HNO3

100%-ный  диоксид азота при атмосферном  давлении и температуре 21,5 °С полностью переходит в жидкое состояние. При окислении аммиака полученный NO окисляется в NO2, содержание которого в газовой смеси составляет около 11%. Перевести диоксид азота такой концентрации в жидкое состояние при атмосферном давлении не представляется возможным, поэтому для сжижения оксидов азота применяют повышенное давление.

Концентрирование  азотной кислоты с помощью  водоотнимающих веществ. Получить концентрированную азотную кислоту перегонкой разбавленной кислоты невозможно. При кипении и перегонке разбавленной азотной кислоты ее можно упарить лишь до содержания 68,4 % HNO3 (азеотропная смесь), после чего состав перегоняемой смеси не изменится [1].

В промышленности перегонку разбавленных водных растворов  азотной кислоты осуществляют в  присутствии водоотнимающих веществ (концентрированная серная кислота, фосфорная кислота, концентрированные растворы нитратов и др.). Применение водоотнимающих веществ дает возможность понизить содержание водяных паров над кипящей смесью и увеличить содержание паров азотной кислоты, при конденсации которых получается 98%-ная HNО3.

Технологическая схема концентрирования азотной  кислоты с применением серной кислоты показана на рисунке 1.2.

 
  
Рисунок 1.2 – Схема  концентрирования разбавленной азотной кислоты  в присутствии  серной кислоты:

1, 4 – напорные баки  для азотной и  серной кислоты; 2 – контрольные  фонари; 3 – испаритель  разбавленной азотной  кислоты; 5 – коробка  для регулировании  подачи кислоты,;6 – концентрационная  колонна, 7 – холодильник  конденсатор; 8 –  холодильник кислоты,  циркулирующей в  башне; 9 –вентилятор: 10 – поглотительная  башня; 11 – сборник; 12 – насос; 13 – холодильник  концентрированной  азотной кислоты, 14 – холодильник  отработанной серной  кислоты

Разбавленная  азотная кислота из напорного  бака 1 подается в колонну 6 через  два  расходомера 2, включенные параллельно. Один поток кислоты проходит в испаритель 3 и подается в виде смеси жидкости и пара на 10-ю тарелку колонны 6, другой поток без подогрева поступает на вышележащую тарелку [1].

Серная  кислота из напорного бака 4 через  регулятор 5 подается в верхнюю часть  колонны 6 выше ввода холодного потока азотной кислоты. В нижнюю часть  колонны вводится острый пар, при  нагревании которым из тройной смеси  начинает испаряться азотная кислота.

Пары  азотной кислоты при температуре 70–85 °С, поднимаясь вверх, выходят через штуцер в крышке колонны и поступают в холодильник-конденсатор 7. В этих парах имеются примеси оксидов азота и воды.

В холодильнике-конденсаторе пары азотной кислоты при температуре  около 30 °С конденсируются с образованием 98–99%-ной HNО3, при этом оксиды азота частично поглощаются этой кислотой. Концентрированная азотная кислота, содержащая оксиды азота, направляется на две верхние тарелки и проходит их последовательно, причем оксиды выдуваются из раствора парами азотной кислоты, поступающими в конденсатор 7. Несконденсировавшиеся пары азотной кислоты и выделившиеся оксиды азота направляют на абсорбцию в башню 10, орошаемую водой. Полученная 50%-ная кислота поступает в сборник 11 и вновь направляется на концентрирование. Концентрированную азотную кислоту после охлаждения направляют на склад готовой продукции.

Отработанная  серная кислота, содержащая 65–85% H2SO4, поступает на концентрирование. При концентрировании азотной кислоты с применением 92–93%-ной серной кислоты расход последней значительно сокращается при подаче на концентрирование 59–60%-ной HNO3 вместо 48–50%-ной. Поэтому в некоторых случаях выгодно проводить предварительное концентрирование 50%-ной HNO3 до 60%-ной путем простого упаривания.

Большим недостатком концентрирования азотной  кислоты с помощью серной кислоты  является высокое содержание паров  и тумана H2SO4 в выхлопных газах после электрофильтров (0,3–0,8 г/м3 газа). Поэтому серную кислоту заменяют, например, нитратом магния или цинка.

    1. Концентрирование азотной кислоты с помощью нитрата магния.

Этот  способ концентрирования обеспечивает получение чистой концентрированной  азотной кислоты без вредных  выбросов в атмосферу. Однако у него есть ряд существенных недостатков, не позволяющих использовать такой  способ повсеместно. В первую очередь  это связано с повышенной по сравнению  с другими способами себестоимостью получаемого продукта и проблемы утилизации трудно перерабатываемых твердых  отходов.

Одним из способов уменьшения выбросов и  повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической  схемы с парогазовым циклом, в  котором в качестве рабочей теплоты  используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива.

Такая схема реализована в ряде производств  химической технологии. К достоинствам этого химико-технологического процесса относятся: 1) использование теплоты  промежуточных реакций для сжатия сырья (рекуперация энергии); 2) возможность  организовать тщательную очистку отработанных газов

.

    1. Технологическая схема получения азотной кислоты под давлением 0,7 МПа.

Атмосферный воздух проходит тщательную очистку  в двухступенчатом фильтре 1 (первая ступень фильтра выполнена из лавсановой ткани, вторая – из ткани Петрянова). Очищенный воздух сжимают двухступенчатым воздушным компрессором. В первой ступени 18 воздух сжимают до 0,35 МПа, при этом он нагревается до 165–175 °С за счет адиабатического сжатия. После охлаждения воздух направляют на вторую ступень сжатия 16, где его давление возрастает до 0,716 МПа.

Рисунок 2.1 – Схема получения азотной кислоты под давлением 0,7 МПа:

1 – фильтр воздуха; 2 – реактор каталитической очистки; 3 – топочное устройство; 4 – подогреватель метана; 5 – подогреватель аммиака; 6 – смеситель аммиака и воздуха; 7 – холодильник-конденсатор; 8 – сепаратор; 9 – абсорбционная колонна: 10 - продувочная колонна; 11 – подогреватель отходящих газов; 12 – подогреватель воздуха; 13– сосуд для окисления нитрозных газов; 14 – контактный аппарат; 15 – котел-утилизатор; 16, 18 – двухступенчатый турбокомпрессор: 17 – газовая турбина

Основной  поток воздуха после сжатия нагревают  в подогревателе воздуха 12 до 250–270 °С теплотой нитрозных газов и подают на смешение с аммиаком в смеситель 6.

Газообразный  аммиак, полученный путем испарения  жидкого аммиака, после очистки  от влаги, масла и катализаторной пыли через подогреватель 5 при температуре 150 °С также направляют в смеситель 6. Смеситель совмещен в одном аппарате с поролитовым фильтром. После очистки аммиачно-воздушную смесь с содержанием NH3 не более 10% подают в контактный аппарат 14 на конверсию аммиака.

Конверсия аммиака протекает на платинородиевых  сетках при тем¬пературе 870–900 °С, причем степень конверсии составляет 96%. Нитрозные газы при 890–910 °С поступают в котел-утилизатор 15, расположенный под контактным аппаратом. В котле за сжег охлаждения нитрозных газов до 170 °С происходит испарение химически очищенной деаэрированной воды, питающей котел-утилизатор; при этом получают пар с давлением 1,5 МПа и температурой 230 °С, который выдается потребителю.

После котла-утилизатора нитрозные газы поступают в окислитель нитрозных  газов 13. Он представляет собой полый  аппарат, в верхней части которого установлен фильтр из стекловолокна  для улавливания платинового  катализатора. Частично окисление нитрозных  газов происходит уже в котле-утилизаторе (до 40%).

В окислителе 13 степень окисления возрастает до 85%. За счет реакции окисления  нитрозные газы нагреваются до 300–335 °С. Эта теплота используется в подогревателе воздуха 12. Охлажденные в теплообменни¬ке 12 нитрозные газы поступают для дальнейшего охлаждения в теплообменник 11, где происходит снижение их температуры до 150 ºС и нагрев выхлопных (хвостовых) газов до 110–125 °С. Затем нитрозные газы направляют в холодильник-конденсатор 7, охлаждаемый оборотной водой. При этом конденсируются водяные пары и образуется сла¬бая азотная кислота. Нитрозные газы отделяют от сконденсировавшейся азотной кислоты в сепараторе 8, из которого азотную кислоту направляют в абсорбционную колонну 9 на 6–7-ю тарелку, а нитрозные газы – под нижнюю тарелку абсорбционной колонны. Сверху в колонну подают охлажденный паровой конденсат.

Образующаяся  в верхней части колонны азотная  кислота низкой концентрации перетекает на нижележащие тарелки. За счет поглощения оксидов азота концентрация кислоты  постепенно увеличивается и на выходе достигает 55–58%, причем содержание растворенных в ней оксидов азота достигает ~1%. Поэтому кислота направляется в продувочную колонну 10, где подогретым воздухом из нее отдувают оксиды азота, и отбеленная азотная кислота  поступает на склад. Воздух после  продувочной колонны подается в  нижнюю часть абсорбционной колонны 9.

Степень абсорбции оксидов азота достигает 99%. Выходящие из колонны хвостовые  газы с содержанием оксидов азота  до 0,11% при температуре 35 °С проходят подогреватель 11, где нагреваются до 110–145 °С и поступают в топочное устройство (камера сжигания) 3 установки каталитической очистки. Здесь газы нагреваются до температуры 390–450 °С за счет горения природного газа, подогретого предварительно в подогревателе 4, и направляются в реактор с двухслойным катализатором 2, где первым слоем служит оксид алюминия, с нанесенным на него палладием, вторым слоем – оксид алюминия. Очистку осуществляют при 760 °С.

Очищенные газы поступают в газовую турбину 17 при температуре 690–700 °С. Энергия, вырабатываемая турбиной за счет теплоты  хвостовых газов, используется для  привода турбокомпрессора 18. Затем  газы направляют в котел-утилизатор и экономайзер (на схеме не показаны) и выбрасывают в атмосферу. Содержание оксидов азота в очищенных  выхлопных газах составляет 0,005–0,008%, содержание СО2 – 0,23%.

    1. Заключение.

      К современным тенденциям развития технологии производства азотной кислоты относятся: обеспечение наибольшей надежности конструкций аппаратуры и машинных агрегатов; повышение степени кислой абсорбции, а также степени использования тепла химических реакций и к.п.д. энергии сжатых газов; увеличение скорости процесса на всех его этапах, снижение вредных выбросов в атмосферу.

Информация о работе Получение азотной кислоты