Синтез и анализ ХТС в производстве азотной кислоты

 

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 схема

 

 

Операторная 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 балансаРасход 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.