Производство азотной кислоты
Вариант 2
Работу выполнила: студентка
группы ХХБО-04-14
Преподаватель: Чабан Наталья Григорьевна
Москва, 2017
Оглавление
Введение. 4
Обоснование постановки задачи. 4
Сведения о применении целевого продукта и масштабах его производства. 4
Исходное сырье. 6
Характеристика сырья. 6
Этапы подготовки сырья в технологической схеме. 7
Характеристика целевого продукта. 9
4. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства. 10
Окисление аммиака до оксида азота (II). 10
Влияние температуры.. 12
Влияние состава АмВС. 13
Влияние давления. 13
Влияние времени контактирования. 14
Катализаторы.. 14
Окисление оксида азота (II) и димеризация оксида азота (IV). 16
Абсорбция оксида азота (IV). 18
Расчетные уравнения синтеза азотной кислоты.. 20
Охрана окружающей среды.. 20
5. Описание технологической схемы.. 24
Структурная и операторная схемы.. 26
6. Расчет материального баланса. 28
7. Расчет основных технологических показателей процесса. 35
8. Выводы.. 36
9. Список использованной литературы.. 37
Исходные данные
Содержание NH3 в аммиачно-воздушной смеси – 9,4 % по объему;
Степень превращения NH3 в NО – 93 %;
Степень переработки нитрозных газов в азотную кислоту – 95 %;
Концентрация НNО3 – 59 % по массе;
Содержание в выхлопных газах:
· кислороду – 3,0%
· воды – 2,6 % по объему;
Базис расчета – 1500 кг НNО3 в продукте.
Введение
Обоснование постановки задачи
Курсовая работа по дисциплинам «Основы химической технологии» и «Основы системных закономерностей технологических процессов» является одним из этапов инженерной подготовки. Её задачу составляют: качественный и количественный анализ ХТС, что позволяет дать оценку любому инженерному проекту в целом и дать основу для расчета курсовых проектов по специальным дисциплинам на современном уровне – инженера химика-технолога.
Сведения о применении целевого продукта и масштабах его производства
Азотная кислота – одна из важнейших минеральных кислот. По объему производства в химической промышленности она занимает второе место после серной кислоты. Азотная кислота широко применяется для производства многих продуктов, используемых в промышленности и сельском хозяйстве:
· около 40% ее расходуется на получение сложных и азотных минеральных удобрений;
· азотная кислота используется для производства
· синтетических красителей,
· взрывчатых веществ,
· нитролаков,
· пластических масс,
· лекарственных синтетических веществ и др.;
· железо хорошо растворяется в разбавленной азотной кислоте.
Концентрационная азотная кислота образует на поверхности железа тонкий, но плотный слой нерастворимого в концентрированной кислоте оксида, защищающего металл от дальнейшего разъедания. Эта способность железа пассивироваться используется для защиты его от коррозии.
Концентрированную азотную кислоту (особенно с добавлением 10% H2SO4) перевозят обычно в стальных цистернах. Многие органические вещества (в частности животные и растительные ткани) при действии HNO3 разрушаются, а некоторые из них от соприкосновения с очень концентрированной кислотой могут воспламеняться. В лабораторной практике обычно применяется азотная кислота, содержащая около 65% HNO3 (пл.1,40). В промышленности применяют два сорта азотной кислоты: разбавленную с содержанием 50–60% HNO3 и концентрированную, содержащую 96–98% HNO3.
Раньше, когда не существовало производства синтетического аммиака, азотную кислоту получали действием серной кислоты на чилийскую селитру. Объемы производств были очень небольшими, и кислота использовалась только для производства взрывчатых веществ, красителей и некоторых других химических продуктов. Сейчас азотную кислоту получают из синтетического аммиака и перерабатывают главным образом в азотные удобрения.
Исходное сырье
Характеристика сырья
Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода.
Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака. Дальнейшая очистка осуществляется в фильтрах, состоящих из чечевицеобразных элементов, фильтрующим материалом в которых служит хлопчатобумажная замша. Тонкой очистке аммиачно–воздушная смесь подвергается в фильтре с поролитовыми трубками.
Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной кислоты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется, как правило, в скруббере, орошаемом водой, затем в двухступенчатом фильтре.
Вода, применяемая для технологических нужд, подвергается специальной подготовке: отстою от механических примесей, фильтрованию и химической очистке от растворенных в ней солей. Для получения реактивной азотной кислоты требуется чистый паровой конденсат, который дополнительно очищают от возможных примесей.
Этапы подготовки сырья в технологической схеме
Природный газ сжимают в компрессоре до давления 4,6 МПа, смешивают с азотоводородной смесью (АВС: газ = 1:10) и подают в огневой подогреватель, где реакционная смесь нагревается с 130-140 0С до 370-400 0С. Далее нагретый газ подвергают очистке от сернистых соединений: на алюмокобальтовом катализаторе проводится гидрирование сероорганических соединений до сероводорода, а затем в адсорбере сероводород поглощается сорбентом на основе оксида Zn. Обычно устанавливается два адсорбера, соединенные последовательно или параллельно. Один из них может отключаться на загрузку свежего сорбента. Содержание H2S очищенном газе не должно превышать 0,5 мл/м3 газа.
Очищенный газ смешивается с водяным паром в отношении 1:3,7 и полученная парогазовая смесь поступает конвекционную зону трубчатой печи. В радиационной камере печи размещены трубы, заполненные катализатором конверсии метана, и горелки, в которых сжигается природный или горючий газ. Парогазовая смесь подогревается в нагревателе до 525 0С и затем под давлением 3,7 МПа, распределяется сверху вниз по большому числу параллельно включенных труб, заполненных катализатором. Выходящая из трубчатого парогазовая смесь содержит 9-10 % CH4. При t=850 0C парогазовая смесь поступает в конвектор метана второй ступени – реактор шахтного типа. В верхнюю его часть компрессором подается технологический воздух, нагретый в зоне печи до 480-500 0С. Парогазовая и паровоздушная смеси поступают раздельными потоками в соотношении, требуемом для обеспечения практически полной конверсии метана и получения технологического газа с соотношением (CO+H2): N2=3,05 - 3,10.
Содержание водяного пара соответствует соотношению пар:газ=0,7:1. При температуре ≈ 1000 0С газ направляется в котел-утилизатор, вырабатывающий пар под давлением Р=10,5 МПа. Здесь реакционная смесь охлаждается до 380-420 0С и идет в конвектор СО первой ступени, где на железохромовом катализаторе протекает конверсия основного количества оксида углерода водяным паром. Выходящая из реактора газовая смесь (t=450 0С) содержит около 3,6 % СО. В паровом котле парогазовая смесь охлаждается до температуры 225 0С и подается в конвектор СО второй ступени, заполненный низкотемпературным катализатором, где содержание СО снижается до 0,5 %. Конвертируемый газ на выходе из конвектора имеет следующий состав (%)
H2-61,7;
CO-0,5;
CO2-17,4;
(N2+Ar)-20,1;
CH4-0,3.
После охлаждения и утилизации теплоты конвертируемый газ при температуре окружающей среды и давлении 2,6 МПа поступает на очистку.
Для очистки конвертированного газа от оксидов углерода применяют абсорционные, адсорбционные и каталитические методы очистки.
Отходящие газы (дымовые газы) крупных агрегатов производства аммиака образуются в результате сжигания природного газа в огневом подогревателе сероочистки и в трубчатой печи паровой конверсии. В этих газах содержатся оксиды азота. Отходящие газы очищают по методу каталитического восстановления при умеренных температурах. В качестве восстановителя выступает аммиак, с помощью которого происходит восстановление оксидов азота до элементарного азота.