Производство разбавленной азотной кислоты по схеме АК-72: отделение окисления аммиака
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
p>Основными потребителями азотной кислоты являются производства минеральных удобрений (аммиачная селитра, азофоска).
Таблица 2.3
Физические свойства азотной кислоты с массовой долей 60% HNO3
Температура ОСПлотность кг/м3Вязкости коэф. Динамический 103Н. с/м2Электропроводимость удельная Ом-1. см-1 Теплоёмкость удельная массовая Дж/кг. ОКТеплопроводности коэффициент ___Вт__ м. ОКУпругость паров, мм. рт. ст. 201366,72,023,360,640,3635,8301353,31,633,550,6470,36612,0401339,81,344,040,6540,36921,2601312,41,000,6700,37561,0
Таблица 2.4
Физические постоянные газов.
ГазОтносительная молек. массаМольный объем, см3Температура, ККритические параметрыплавлениякипенияТкр, КРкр, МПаVкр, м3/кгАзот28,01342240363,1577,35126,353,3940,003216Аммиак17,030422080195,42239,81405,5511,320,00426Водяной пар18,014322400273,15373,15374,1222,1150,003147Воздух28,962239081,15132,453,769Кислород31,99882239354,4590,05154,755,0760,00244Оксид азота II30,006122388109,45121,35180,256,5450,001933Диоксид азота92,011022370263,85293,85431,1510,0310,000891
3. Технологическая часть
3.1 Теоретические основы процесса
Получение азотной кислоты методом прямого синтеза основано на взаимодействии жидких оксидов азота с водой и кислородом под давлением и при повышенной температуре. Технологическая схема производства кислоты включает в себя следующие стадии:
-Получение аммиачно-воздушной смеси.
-Окисление аммиака
-Охлаждение нитрозных газов и окисление NO до NO2
-Абсорбция оксидов азота
. Окисление аммиака до оксида азота (II)
При окислении аммиака кислородом воздуха на катализаторе возможно протекание следующих реакций:
NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О - ?Н ?Н=907,3 кДж (1)
NH3 + 4О2 = 2N2О + 6Н2О - ?Н ?Н = 1104,9 кДж (2)
NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О - ?Н ?Н = 1269,1 кДж (3)
а также реакция с участием образующегося оксида азота (II):
4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2О-?Н ?Н = 110 кДж (4)
Все реакции практически необратимы, поэтому направление процесса окисления определяется соотношением скоростей реакций 1-4. Из трех основных реакций окисления аммиака (1 - 3) реакция 3 термодинамически наиболее вероятна, так как протекает с максимальным выделением тепла. Поэтому, в отсутствии катализатора окисление аммиака идет преимущественно до элементарного азота. Для ускорения целевой реакции окисления до оксида азота (II) применяют селективно действующие катализаторы. В современных установках используют платиновые катализаторы в виде пакета сеток из сплава платины с 7,5% родия, или двухступенчатые катализаторы в виде слоя таблетированной смеси оксидов железа (III) и хрома (III). Введение родия повышает механическую прочность и уменьшает потери платины за iет ее уноса током газа. Механизм гетерогенного каталитического окисления аммиака состоит из следующих последовательных стадий:
- диффузия молекул аммиака и кислорода из газовой фазы к поверхности катализатора;
- активированная адсорбция молекул кислорода на поверхности катализатора с образованием промежуточного соединения;
- хемосорбция молекул аммиака и образование комплекса;
- разложение комплекса с регенерацией катализатора и образованием молекул оксида азота (II) и воды;
- диффузия продуктов реакции с поверхности катализатора в газовую фазу.
Определяющей стадией всего процесса окисления является скорость диффузии кислорода к поверхности катализатора. Следовательно, каталитическое окисление аммиака на платиновом катализаторе протекает преимущественно в диффузионной области, в отличие от окисления на окисном катализаторе, которое идет в кинетической области.
Платиновые катализаторы чувствительны к каталитическим ядам, содержащимся в аммиаке и воздухе, образующим аммиачно-воздушную смесь (АВС). Так как вследствие этого активность катализатора снижается, его периодически регенерируют промывкой соляной или азотной кислотой.
В процессе работы поверхность катализатора разрушается и частицы его уносятся с потоком газа. Эрозия катализатора тем больше, чем выше температура, давление и объемная скорость газа, проходящего через катализатор. В присутствии платиновых катализаторов селективность процесса окисления аммиака до оксида азота (II):
(5)
составляет 0,95-0,98 дол, ед. В этих условиях скорость окисления до оксида азота (II) описывается уравнением:
(6)
где: - парциальное давление аммиака, окисляемого до оксида азота (II),
- парциальное давление аммиака, окисляемого до оксида азота (I) и элементарного азота (реакции2иЗ),
к - константа скорости.
Энергия активации этой реакции составляет 33,494 кДж/ моль.
Из двух реакций (2 и 3), конкурирующих с целевой реакцией окисления аммиака (1), наиболее опасной является реакция 3, приводящая к образованию элементарного азота. Скорость обеих реакций (1 и 3) может быть описана общим для гетерогенных реакций уравнением:
(7)
и зависит от таких параметров процесса как температура (через Км), давление и состав АВС, то есть отношение кислород: аммиак, время контактирования, то есть время пребывания АВС в зоне катализатора. "ияние этих факторов на скорость окисления аммиака до оксида азота (II) по реакции 1 и до азота по реакции 3 и, следовательно, выход продуктов окисления, различно.
Температура. Повышение температуры способствует увеличению скорости реакций и коэффициента диффузии аммиака в смеси и, поэтому, является наиболее эффективным средством, увеличения скорости процесса, протекающего преимущественно в диффузионной области. Это подтверждается термодинамическими данными табл.3.1.