Модернизация узла окисления аммиака

ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 10
1.1 Обзор методов производства целевого продукта 10
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 14
2.1 Характеристика исходного сырья 14
2.2 Характеристика оксидов азота 16
2.3 Характеристика производимой продукции 17
2.4 Физико-химическая характеристика процесса 19
3 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 28
3.1 Технологическая схема работы узла окисления аммиака 28
3.2 Выбор и обоснование решения для оптимизации 36
4 НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА 41
5 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 43
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 44
7 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 46
Заключение 48
Список литературы 49

Весь текст будет доступен после покупки

Азотная кислота относится к числу важнейших продуктов химической промышленности. До 70 – 80 % ее количества расходуется на получение азотных минеральных удобрений или селитры. Одновременно азотная кислота применяется для получения взрывчатых веществ, почти всех видов нитратов и ряда других технических солей; в ракетной технике, как окислитель в различных процессах, а также в промышленности органического синтеза, служит сырьем для получения концентрированной азотной кислоты и во многих других отраслях народного хозяйства [2].
В промышленности производят неконцентрированную (до 60 – 62% HNO3) и концентрированную (98 – 99% HNO3) азотную кислоту. Так же вырабатывается промежуточная кислота с концентрацией 75 – 85%.В небольших объемах выпускается реактивная кислота и азотная кислота особой чистоты.
Неконцентрированная азотная кислота по качеству должна соответствовать нормам и требованиям ГОСТ 53789, указанным в таблице 1.
Таблица 1 – Требования к качеству азотной кислоты
Наименование показателей Норма для сорта
Высший сорт Первый сорт Второй сорт
Массовая доля азотной кислоты, %, не менее 57,0 56,0 46,0
Массовая доля оксидов азота, %, (в пересчете на N2O4), не более 0,07 0,1 0,2

Концентрированная азотная кислота должна соответствовать требованиям ГОСТ 701 – 78.
Основными производителями являются США, Франция, ФРГ, Италия, Испания и Россия, на долю которых приходится свыше 75 % всей выработанной азотной кислоты.
Все промышленные способы получения азотной кислоты основаны на контактном окислении аммиака кислородом воздуха с последующей переработкой оксида азота в кислоту путем поглощения их водой. Основными стадиями производства неконцентрированной азотной кислоты являются очистка сырья, каталитическое окисление аммиака, утилизация тепла, вывод из нитрозного газа реакционной воды, абсорбция оксидов азота, очистка газовых выбросов. К современным тенденциям развития технологии 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; снижение вредных выбросов в атмосферу [3].

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Обзор методов производства целевого продукта
В промышленности широко применяется метод получения слабой азотной кислоты контактным окислением аммиака. До начала XX в. природная селитра была единственным источником получения азотной кислоты. Метод получения азотной кислоты из селитры перестали применять, так как экономически не выгодный. Этот процесс основан на следующей реакции:
NaNO3 + H2SO4 = HNO3 + NaHSO4 (1)
Проведение реакции с меньшим количеством серной кислоты до образования сернокислого натрия вместо кислой сернокислой соли в данном случае нежелательно, так как вследствие высокой температуры плавления сернокислого натрия наблюдаются большие потери азотной кислоты.
Вначале XX в. была решена исключительно важная проблема связывания атмосферного азота, что дало человечеству новый неисчерпаемый источник сырья для производства азотсодержащих соединений. Известно, что над каждым квадратным километром земной поверхности в воздухе содержится около 8000 тыс. тонн азота. Задача превращения инертного азота в химически активные вещества (NO, NO2, HNO3) решена в результате последовательных усилий многих ученых.
Таким образом, за сравнительно короткий промежуток времени были разработаны два метода получения азотной кислоты: дуговой метод прямого окисления атмосферного азота в окись азота и далее в азотную кислоту и метод контактного окисления аммиака, по которому азот вначале связывается с водородом, а затем полученный аммиак окисляется до окиси азота с одновременным окислением водорода в воду.
В результате многочисленных и обширных исследований в дальнейшем удалось значительно усовершенствовать процесс производства азотной кислоты. К большим достижениям в этой области следует отнести применение повышенных давлений, создание малых по объему, но мощных агрегатов, применение искусственного охлаждения в абсорбционном отделении производства азотной кислоты, использование воздуха, обогащенного кислородом, позволившее повысить скорость всех процессов производства азотной кислоты. Разработан также метод получения азотной кислоты повышенной концентрации непосредственно из окислов азота [4].
В настоящее время азотная кислота производится методом контактного окисления аммиака. Технология производства состоит из двух основных стадий: окисления аммиака до окиси азота и переработки ее в азотную кислоту. Последняя стадия включает окисление окиси азота до высших окислов азота, и последующее поглощение их водой. Стадия окисления аммиака в окись азота в общем виде выражается уравнением:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6Н2O (2)
Стадия окисления окиси азота в высшие окислы азота и переработки их в азотную кислоту может быть представлена уравнениями:
2NO + O2 = 2NO2 (3)
3NO2 + H2O = 2HNO2 + NO (4)
Суммарную реакцию без учета побочных реакций, проходящих с образованием элементарного азота и других соединений, можно выразить уравнением:
NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O + 421,2 кдж (100,6 ккал) (5)
На основе этого метода разработаны следующие схемы производства азотной кислоты [2]:

Весь текст будет доступен после покупки

1. Котенко Н.П., Шерстюкова Н.Д., Клушин В.А., Липкин М.С. Ме-тодические указания к выполнению выпускной квалификационной работы. Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ) - 2021 г., 42 с.
2. Технология азотной кислоты. Издание 3-е, переработанное и дополненное. В.И Атрощенко, С.И Каргин. Издательство «Химия», М., 1970 г. 496 с.
3. Справочник азотчика. Производство разбавленной и концентрированной азотной кислоты: Производство азотных удобрений: Материалы, компрессоры и газгольдеры производств азотной кислоты и удобрений: Энергосбережение производств связанного азота и органических продуктов: Техника безопасности производств связанного азота и органических продуктов. 2-е изд. Перераб. – М.: Химия, 1987. 464 с.
4. Расчеты по технологии неорганических веществ. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. Под редакцие проф. М.Е Позина. Л., «Химия», 1977. 496 с.
5. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. В.С Бесков, В.С Сафронов. Учебник для вузов. – М.: Химия, 1999.472 с.
6. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – 1970.
7. М. Бонне, Н. Д. Заиченко, М. М. Караваев и др. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности: М.: Химия, 1985. – 400 с.
8. Ведерников М. И., Кобзев В. С., Рудой И. В., Технология соединений связанного азота. М.: Химия, 1967. 418 с.

Весь текст будет доступен после покупки