Азот қышқылының сорты
Мазмұны
I. Кіріспе 3
II. Техникалық бөлім 5
2.1.Азот қышқылының қасиеттері мен сорттары 5
2.2. Әлсіз азот қышқылын алу 6
2.3. Концентрлі азот қышқылын алу 12
2.4.Өндіріс әдісін таңдау 14
2.5.Шикізат пен дайын өнімнің негізгі физика-химиялық қасиеттері. Оларға арналған мемлекеттік стандарттар 18
2.6. Қабылданған әдістеменің теориялық негіздер 22
2.7.Түйіннің технологиялық сұлбасын сипаттау 25
2.8. Жабдықты таңдау 29
2.9. Технологиялық процесті автоматтандыру және өндірісті аналитикалық бақылау 32
2.10. Өндіріс қалдықтары, оларды пайдалану 34
III. Құрылымдық бөлім 36
3.1. Алдын ала есептеу 36
3.2. Сағатына 1 бірлікке материалдық балансты есептеу 37
3.3 Жылулық есептеу 39
3.4 Құрылымдық есеп 41
3.5. Тұтыну коэффициенттерін есептеу 43
IV. Экономикалық бөлігі 44
4.1. Азот қышқылы өндірісінің даму болашағы 44
V. Экология және еңбекті қорғау 45
5.1. Еңбекті қорғау және өндірістік экология 45
VI. Қорытынды 47
Пайдаланылған әдебиеттер 48
Кіріспе
20 ғасырдың басына дейін HNO3 табиғи натрий (чили) нитратынан алынды:
NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3 (1)
95-97% H2SO4 және 96% NaNO3 қолдану 96-98% HNO3 берді. Кейінірек процесс вакуумда жүргізіле бастады, бұл процестің температурасын және оның ұзақтығын азайтты.
20 ғасырдың басында атмосфералық азотты электр доғалық жалынға бекіту әдісі ұсынылды (1906). Бұл әдіспен азот қышқылын алу үшін жасанды шикізат пен процесті кешенді жобалау қажет емес, бірақ электр энергиясының көп жұмсалуына байланысты бұл әдіс тиімді емес.
1913 жылы аммиактың өнеркәсіптік синтезі қарапайым заттар, ол тез тарады. Көп ұзамай аммиактан азот қышқылын алу әдісі жасалды.
Атмосферада жұмыс істейтін сызба бойынша 1-ші азот қышқылы зауыты қуаттылығы жылына 8000 тонна қысым 1916 жылы салынған. Юзовка қаласында (КСРО). Бұл әдіс кокс газынан алынған аммиакты тотықтыру әдісіне негізделген. Бұл әдісті орыс ғалымы Андреев ұсынған. Ол сонымен қатар катализатор - платина торларын ұсынды, торлардағы аммиак тотығу процестерін, азот оксидтерінің сумен сіңірілуін және аммоний селитрасының алынуын зерттеді.
Біздің заманымызда оксидтерді алудың әртүрлі әдістері жасалды. Плазмалық технология бойынша азот, бірақ олар өте электрлік қарқынды. Энергия тұтынуды азайту бойынша жұмыстар жүргізілуде.
Қазіргі кезде азот қышқылын (сұйылтылған) алудың негізгі әдісі Андреев ұсынған әдіс болып табылады.
Азот қышқылы келесі жағдайларда қолданылады:
* ауыл шаруашылығы (аммиак селитрасы, күрделі минералды тыңайтқыштар);
* жарылғыш заттарды өндіру;
* бояғыштар мен басқа да химиялық заттарды өндіру;
* зымыран отынын өндіру (азот оксидтері және азот қышқылы);
* жасанды жібек өндірісі;
* дәрілік заттарды өндіру;
* күкірт қышқылын өндіру.
Өндіріс көлемі бойынша азот қышқылы 2-орынды алады. Өнеркәсіпте алады:
1) концентрацияланбаған АА (45-60%);
2) концентрлі АА (90%).
Азот оксидтерін сумен сіңіру арқылы алынған концентрлі емес азот қышқылы аммоний селитрасының балқымасын, күрделі тыңайтқыштарды алуға, концентрлі азот қышқылын алу үшін металдарды тұздаудың тотығу процестеріне қолданылады.
II. Техникалық бөлім
2.1.Азот қышқылының қасиеті мен сорттары
Азот қышқылы - маңызды минералды қышқылдардың бірі.
Сусыз азот қышқылы HNO3 - тығыздығы 1,52 гсм3 (15ºC температурада) ауада түтін шығатын ауыр, түссіз сұйықтық. -47ºС-та қатып, 86ºС-та қайнайды. Қышқылдың қайнауы оның азот диоксидінің бөлінуімен ішінара ыдырауымен бірге жүреді. Бөлінген азот диоксиді қышқылда ериді, оны сары немесе қызыл түске бояйды (NO2 мөлшеріне байланысты). Сұйылтылған азот қышқылын буландырған кезде оның ерітіндідегі мөлшері 68,4%-ға дейін көтеріледі.
Азот қышқылы күшті тотықтырғыш болып табылады. Концентрлі азот қышқылы металдардың көпшілігін сәйкес оксидтер мен нитраттарға айналдырады. Кейбір металдардың, мысалы, Al, Fe, Cr бетінде азот қышқылымен әрекеттескенде оның әсеріне төзімді оксидтер қабаты түзіледі. Көптеген органикалық заттар HNO3 әсерінен жойылады, ал кейбіреулері концентрлі қышқылмен жанасқанда тұтануы мүмкін.
Концентрлі азот қышқылы циклдік органикалық қосылыстармен әрекеттесе отырып, олардағы сутегі атомдарын нитротоптармен алмастырады. Құрамында органикалық гидроксил топтары бар HNO3 күрделі эфирлер түзеді.
Азот қышқылы химия өнеркәсібінде де, халық шаруашылығының басқа салаларында да кеңінен қолданылады. Өндіріс көлемі бойынша күкірт қышқылынан кейінгі екінші орында. Азот қышқылының көп бөлігі тыңайтқыштар, жарылғыш заттар, зымыран отыны өндірісінде қолданылады. Сонымен қатар күкірт қышқылын өндіруде (азотты әдіс), синтетикалық бояғыштарды, пластмассаларды, синтетикалық талшықтарды және т.б.
КСРО-да минералды тыңайтқыштар мен синтетикалық материалдар өндірісінің қарқынды дамуына байланысты азот қышқылын өндіру бойынша қуаттар айтарлықтай ұлғайып жатыр.
Өнеркәсіп сұйылтылған (әлсіз) және екі концентрлі азот қышқылының үш сортын шығарады (1-кесте).
Азот қышқылы
НNO3 масс.% құрамы
Азот қышқылы
НNO3 масс.% құрамы
Әлсіз Сорт:
1-й
2-й
3-й
55
47
45
Конц-ген Сорт
Жоғары
1-й
2-й
98,5
98
97
Кесте 1. Азот қышқылының сорты
2.2. Әлсіз азот қышқылын алу
Осы ғасырдың шамамен 20-шы жылдарына дейін Чили селитрасынан күкірт қышқылымен әрекеттесу арқылы азот қышқылы алынды:
NANO3+H2SO4=HNO3+NaHSO4 (2)
Селитраның күкірт қышқылымен ыдырауы түтін газдарымен қыздырылған шойын реторттарында жүргізілді. Бұл жағдайда бөлінген азот қышқылының булары тоңазытқышта конденсацияланды. 95-97% күкірт қышқылын және 96% селитраны қолданғанда 96-98% азот қышқылын алуға мүмкіндік туды.
Элементтерден аммиакты синтездеудегі жетістіктер аммиакты азот қышқылының негізгі көзіне айналдырды.
Аммиактан азот қышқылын шығаратын алғашқы зауыт 1909 жылы Германияда іске қосылды.Бірақ технологияның жетілмегендігінен бұл зауыт одан кейін салынған басқалар сияқты тиімсіз болып шықты.
1914-1916 жж. біздің елде инженер И.И.Андреев және оның әріптестері бұл процесті жан-жақты зерттеді. Зерттеу нәтижелерінің жемісті болғаны сонша, олардың негізінде 1916 жылы Юзовкада (қазіргі Донецк) Ресейде азот қышқылын шығаратын бірінші зауыт салынды.
Аммиактың азот қышқылына айналуы оның реакцияға сәйкес ауадағы оттегімен тотығуынан басталады.
4NH3+5O2=4NO++H2O+910 кДж (3)
Бұл процесте түзілетін азот оксиді түссіз газ болып табылады, ол азот диоксидіне оңай тотығады:
2NO+O2=2NO2+124 кДж (4)
Азот диоксиді NO2 - қоңыр, ауыр, тұншықтырғыш газ, суда ерігенде азот қышқылын береді:
3NO2+H2O=2HNO3+NO+137 кДж (5)
Көріп отырғаныңыздай, азот қышқылын алу процесі бірінен соң бірі тізбектелген кезеңдерден өтеді. Реакция (3) бірінші кезеңді, аммиактың тотығуын сипаттайды. Құрамында азот оксиді бар газдар азотты газдар деп аталады. Екінші кезең (4) және (5) реакцияларымен сипатталады - азотты газдарды азот қышқылына өңдеу.
Аммиактың тотығуы
Процесс тек жоғары температурада жеткілікті жылдамдықпен жүреді. Сонымен бірге (3) реакциямен қатар басқалары да бар:
4NH3+4O2=2N2O+6H2O+1108 кДж (6)
NH3+3O2=2N2+6H2O+1279 кДж (7)
(6) және (7) реакцияларының нәтижесінде аммиактан қажетті азот оксидінің орнына азот оксиді мен азот түзіледі. Сондықтан негізгі (мақсатты) реакция (3) (6) мен (7) қарағанда әлдеқайда жоғары жылдамдықпен жүретіндей процесс жағдайларын жасау қажет. Ол үшін процесс шамамен 800ºС температурада жүргізіледі. Жоғары температура аммиактың азотқа және (3) оттегі азотына реакциясы нәтижесінде түзілетін азот оксидінің ыдырауын тудырады. Дегенмен, бұл шарттарда да катализатордың болуы қажет. Онсыз процесс дұрыс бағытта жүрмейді.
Аммиактың тотығуы үшін қымбат катализатор қолданылады - родий және палладий бар қорытпадағы платина. Осы уақытқа дейін бұл катализаторды арзандары асып түспеді, олар белсенділігі төмен және тұрақты болып шықты. Платина катализаторлары диаметрі 0,06-0,09 мм өте жұқа сымнан жасалған торлар түрінде жасалады. Тордың 1 см2-де 1024 тесік бар, олар арқылы аммиак-ауа қоспасы өтеді.
Процестің (3) реакцияға қарай бағыты аммиак-ауа қоспасының катализатормен жанасу уақытына да байланысты (байланыс уақыты деп аталады). Ең тиімдісі 0,0001-0,0002 с байланыс уақыты болды. Газдың катализатормен жанасу уақыты қысқарғанда, т.б. газ мелассасының жоғары жылдамдығында аммиак тотығуға үлгермейді және азот оксидінің шығуы азаяды. Ұзақ жанасу уақытымен жанама реакциялар пайда болады, бұл өз кезегінде NO шығымының төмендеуіне әкеледі.
Аммиакты тотығу процесінде қысымды қолдану реакция жылдамдығының жоғарылауына ықпал етеді, бірақ сонымен бірге платинаның жоғалуының жоғарылауына әкеледі.
(3) реакцияға сәйкес 4 аммиак молекуласы үшін 5 оттегі молекуласы жұмсалуы керек, яғни 1 моль NH3-1,25 моль О2.
Тотығу жылдамдығын арттыру үшін аммиактың 1 мольіне 1,7-2 моль оттегі алынады, бұл аммиак-ауа қоспасындағы аммиак концентрациясының шамамен 10-12% сәйкес келеді. Бұл жағдайда (3) реакцияға түспеген оттегі (4) реакциясы бойынша азот оксидін диоксидке дейін тотығу үшін азотты газдарды өңдеуде қолданылады.
1-сурет. Аммиак-ауа қоспаларының жарылу шектері (температура 18ºС)
2-сурет. Аммиакты тотықтыруға арналған байланыс аппараттары:
1-қорап, 2-катализатор, 3-поролитті түтіктер
Аммиак-ауа қоспаларын құрастыру кезінде бұл қоспалардың белгілі бір аммиак құрамында жарылыс қаупі бар екенін ескеру керек. 1-суреттен көрініп тұрғандай, 18ºС аммиактың жарылғыш концентрациясының ауданы шамамен 16-28% құрайды. Өндірілген жағдайда олар аммиак мөлшері жарылғыш концентрациядан жоғары аммиак-ауа қоспаларымен жұмыс істейді.
Аммиак-ауа қоспасында белгілі бір қоспалардың болуы катализатордың улануына әкеледі. Мұндай қоспаларға фосфид сутегі, күкірт қосылыстары, шаң, тот, майлау майының булары жатады. Катализатормен жанасуды болдырмау үшін цехқа ауа зауыттың сыртында орнатылған қабылдау құбыры арқылы жеткізіледі және мұқият тазартылады. Газды ілулі қоспалардан шығаруға арналған жанасу аппаратының ішіндегі катализатордың алдына кеуекті - кеуекті (керамикалық) түтіктер орнатылады, оның кеуектері арқылы газ сүзіледі.
Аммиакты тотықтыруға арналған контактілі аппарат (2-сурет) цилиндрлік денеден 1 тұрады, оның ішінде катализатор бекітілген - платина-родий торлары 2 және кеуекті түтіктер пакеті 3. Аммиак-ауа қоспасы аппаратқа беріледі. төменнен, түтіктердің 3 тесіктері арқылы сүзіледі және барлық торлардан дәйекті түрде өтеді. Құрамында NO бар азотты газдар аппараттың жоғарғы жағынан шығарылады. Атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін қондырғыларда пакет әдетте 3-4 торды, жоғары қысымда - 12-20 торды қамтиды.
Азотты газдарды азот қышқылына өңдеу
(4) және (5) реакциялар бір реакциялық аппаратта жүреді. Реакция (5) нәтижесінде түзілген азот оксиді қайтадан сумен жұтылатын NO2-ге дейін тотығады (5 реакция) т.б. Реакция (4) азотты газдарды өңдеу кезінде болатын барлық реакциялардың ішіндегі ең баяуы; сондықтан процестің жалпы жылдамдығы оған байланысты. Осының негізінде NO-ның NO2-ге дейін тотығуы интенсивті түрде жүретін жағдайларды анықтау керек, сөйтіп азотты азотты газдарды өңдеудің жоғары жылдамдығын қамтамасыз ету қажет.
NO-ның NO2-ге дейін тотығуы көлемнің азаюымен жүреді. Ле Шаталье принципі бойынша реакцияның тепе-теңдігін солдан оңға ауыстыру үшін қысымды арттыру қажет. Қысымның жоғарылауы бұл реакцияның тепе-теңдігінің ығысуына ғана емес, сонымен бірге оның үдеуіне де әкеледі. Сондықтан шамамен 10 кгссм2 қысыммен жұмыс істейтін қондырғыларда азот оксиді толығымен дерлік NO2-ге дейін тотығады.
Реакция (4) жылудың бөлінуімен жүреді, сондықтан тепе-теңдікті ауыстыру үшін процесті төмен температурада жүргізу керек. Температураның жоғарылауы көптеген реакциялардың жылдамдығын арттыратыны белгілі. Алайда, NO-ның NO2-ге дейін тотығуы сирек ерекшелік болып табылады, оның жылдамдығы температураның төмендеуімен артады. Сондықтан (4) реакцияның тепе-теңдігін жылжыту және оны жеделдету үшін процесті төмен температурада жүргізген орынды.
Азот диоксидінің сумен сіңірілуі (сіңуі) - соңғы сатысы азот қышқылымен өндіріледі. Сіңіру жүріп жатқанда, азот қышқылының концентрациясы артады. Бұл процесс NO тотығуы сияқты температураның төмендеуін және қысымның жоғарылауын қажет етеді.
Азотты газдарды өңдеу кезінде процесс атмосфералық қысымда жүргізілсе, 48-50% концентрацияда азот қышқылы алынады. Қысымды 10 кгссм2-ге дейін арттыру концентрациясы 60-62% және одан жоғары азот қышқылын алуға мүмкіндік береді.
Сұйылтылған азот қышқылын алу схемалары
Қолданылатын қысымға байланысты сұйылтылған азот қышқылын өндіретін қондырғылар: 1) атмосфералық қысымда жұмыс істейтін; 2) жоғары қысыммен жұмыс істеу; 3) NO-ның тотығуы және NO2-нің сумен сіңірілуі жоғарылаған құрамдастырылған.
Атмосфералық қысыммен әлсіз азот қышқылын алу схемасы 3-суретте көрсетілген. Тазартылған ауа мен аммиак араластырғышқа 1 қатынаста келіп түседі, онда құрамында 10-12% NH3 ауа-аммиак қоспасы алынады. Араластырғыштан 1 қоспа платина-родий торлары орналастырылған контактілі аппаратқа 2 жіберіледі.
3-сурет. Атмосфералық қысымда әлсіз азот қышқылын алу схемасы:
1-араластырғыш, 2-контактілі аппарат, 3-жылуды қалпына келтіретін қазан, 4-тоңазытқыш, 5-азот қышқылы мұнарасы, 6-тотықтырғыш мұнара, 7-сілтілі сіңіру мұнарасы, 8-тоңазытқыш, 9-сорғы;
Байланыс аппаратының шығысындағы азотты газдардың температурасы шамамен 800ºС деңгейінде сақталады. Аммиактың азот оксидіне дейін тотығу дәрежесі шамамен 97-98% құрайды. Қалдық жылу қазандығында 3 газ температурасы 250ºС дейін төмендейді. Содан кейін газдар су буының жартылай конденсациялануы және азот оксидінің диоксидке дейін тотығуы бар құбырлы салқындатқышта 4 сумен 30ºС дейін салқындатылады. Сондықтан әлсіз азот қышқылы тоңазытқыштарда жартылай түзіледі, ол мұнараларды суаруға жіберіледі 5.
Сіңіру бөлімі суды (қышқыл деп те атайды) сіңіру тіректерін 5, тотықтырғыш мұнараны 6 және сілтілі сіңіру мұнарасын 7 қамтиды. Тоңазытқыштан шығатын газдар мұнаралар арқылы дәйекті түрде қозғалады. Әдетте, суды сіңіру үшін тізбектей жалғанған алты-сегіз мұнара орнатылады, ал сілтілі сіңіру үшін екеуі.
NO2 жұтуға қажетті су газ ағынындағы соңғы мұнараға беріледі 5. Алынған қышқыл сорғылардың көмегімен барлық мұнаралар арқылы рет-ретімен айдалады 9. Өнім - 50% азот қышқылы газ ағынында бірінші мұнарадан шығарылады. Су сіңіру мұнаралары 5 азот оксидтерінің шамамен 92% азот қышқылына айналдырады. Су сіңіру мұнараларының артында мұнара 6 орнатылады, ол арқылы өткеннен кейін азотты газдар 7-мұнарадағы сода ерітіндісімен (сілтілі абсорбция) абсорбцияға түседі. Келесі реакция жүреді:
2NO2+Na2CO3--NaNO3+NaO2+CO2 (8)
Алынған ерітінді құрамында натрий нитраты (натрий нитраты) және натрий нитриті (натрий нитриті) 50% азот қышқылымен өңделеді, нәтижесінде реакция нәтижесінде азот оксидтері бөлініп, нитрат түзіледі.
3NaNO3+2HNO3--3NaNO3+2NO+H2O (9)
Бөлінген азот оксиді сумен тотығу және сіңіру процесіне қайтарылады. Құрамында натрий нитраты бар ерітінді буланып, одан NaNO3 (натрий нитраты) кристалданады, ол тыңайтқыш ретінде қолданылады.
Жоғары қысымда (80-10 кгссм2 дейін) сұйылтылған азот қышқылын алу схемасы оның атмосфералық қысымдағы өндірісінен принципті түрде айырмашылығы жоқ. Бірақ жоғары қысымда жұмыс істейтін зауыттардың бірқатар артықшылықтары бар: азот оксидтерін азот қышқылына өңдеу дәрежесі 98-98% дейін, ал алынған азот қышқылының концентрациясы - 60-62% дейін; сілтілі сіңу қажет емес; қондырғының құрылысына күрделі шығындар және аппараттарды жасау үшін арнайы болат шығыны азаяды, өйткені сіңіру колонналарының көлемі атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін жүйелерге қарағанда он есе аз. Бұл ретте қысымды пайдалану катализатордың жоғалуы мен энергияны тұтынудың жоғарылауымен байланысты, бұл осы қондырғылардың кемшілігі болып табылады.
Комбинирленген зауыттарда азот қышқылын өндіру алдыңғы екі схеманың да артықшылықтарын пайдалануға мүмкіндік береді. Атмосфералық қысымда аммиактың тотығуын жүргізу жоғары қысымды қондырғыларда сөзсіз болатындармен салыстырғанда платинаның жоғалуын азайтуға мүмкіндік береді. Бұл ретте азотты газдарды қысыммен өңдеу 60-62% қышқыл алуға мүмкіндік береді, сілтілі өңдеу қажеттілігін жояды, күрделі шығындарды азайтуға көмектеседі, аппараттың көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Осы типтегі қондырғыларда азот оксидтерін сіңіру 3-9 кгссм2 қысымда жүзеге асырылады. Аралас қондырғылардың кемшіліктері агрессивті азотты газдарды сіңіру алдында сығуға ұшырау фактісін қамтиды.
Қазіргі уақытта 700-1200 тоннатәулігіне 100% азот қышқылын өндіретін жоғары қуатты қондырғылар өндірістік тәжірибеге көбірек енгізілуде. Кейбір өсімдіктерде аммиак 3,5-4 кгссм2 қысымда тотығады, ал азот оксидтері 10 кгссм2 және одан жоғары қысымда жұтылады. Аммиактың тотығуы кезінде бөлінетін жылу және NO-ның NO2-ге тотығу жылуы ауа мен азотты газдарды жоғарыда көрсетілген қысымға дейін сығуға қажетті электр энергиясын өндіруге жұмсалады.
Заманауи жоғары электр станциялары, сондай-ақ біріктірілген электр станциялары күрделі шығындардың төмендігіне кепілдік береді, бірақ сонымен бірге басқа жүйелермен салыстырғанда энергияны тұтынудың айтарлықтай төмендеуіне кепілдік береді. Әртүрлі қондырғылардың өнімділік көрсеткіштерін салыстыру 2-кестеде келтірілген.
Көрсеткіштер
Қондырғылар үшін 1т HNO3 тұтыну коэффициенттері
Атмосфералық қысым
Жоғары қысым, Р=7-9 кгссм2
Біріктірілген, сіңіру бөлігінде Р=3,5 кгссм2
Жоғары қуатты Р=10кгссм2 сіңіру бөлігінде Р=3,5-4 кгссм2 аммиак тотығуы
Аммиак, т
Платина катализаторы, г
Электр энергиясы, кВт*сағ
0,287-0,290
0,045-0,049
115
0,290-0,295
0,155-0,170
360-380
0,287-0,290
0,045-0,049
230-260
0,280-0,282
0,09-0,100
8
Кесте 2. Азот қышқылын алу әдістерін салыстыру
2-кесте деректері төмен күрделі шығындармен жұмыс істейтін қысымды жүйелер атмосфералық қысымды қондырғылармен (электр энергиясы, платина) салыстырғанда жоғары операциялық шығындарды талап ететінін растаңыз.
Абсорбциялық колонналардан шығатын газдардағы азот оксидтерінің мөлшері 0,05-0,1% құрайды. Азот оксидтері ауа бассейнін уландыратындықтан, газдарды арнайы санитарлық тазарту қажет. Ол газдарды 380-480ºС дейін қыздырып, табиғи газбен араластырып, катализатор (палладий глиноземі және белсенді глинозем) азот оксидтерін элементар азотқа дейін төмендететін реакторға жіберілуінен тұрады. Нәтижесінде азот оксидтерінің мөлшері 0,004-0,006%-ға дейін азайып, 100 метрлік құбыр арқылы газдар атмосфераға шығарылады.
2.3. Концентрлі азот қышқылын алу
Кейбір салалар сұйылтылған емес, HNO3 мөлшері 96%-дан жоғары концентрлі азот қышқылын қажет етеді. Бұл концентрациядағы азот қышқылын сұйылтылған азот қышқылын концентрлеу арқылы немесе тікелей синтездеу арқылы алуға болады.
Сұйылтылған азот қышқылының концентрациясы.
Концентрлі азот қышқылын алу үшін сұйылтылған HNO3 суды тартып алатын күкірт қышқылының қатысуымен буланады.
4 сурет. Концентрлі азот қышқылын өндіруге арналған қондырғы:
1-тоңазытқыш, 2-конденсатор, 3-колонна, 4-буландырғыш
4-суретте сұйылтылған азот қышқылының концентрациясының қондырғысының принциптік схемасы көрсетілген. Концентрлі күкірт қышқылы 3-бағанға жоғарғы науалардың біріне түседі. Колоннаға сәл төменірек, шамамен 50% HNO3 бар сұйылтылған азот қышқылы беріледі. Оның бір бөлігі 4-буландырғыштан өту арқылы буланады. Азот қышқылының ыдырауы нәтижесінде түзілген су буы мен азот оксидтері аз азот қышқылының булары 3-колоннан 2-конденсаторға жіберіледі, онда азот қышқылы конденсацияланады және азот оксидтері ұсталады. Азот оксидтерінің бір бөлігі азот қышқылында ериді, сондықтан ол 2-конденсатордан колоннаның жоғарғы науасына оралады, онда ол колоннан шыққан азот қышқылы буымен тазартылады, содан кейін өнім ретінде 1-тоңазытқышқа шығарылады. Қалдық сұйылтылған күкірт қышқылы (70) %) колоннаның түбінен ағып, булану үшін суытпай кетеді.
Азот қышқылының тікелей синтезі.
Бұл әдіс аммиак тотығуының азотты газдарынан концентрлі азот қышқылын тікелей алуды қамтиды. Бұл әлсіз азот қышқылын алу, оның концентрациясы, күкірт қышқылын булану процестерін жоққа шығарады. Процесс азот газдарының құрамындағы азот оксидінің тотығуынан тұрады, нәтижесінде NO2 пайда болады, ол шамамен -8ºС дейін салқындаған кезде N2O4 түзілуімен сұйық күйге айналады. N2O4 сұйықтығынан азот қышқылының тікелей синтезі сумен және оттегімен әрекеттескенде жүреді:
2N2O4жидк+2Н2О+О2=4 HNO3 (10)
Бұл реакция 50 кгссм[2] қысымда және шамамен 75°С температурада жүргізіледі.
2.4 Өндіріс әдісін таңдау
Азот қышқылын өнеркәсіпте каталитикалық жолмен аммиактың атмосфералық оттегімен тотығуы, содан кейін азот оксидтерін сіңіру (концентрлі емес) және суды кетіретін агенттер (күкірт қышқылы немесе магний нитраты балқымасы) қатысуымен 56-60% азот қышқылын айдау және тікелей синтездеу (концентрлі) арқылы алады.
Өндірістік процестің шарттарына байланысты схемалардың түрлері бар: 1) 0,716 МПа қысымда жұмыс істейтін схема.
0,716 МПа қысыммен жұмыс істейтін сұлба бойынша азот қышқылының өндірістік қуаты бірлік санымен анықталады. Бір қондырғының өнімділігі 120 мың тоннажыл (100% азот қышқылы). Азот оксидтерінің тотықсыздануы екі сатылы АПК-2 және Al2O3 катализаторында жүреді. Каталитикалық тазартудан кейін пайдаланылған газдардағы азот оксидтерінің мөлшері 0,005% (көлем) аспайды. 0,716 МПа қысыммен жұмыс істейтін қондырғылар процессті процессордан басқаруға мүмкіндік беретін автоматтандыру құрылғыларымен жабдықталған. Бұл қондырғылар технологиялық энергияны пайдаланудың жоғары дәрежесімен, іске қосу, тоқтау және жүктемені өзгерту кезінде жоғары қозғалғыштығымен, қондырғының жоғары қуатымен және пайдаланылған газдарды азот оксидтерінен тиімді тазартумен сипатталады.
НТР процесі:
- аммиак мөлшері АВС, % (көлем) - 9,7 - 10,7
- температура, ˚С:
ABC - 180-230
Байланыс - 890-910
- өндіру қышқылының концентрациясы, % (мас.) - 58-60
5- сурет. 7 МПа қысымда азот қышқылын алу схемасы:
1 - ауа сүзгісі; 2 - каталитикалық тазарту реакторы; 3 - пеш құрылғысы; 4 - метан жылытқышы; 5 - аммиак қыздырғышы; 6 - аммиак пен ауа араластырғыш; 7 - тоңазытқыш-конденсатор; 8 - бөлгіш; 9 - сіңіру бағанасы: 10 - тазарту колонкасы; 11 - газсыз қыздырғыш; 12 - ауа жылытқышы; 13 - азотты газдарды тотықтыруға арналған ыдыс; 14 - контактілі құрылғы; 15 - қалдық жылу қазандығы; 16, 18 - екі сатылы турбокомпрессор: 17 - газ турбинасы
Қысылғаннан кейінгі негізгі ауа ағыны ауа қыздырғышында 12-ден 250 - 270 °C-қа дейін азотты газдардың жылуымен қызады және аммиакпен араластыру үшін б араластырғышқа беріледі.
Сұйық аммиакты булану арқылы алынған газ тәріздес аммиак 150°С температурада қыздырғыш 5 арқылы ылғалдан, майдан және катализатор шаңынан тазартылғаннан кейін араластырғыш 6-ға да жіберіледі. Араластырғыш кеуекті сүзгісі бар бір аппаратта біріктіріледі. . Тазалаудан кейін NH3 мөлшері 10%-дан аспайтын аммиак-ауа қоспасы аммиакты түрлендіру үшін жанасу аппаратына 14 беріледі.
2) Ірі тоннажды қондырғы АК-72.
АК-72 қондырғысында сұйылтылған азот қышқылын алу аралас әдіс бойынша жүргізіледі: аммиакты тотықтыру 0,42 МПа қысымда, азот оксидін сіңіру - 1,1 МПа.
0,42 МПа қысымда конверсияның жоғары дәрежесіне қол жеткізуге болады
аммиак (97% дейін) және платинаны тұтыну 0,1-0,12 гт азот қышқылынан аспайды.
АК-72 қондырғысының ерекшелігі табиғи газды пайдалана отырып, азот оксидтерінен пайдаланылған газдарды жоғары температурада каталитикалық тазартуды қолдану және алдын ала салқындатусыз газ турбинасына ыстық пайдаланылған газдарды беру болып табылады.
АК-72 қондырғысы автоматтандырылған. Барлық процестер процессор арқылы іске қосылады және басқарылады.
Осьтік ауа компрессорының ағын жолының ластануы және саңылаулар арқылы газдың ағуы нәтижесінде жоғары және төмен қысымды турбиналардың ПӘК төмендеуі кезінде қондырғының өнімділігі төмендейді.
АК-72 қондырғысының өнімділігі тәулігіне 1150 т.
NTR процесі:
- өндіру қышқылының концентрациясы, % (мас.) - 58-60
- жанасу температурасы, ˚С - 840-880
- катализатор - платиноидты торлар.
Процестің негізгі технологиялық схемасы 6-суретте көрсетілген.
6-сурет. - АК-72 азот қышқылын алудың технологиялық схемасы:
1 - қабылдағыш; 2 - буландырғыш; 3, 24 - сүзгілер; 4, 15 - жылытқыштар; 5 - қалпына келтіру турбинасы; 6 - каталитикалық тазарту реакторы; 7 - араластырғыш; 8 - пеш құрылғысы; 9 - тазарту бағанасы; 10 - сіңіру колонкасы, 11, 14 - суды салқындатқыштар; 12, 23 - компрессорлар; 13 - газ жуу машинасы; 16, 18 - азотты газдарға арналған тоңазытқыштар; 17 - деаэрация колоннасы; 19 - қалдық жылу қазандығы; 20 - контактілі аппарат; 21 - бөлу құрылғысы бар барабан; 22 - араластырғыш камера; 25 - ауа қабылдауға арналған құбыр
Ауа атмосферадан құбыр 25 арқылы алынады, сүзгі 24-тегі шаңнан тазартылады, ауа компрессорымен 23-тен 0,42 МПа-ға дейін қысылады және екі ағынға бөлініп, контакт аппаратына және аммиак қыздырғышына беріледі. Сұйық аммиак (бу-сұйық қоспасы) 2-буландырғышқа қабылдағыш 1 арқылы түседі, онда ол 10 - 16 °C температурада және 0,6 МПа қысымда буланады.
Буландырғыштан кейін газ тәріздес аммиак 3-сүзгіде мұнай мен механикалық қоспалардан тазартылады және аммиакты қыздырғышқа 4 жіберіледі, онда ол ауамен 80-120 ° C дейін қызады.
Тазартылған ауа мен аммиак жанасу аппаратының 20 араластырғыш камерасына 22 түседі. Алынған аммиак-ауа қоспасында 9,6 - 10,0% NH3 бар. Байланыс аппаратына салынған сүзгіде ұсақ тазартудан кейін аммиак-ауа қоспасы үш платиноидты желіден және платина емес катализатор қабатынан тұратын екі сатылы катализаторға түседі. Азотты газдар 840 - 860 °С температурада байланыс аппаратының астында орналасқан қалдық жылу қазандығына 19 түседі, мұнда олардың салқындауына байланысты 40 МПа қысымда және 440 °С температурада бу алынады. Қазандық 17 колоннадағы ауасыздандырылған химиялық тазартылған сумен қоректенеді. Деаэрацияланған су жылу алмастырғыш 16 арқылы өтеді, онда ол азотты газдармен 150 ° C дейін қызады, экономайзер 18, содан кейін қалдық 21 жылу қазандығы барабанына түседі.
3) АК-72М модернизацияланған ірі тоннажды қондырғы.
АК-72М қондырғысындағы кемшіліктерді кешенді жоюға пайдаланылған газдарды жоғары температурада каталитикалық тазарту схемасынан шығару арқылы қол жеткізілді, тапшы металл - палладий пайдаланатын АПК-72 катализаторын пайдалану алынып тасталды, пайдаланылған газдар құрамында көміртегі оксидтері мен метан жоқ, бірақ 0,01% дейін қосылады (көлемі) аммиак, энергия шығындары 15% төмендейді, бірақ қондырғының сенімділігі мен тұрақтылығын арттыру үшін тоңазытқыш-конденсаторлар титаннан жасалған.
Конверсия сатысында аммиактың тотығуы платина катализаторында және платина емес НК-2У катализаторында жүргізіледі. Азот оксидтерінен селективті тазарту сатысында алюминий-мыс-мырыш катализаторы АМТс-10 қолданылады.
Өнімділігі 380000 тжыл, тауарлық азот қышқылының концентрациясы 60%.
4) 0,35-0,4 МПа абсорбция сатысындағы қысыммен біріктірілген контур.
Жүйе өнімділігі 45-50 мың тоннажыл (100% азот қышқылымен есептегенде) бірнеше қондырғылардан тұрады. Өндірістік қышқылдың концентрациясы 47-50% (мас.).
0,35-0,4 МПа қысыммен жұмыс істейтін қондырғылардың көпшілігі тотықсыздандырғыш ретінде аммиакты пайдалана отырып, ванадий катализаторында пайдаланылған газдарды азот оксидтерінен таңдап тазартуға арналған қондырғылармен жабдықталған.
Аммиакты тотығу сатысында платина катализаторы, каталитикалық тазарту сатысында АВК-10М ванадий катализаторы қолданылады. Басқа жүйелермен салыстырғанда бұл жүйе шамамен 40%-ға аз капитал шығындарын және сілтіні сіңіру қадамының жоқтығын көрсетеді. Жүйенің кемшіліктеріне азот оксидтерінен шығатын газдарды төмен температурада каталитикалық тазартуды қолдану есебінен электр қуатының жоғарылауы, қуатты блоктардың аздығы және аммиактың жоғары шығыны жатады.
NTR процесі:
- жанасатын құрылғылар алдындағы ауадағы механикалық қоспалардың мөлшері, мг\м3 - n\b 0,007
- аммиак мөлшері АВС, % (көлем) - 10,5-11,5
- температура, ˚С:
ABC - 67-75
Байланыс - 800-820
- аммиактың айналу дәрежесі, % - 96,5-97,5
- өндіру қышқылының концентрациясы, % - 47-49
2.5. Шикізат пен дайын өнімнің негізгі физикалық-химиялық қасиеттері
өнімдер. Оларға арналған мемлекеттік стандарттар
Шикізат
Аммиак: қалыпты жағдайда өткір иісі бар түссіз газ, ол суда және басқа еріткіштерде оңай ериді, ауамен және оттегімен жарылғыш қоспалар түзеді.
Химиялық формуласы - NH3
Молекулярлық массасы - 17.03
Сұйық аммиак - 681
Газ тәрізді - 770
Өздігінен тұтану температурасы - 650 ˚С.
Қату температурасы - 77,75 ˚С.
Катализаторсыз 1000 ˚С, катализатормен 300 ˚С температурада ыдырайды.
Массалық концентрация:
- майлар (2-ші сүзгілерден кейін) - 1,0 мгм3 артық емес
- темір (сүзгілерден кейін позиция 2) - 1,0 мгм3 артық емес
- инерттіктер - 0,5% аспайды
Газ тәрізді аммиактың массалық концентрациясы - 99,6% кем емес
Массалық концентрация:
--
майлар (2-ші сүзгілерден кейін-
1,0 мгм3артық емес
--
темір (сүзгілерден кейін позиция 2) -
1,0 мгм3 артық емес
--
Инерттер
0,5% артық емес
Газ тәрізді аммиактың массалық концентрациясы -
99,6% артық емес
МЕМСТ 6221-90 сәйкес болуы керек.
Ауа: құрғақ ауа құрамында болуы керек (% көлем): N2 - 78,1; O2 - 21,0; Ar2, 0,9; су буының мөлшері 0,1-ден 2,8%-ға дейін (көлем). Өнеркәсіптік алаңдардағы ауа әртүрлі шығу тегі шаңымен, сондай-ақ бейорганикалық газ шығарындыларының әртүрлі компоненттерімен ластанған. Ауадағы шаңның мөлшері 0,5 - 1,0 мгм3.
шаңның массалық концентрациясы (ауаны тазарту аппаратынан кейін) -
7,0 мгм3 артық емес
МЕМСТ 24484 сәйкес болуы керек
Көмекші материалдар мен катализаторлар
Шикізат, материалдар, аралық өнімдер, энергия ресурстарының атауы
Стандартқа сәйкес тексеру үшін міндетті көрсеткіштер
Реттелетін көрсеткіштер
1
2
3
Ыстық су қазандықтарына арналған газсыздандырылған су (жартылай деионизацияланған судың бу конденсатымен қоспасы)
Жалпы қаттылық
Артық емес 0,01 ммольдм3
Қаріп бойынша мөлдірлік
40 см көп емес
Массалық концентрация:
-
темір қосылыстары (Fe++ бойынша)
0,1 мгкг көп емес
-
еритін оттегі (O2)
0,03 мгдм3 көп емес
-
тұздардың массалық концентрациясы
150 мгдм3 көп емес
-
рН 250С температурада
8,5 - 9,5
Платина қорытпасынан жасалған катализатор дәкелері
ГОСТ 3193-74 өзгертулермен. 5 тор платина-палладий қорытпасынан жасалған PlPdRd -4 маркалы - 3,5 Kr.2875 мм, платина құрамы - 92,5%
Диаметр:
-
-
Сымдар - 0,092 мм
Торлар - 2875 мм
Орнатылатын торға арналған өнім сапасының сертификаты стандарт пен брендке сәйкес болуы керек
СТК-1 көміртегі тотығын түрлендіруге арналған орташа температурадағы темір-хромды катализатор
ТУ 113-03-317-86 өзгертулермен. 3, CTK-1 немесе CTK-1M маркасы
Диаметр - 7 мм
Массалық концентрация:
Fe2O3 бойынша темір
CTK-1 88% кем емес
CTK - 1М 86% кем емес
Сусымалы тығыздығы нб 1,3 кгдм3
Булы конденсат
Тұздың массалық концентрациясы
7,0% көп емес
Рн
Темір оксиді (Fe2О3)
6,5% көп емес
Аммиак
оксида хрома (Сr2О3)
не нормир.
нб 0,3%
1,0-1,5%
Кесте 3. Көмекші материалдар мен катализаторлар
Дайын өнім
Азот қышқылы.
Физиохимиялық қасиеттері:
Химиялық формуласы - HNO3
Молекулярлық массасы - 63,0
Тығыздығы 46-48% азот қышқылы
200С-1,285 - 1,298 кгдм3 температурада
Қату температурасы - минус 210С - минус 19,50С
0,1 МПа қысымда қайнау температурасы - 115 - 115,50С
Көрсеткіштер атауы
Сорт нормалары
Жоғарғы сорт ОКП 21 21320120
Бірінші сорт ОКП 21 21320130
Екінші сорт ОКП 21 21320140
1
2
3
4
1.
Сырт келбеті
Механикалық қоспалары жоқ түссіз немесе сары сұйықтық
2.
HNO3 массалық үлесі, %, көп емес
57,0
56,0
46,0
3.
N2O4 бойынша азот оксидтерінің массалық үлесі, %, артық емес
0,0788888888888
0,1
0,2
4.
Кальцинациядан кейінгі қалдықтың массалық үлесі, %, артық емес
0,004
0,02
0,05
Кесте 4. Концентратсыз азот қышқылының сорттарының нормалары
Концентрлі емес азот қышқылы ОСТ 113-03-270-90 талаптарына сәйкес болуы керек.
Азот қышқылы - құрамында азот бар заттардың көпшілігін өндіруге арналған бастапқы өнімдердің бірі. Оның мөлшерінің 70 - 80% дейін минералды тыңайтқыштар алуға жұмсалады. Сонымен қатар, азот қышқылы жарылғыш заттардың барлық дерлік түрлерін, нитраттарды және басқа да бірқатар техникалық тұздарды өндіруде қолданылады; органикалық синтез өнеркәсібінде; зымыран техникасында, әртүрлі процестерде тотықтырғыш ретінде және халық шаруашылығының көптеген басқа салаларында.
2.6. Қабылданған әдістеменің теориялық негізі
Концентрлі емес азот қышқылын аммиакты екі сатыда контактілі тотығу арқылы алады:
- бірінші кезең - аммиактың азот оксидіне (II) контактілі тотығуы
4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О + 904 кДж (11)
- екінші кезең - азот оксидінің (II) жоғары оксидтерге тотығуы және қышқыл түзе отырып, олардың сумен сіңірілуі.
2NO + O2 = 2NO2 + 212,7 кДж (12)
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + 73,6 кДж (13)
Азот қышқылын алудың жалпы реакциясын мына теңдеумен көрсетуге болады:
NH3 + 2О2 = НNO3 + Н2О + 329,5 кДж
Концентрлі емес азот қышқылын алу аралас әдіспен жүзеге асырылады: аммиак атмосфералық қысымда тотығады, азот оксидтері 0,35 МПа (3,5 кгссм2) қысымда жұтылады.
Ауа тотығуға жұмсалатындықтан реакция өнімінде азот әрқашан болады.
Катализатор мен процесс жағдайларына байланысты белгілі бір реакциялар басым болады. Соңғы өнімдердің құрамы катализатордың селективтілігімен анықталады. Процестің катализаторлары келесі металдар болып табылады: Pt, Pl, Cu, Ag, Ni, Au, Fe, W, Ti.
Платинаның артықшылықтары:
1) Платина реакцияға ең белсенді, 600-1000°С температурада (99%-ға дейін) азот оксидінің 1:: 10-4 с жанасу уақытымен жоғары шығымдылығын қамтамасыз етеді.
2) Платинаның реакцияның басталу температурасы 195-200 °C.
3) Ол платина қорытпаларын аммиак тотығуының ең жақсы катализаторларына айналдыратын жақсы икемділікке, иілгіштікке, иілгіштікке ие.
Платинаның кемшіліктері:
1) Реакциялық қоспаның әсерінен конверсиялық температурада оның жойылу үрдісі.
2) Көп мөлшердегі улардың әсеріне ұшырау, сондықтан платинаның әртүрлі металдармен қорытпалары зерттеліп, қолданылды.
Катализатор торлар түрінде қолданылады. Бұл пішін жұмыс істеуге ыңғайлы, платиноидтардың минималды инвестициясымен сипатталады және жұмыс кезінде ең қарапайым және ыңғайлы типтегі контактілі аппараттарды пайдалануға мүмкіндік береді. Торларды дайындау үшін D = 0,06-0,09 мм сым қолданылады. Жасушаның бүйірлік өлшемі 0,22 мм, ұяшықтардың саны 1 см2-де 1024.
Аммиактың NO-ға дейін тотығуы гетерогенді жүйе болып табылады. Тотығу реакциясының жылдамдығы ең алдымен катализатор бетіне O2 және NH3 диффузиясының жылдамдығына байланысты. Аммиактың платиноидты катализатордың бетіне диффузия жылдамдығы оттегінің диффузия жылдамдығынан төмен, сондықтан аммиактың NO-ға дейін тотығу жылдамдығын анықтайды.
Тотығу жылдамдығы жанасу уақытына, температураға, қысымға, NH3 : O2 қатынасына байланысты.
Катализ аймағында АВС тұру уақытының ұлғаюы, яғни. газ шығынының төмендеуі элементар азоттың түзілуіне әкеледі. Газ жылдамдығын оптимумнан жоғары арттыру катализ аймағында газ қоспасының тұру уақытын қысқартады, бұл аммиактың азотты газ ағынына серпілуіне әкеледі.
Оксидтің диоксидке тотығу процесі азотты газда болатын оттегі арқылы жүзеге асады.
2NO2 + O2--2NO2 + 112,3 кДж (14)
2NO2--N2O4 + 56,9 кДж (15)
NO2+ NO-- N2O3 + 40 кДж (16)
2-реакция тек сұйық фазада, ал 1 және 3-ші реакция газ фазасында жүреді. Барлық реакциялар экзотермиялық, қайтымды, көлемінің төмендеуімен жүреді, катализаторсыз.
Ле Шателье принципі бойынша температураның жоғарылауымен реакция тепе-теңдігі солға ығысады, бұл NO2 шығымының төмендеуіне әкеледі. Бұл реакцияны жеделдету үшін жоғары қысымды, төмен температураны, сондай-ақ NO және O2 концентрациясының жоғарылауын қолданған жөн. Реакция жылдамдығы газ қоспасындағы NO концентрациясының квадратына және O2 концентрациясына пропорционал.
Абсорбцияға түсетін азотты газдардың құрамында NO2, N2O3 және NO болады. NO-дан басқа осы оксидтердің барлығы сумен әрекеттесіп, азот қышқылын түзеді. Жалпы алғанда, азот қышқылының түзілу процесі келесі теңдеулер түрінде сипатталады:
3NO2+H2O=2HNO3 + NO (17)
3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO (18)
Реакциялар экзотермиялық, қайтымды, гетерогенді, үздіксіз, газ көлемінің азаюымен.
Суды сіңіру арқылы азот оксидтерін толық азот қышқылына айналдыру мүмкін емес. Азот оксидтері сіңіру бағанынан шығатын газдарда әрқашан болады, олардың мазмұны олардың сіңірілу шарттарына байланысты.
Азот оксидінің артық мөлшерімен азот қышқылының ыдырауы орын алады, сондықтан NO-ның NO2-ге айналуын барынша арттыру үшін қосымша оттегін енгізу керек.
Температураны 10 ˚С төмендету азот оксидінің сіңірілу жылдамдығын 2,5 есе, NO-ның NO2-ге дейін тотығу жылдамдығын 1,5 есе арттырады. Сіңу температурасы 20-35 ºС болуы керек екендігі іс жүзінде анықталған.
Қысымның жоғарылауымен: оксидтердің сіңірілу жылдамдығы артады, бірақ азот қышқылының концентрациясы аздап артады; NO2-нің азот қышқылына ерігіштігі артады, бұл үлкен минус, сондықтан абсорберлерден кейін азот қышқылы тазарту колоннасына түседі, онда ол ауамен тазартылады, NO2 жойылады, тазарту газы жүйеге қайтарылады және тазартылған қышқыл қоймаға түседі.
Термиялық процестер кезінде жылу бір заттан екінші затқа өтеді. Өздігінен тасымалдану үшін бұл заттардың біреуі екіншісінен ыстық болуы керек. Температурасы жоғары, жылу алмасу процесінде жылу бөлетін затты ыстық салқындатқыш деп, ал жылуды қабылдайтын температурасы төмен затты суық салқындатқыш деп атайды.
Жылу процестерін жүргізудің екі негізгі әдісі бар:
1) Тікелей жанасу арқылы жылу беру: жылу тасымалдағыштар әдетте бір-бірімен араласады, бұл әрқашан қолайлы емес; сондықтан бұл әдіс салыстырмалы түрде сирек қолданылады, дегенмен ол аппараттық дизайнда әлдеқайда қарапайым.
2) Қабырға арқылы жылу беру: жылу тасымалдағыштар араласпайды және олардың әрқайсысы жеке арна арқылы қозғалады; жылу тасымалдағыштарды бөлетін қабырғаның беті жылу алмасу үшін пайдаланылады және жылу алмасу беті деп аталады.
Тұрақты және тұрақсыз жылу алмасу процестерін ажырату.
Тұрақты (стационарлық) процесс кезінде аппараттың әрбір нүктесіндегі температуралар уақыт бойынша өзгермейді. Тұрақсыз (стационарлық емес) процесте температура уақыт бойынша өзгереді.
Жылудың бір денеден екінші денеге берілуі өткізгіштік, конвекция және сәулелену арқылы болуы мүмкін.
Жылыту агенттері: су буы (150-170 ˚С), жоғары қайнайтын сұйықтықтардың булары (150-170 ˚С жоғары), ыстық газдар (400-ден 700-1000 ˚С), электр тогы (1000-2000 ˚С) .
Салқындатқыштар: ауа, су (40-50 ˚С), төмен температуралы заттар (5-20 ˚С төмен).
2.7. Түйіннің технологиялық сұлбасын сипаттау
Аммиакты тотықтыру үшін биіктігі 25 м және диаметрі 820х3 мм агрегаттық ауа қабылдау құбырлары арқылы атмосферадан бөлуден тікелей алынатын ауа оттегі қолданылады.
Ауаны механикалық қоспалардан тазарту үшін мата сүзгісі орналасқан аппарат (OV) қарастырылған. Шүберек сүзгісі 89 дана көлемінде рамаға бекітілген жеңдер түрінде жасалған. Тазалаудан кейін ауа құбыр арқылы қондырғының құрамына кіретін сорғыш және газ үрлегіштерге (ГД) жіберіледі.
Аммиакты механикалық қоспалардан және мұнайдан алдын ала тазарту, оны газ үрлегішке түсірер алдында мата фильтрлерінде (F) жүргізіледі. Әрбір сүзгі жалпы корпусқа салынған 15 сүзгі бөлімінен тұрады. Сүзгі материалы мақта күдері болып табылады.
Сүзгілерден кейін аммиак жалпы коллекторға түседі, одан қондырғының араластырғыштарына шығатын саңылаулар бар, онда ол ауамен араласады.Қалдық жылу қазандарынан (ЖЖҚ) шығатын газдар.
Қыздырғыштан (ҚҚ) кейін аммиак-ауа қоспасы контактілі аппаратқа (ҚА) түседі. Байланыс аппараты екі бөліктен тұрады: жоғарғы бөлігі картон сүзгісі бар және төменгі бөлігі екі сатылы катализаторы бар.
Катализаторға біркелкі ABC беру үшін сүзгілерден кейін газ тарату торы орнатылады.
Аммиак-ауа қоспасы контактілі аппаратта жоғарыдан төмен қарай өтіп, аммиак 8250С аспайтын температурада тотыққан платиноидты торға және платина емес KN-2 катализаторының қабатына түседі.
Аппараттың төменгі бөлігі ішінен отқа төзімді кірпішпен қапталған.
Құрамында 1011% азот оксиді бар аммиакты тотығу кезінде түзілетін азотты газдар жанасу аппаратынан кейін тікелей жанасу аппаратының астында орналасқан қалдық жылу қазандығына (ЖҚҚҚ) түседі.
Қалдық жылу қазандығы ауасыздандырылған сумен қоректенеді. Қалдық жылу қазандығындағы температурасы 8250С аспайтын азотты газдардың шығыны өз жылуын ауасыздандырылған суға береді, ал қатты қызған бу температурасы 4500С-ден жоғары емес және қысымы 3,9 МПа (39) аспайтын қысыммен алынады. кгссм2).
Температурасы 140 2100С екі агрегаттық қалдық-жылу қазандарынан азотты газдар ABC қыздырғышына жіберіледі, онда олар 100 1100С температураға дейін салқындатылады, содан кейін газ жуу тоңазытқыштарына (ГР) түседі.
Газ шайғыштарда азотты газды қайта өңделген сумен 45 600С температураға дейін одан әрі салқындатады және концентрациясы 10 15 % (азот қышқылы конденсаты - ҚАК) азот қышқылын түзе отырып, су буының ішінара конденсацияланады. ҚАК ауырлық күшімен тұндырғыштарға және одан әрі буферлік цистерналарға түседі. Буферлік резервуардан АС бөлігі аммиак катализатор дәкелері арқылы сырғанау кезінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
I. Кіріспе 3
II. Техникалық бөлім 5
2.1.Азот қышқылының қасиеттері мен сорттары 5
2.2. Әлсіз азот қышқылын алу 6
2.3. Концентрлі азот қышқылын алу 12
2.4.Өндіріс әдісін таңдау 14
2.5.Шикізат пен дайын өнімнің негізгі физика-химиялық қасиеттері. Оларға арналған мемлекеттік стандарттар 18
2.6. Қабылданған әдістеменің теориялық негіздер 22
2.7.Түйіннің технологиялық сұлбасын сипаттау 25
2.8. Жабдықты таңдау 29
2.9. Технологиялық процесті автоматтандыру және өндірісті аналитикалық бақылау 32
2.10. Өндіріс қалдықтары, оларды пайдалану 34
III. Құрылымдық бөлім 36
3.1. Алдын ала есептеу 36
3.2. Сағатына 1 бірлікке материалдық балансты есептеу 37
3.3 Жылулық есептеу 39
3.4 Құрылымдық есеп 41
3.5. Тұтыну коэффициенттерін есептеу 43
IV. Экономикалық бөлігі 44
4.1. Азот қышқылы өндірісінің даму болашағы 44
V. Экология және еңбекті қорғау 45
5.1. Еңбекті қорғау және өндірістік экология 45
VI. Қорытынды 47
Пайдаланылған әдебиеттер 48
Кіріспе
20 ғасырдың басына дейін HNO3 табиғи натрий (чили) нитратынан алынды:
NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3 (1)
95-97% H2SO4 және 96% NaNO3 қолдану 96-98% HNO3 берді. Кейінірек процесс вакуумда жүргізіле бастады, бұл процестің температурасын және оның ұзақтығын азайтты.
20 ғасырдың басында атмосфералық азотты электр доғалық жалынға бекіту әдісі ұсынылды (1906). Бұл әдіспен азот қышқылын алу үшін жасанды шикізат пен процесті кешенді жобалау қажет емес, бірақ электр энергиясының көп жұмсалуына байланысты бұл әдіс тиімді емес.
1913 жылы аммиактың өнеркәсіптік синтезі қарапайым заттар, ол тез тарады. Көп ұзамай аммиактан азот қышқылын алу әдісі жасалды.
Атмосферада жұмыс істейтін сызба бойынша 1-ші азот қышқылы зауыты қуаттылығы жылына 8000 тонна қысым 1916 жылы салынған. Юзовка қаласында (КСРО). Бұл әдіс кокс газынан алынған аммиакты тотықтыру әдісіне негізделген. Бұл әдісті орыс ғалымы Андреев ұсынған. Ол сонымен қатар катализатор - платина торларын ұсынды, торлардағы аммиак тотығу процестерін, азот оксидтерінің сумен сіңірілуін және аммоний селитрасының алынуын зерттеді.
Біздің заманымызда оксидтерді алудың әртүрлі әдістері жасалды. Плазмалық технология бойынша азот, бірақ олар өте электрлік қарқынды. Энергия тұтынуды азайту бойынша жұмыстар жүргізілуде.
Қазіргі кезде азот қышқылын (сұйылтылған) алудың негізгі әдісі Андреев ұсынған әдіс болып табылады.
Азот қышқылы келесі жағдайларда қолданылады:
* ауыл шаруашылығы (аммиак селитрасы, күрделі минералды тыңайтқыштар);
* жарылғыш заттарды өндіру;
* бояғыштар мен басқа да химиялық заттарды өндіру;
* зымыран отынын өндіру (азот оксидтері және азот қышқылы);
* жасанды жібек өндірісі;
* дәрілік заттарды өндіру;
* күкірт қышқылын өндіру.
Өндіріс көлемі бойынша азот қышқылы 2-орынды алады. Өнеркәсіпте алады:
1) концентрацияланбаған АА (45-60%);
2) концентрлі АА (90%).
Азот оксидтерін сумен сіңіру арқылы алынған концентрлі емес азот қышқылы аммоний селитрасының балқымасын, күрделі тыңайтқыштарды алуға, концентрлі азот қышқылын алу үшін металдарды тұздаудың тотығу процестеріне қолданылады.
II. Техникалық бөлім
2.1.Азот қышқылының қасиеті мен сорттары
Азот қышқылы - маңызды минералды қышқылдардың бірі.
Сусыз азот қышқылы HNO3 - тығыздығы 1,52 гсм3 (15ºC температурада) ауада түтін шығатын ауыр, түссіз сұйықтық. -47ºС-та қатып, 86ºС-та қайнайды. Қышқылдың қайнауы оның азот диоксидінің бөлінуімен ішінара ыдырауымен бірге жүреді. Бөлінген азот диоксиді қышқылда ериді, оны сары немесе қызыл түске бояйды (NO2 мөлшеріне байланысты). Сұйылтылған азот қышқылын буландырған кезде оның ерітіндідегі мөлшері 68,4%-ға дейін көтеріледі.
Азот қышқылы күшті тотықтырғыш болып табылады. Концентрлі азот қышқылы металдардың көпшілігін сәйкес оксидтер мен нитраттарға айналдырады. Кейбір металдардың, мысалы, Al, Fe, Cr бетінде азот қышқылымен әрекеттескенде оның әсеріне төзімді оксидтер қабаты түзіледі. Көптеген органикалық заттар HNO3 әсерінен жойылады, ал кейбіреулері концентрлі қышқылмен жанасқанда тұтануы мүмкін.
Концентрлі азот қышқылы циклдік органикалық қосылыстармен әрекеттесе отырып, олардағы сутегі атомдарын нитротоптармен алмастырады. Құрамында органикалық гидроксил топтары бар HNO3 күрделі эфирлер түзеді.
Азот қышқылы химия өнеркәсібінде де, халық шаруашылығының басқа салаларында да кеңінен қолданылады. Өндіріс көлемі бойынша күкірт қышқылынан кейінгі екінші орында. Азот қышқылының көп бөлігі тыңайтқыштар, жарылғыш заттар, зымыран отыны өндірісінде қолданылады. Сонымен қатар күкірт қышқылын өндіруде (азотты әдіс), синтетикалық бояғыштарды, пластмассаларды, синтетикалық талшықтарды және т.б.
КСРО-да минералды тыңайтқыштар мен синтетикалық материалдар өндірісінің қарқынды дамуына байланысты азот қышқылын өндіру бойынша қуаттар айтарлықтай ұлғайып жатыр.
Өнеркәсіп сұйылтылған (әлсіз) және екі концентрлі азот қышқылының үш сортын шығарады (1-кесте).
Азот қышқылы
НNO3 масс.% құрамы
Азот қышқылы
НNO3 масс.% құрамы
Әлсіз Сорт:
1-й
2-й
3-й
55
47
45
Конц-ген Сорт
Жоғары
1-й
2-й
98,5
98
97
Кесте 1. Азот қышқылының сорты
2.2. Әлсіз азот қышқылын алу
Осы ғасырдың шамамен 20-шы жылдарына дейін Чили селитрасынан күкірт қышқылымен әрекеттесу арқылы азот қышқылы алынды:
NANO3+H2SO4=HNO3+NaHSO4 (2)
Селитраның күкірт қышқылымен ыдырауы түтін газдарымен қыздырылған шойын реторттарында жүргізілді. Бұл жағдайда бөлінген азот қышқылының булары тоңазытқышта конденсацияланды. 95-97% күкірт қышқылын және 96% селитраны қолданғанда 96-98% азот қышқылын алуға мүмкіндік туды.
Элементтерден аммиакты синтездеудегі жетістіктер аммиакты азот қышқылының негізгі көзіне айналдырды.
Аммиактан азот қышқылын шығаратын алғашқы зауыт 1909 жылы Германияда іске қосылды.Бірақ технологияның жетілмегендігінен бұл зауыт одан кейін салынған басқалар сияқты тиімсіз болып шықты.
1914-1916 жж. біздің елде инженер И.И.Андреев және оның әріптестері бұл процесті жан-жақты зерттеді. Зерттеу нәтижелерінің жемісті болғаны сонша, олардың негізінде 1916 жылы Юзовкада (қазіргі Донецк) Ресейде азот қышқылын шығаратын бірінші зауыт салынды.
Аммиактың азот қышқылына айналуы оның реакцияға сәйкес ауадағы оттегімен тотығуынан басталады.
4NH3+5O2=4NO++H2O+910 кДж (3)
Бұл процесте түзілетін азот оксиді түссіз газ болып табылады, ол азот диоксидіне оңай тотығады:
2NO+O2=2NO2+124 кДж (4)
Азот диоксиді NO2 - қоңыр, ауыр, тұншықтырғыш газ, суда ерігенде азот қышқылын береді:
3NO2+H2O=2HNO3+NO+137 кДж (5)
Көріп отырғаныңыздай, азот қышқылын алу процесі бірінен соң бірі тізбектелген кезеңдерден өтеді. Реакция (3) бірінші кезеңді, аммиактың тотығуын сипаттайды. Құрамында азот оксиді бар газдар азотты газдар деп аталады. Екінші кезең (4) және (5) реакцияларымен сипатталады - азотты газдарды азот қышқылына өңдеу.
Аммиактың тотығуы
Процесс тек жоғары температурада жеткілікті жылдамдықпен жүреді. Сонымен бірге (3) реакциямен қатар басқалары да бар:
4NH3+4O2=2N2O+6H2O+1108 кДж (6)
NH3+3O2=2N2+6H2O+1279 кДж (7)
(6) және (7) реакцияларының нәтижесінде аммиактан қажетті азот оксидінің орнына азот оксиді мен азот түзіледі. Сондықтан негізгі (мақсатты) реакция (3) (6) мен (7) қарағанда әлдеқайда жоғары жылдамдықпен жүретіндей процесс жағдайларын жасау қажет. Ол үшін процесс шамамен 800ºС температурада жүргізіледі. Жоғары температура аммиактың азотқа және (3) оттегі азотына реакциясы нәтижесінде түзілетін азот оксидінің ыдырауын тудырады. Дегенмен, бұл шарттарда да катализатордың болуы қажет. Онсыз процесс дұрыс бағытта жүрмейді.
Аммиактың тотығуы үшін қымбат катализатор қолданылады - родий және палладий бар қорытпадағы платина. Осы уақытқа дейін бұл катализаторды арзандары асып түспеді, олар белсенділігі төмен және тұрақты болып шықты. Платина катализаторлары диаметрі 0,06-0,09 мм өте жұқа сымнан жасалған торлар түрінде жасалады. Тордың 1 см2-де 1024 тесік бар, олар арқылы аммиак-ауа қоспасы өтеді.
Процестің (3) реакцияға қарай бағыты аммиак-ауа қоспасының катализатормен жанасу уақытына да байланысты (байланыс уақыты деп аталады). Ең тиімдісі 0,0001-0,0002 с байланыс уақыты болды. Газдың катализатормен жанасу уақыты қысқарғанда, т.б. газ мелассасының жоғары жылдамдығында аммиак тотығуға үлгермейді және азот оксидінің шығуы азаяды. Ұзақ жанасу уақытымен жанама реакциялар пайда болады, бұл өз кезегінде NO шығымының төмендеуіне әкеледі.
Аммиакты тотығу процесінде қысымды қолдану реакция жылдамдығының жоғарылауына ықпал етеді, бірақ сонымен бірге платинаның жоғалуының жоғарылауына әкеледі.
(3) реакцияға сәйкес 4 аммиак молекуласы үшін 5 оттегі молекуласы жұмсалуы керек, яғни 1 моль NH3-1,25 моль О2.
Тотығу жылдамдығын арттыру үшін аммиактың 1 мольіне 1,7-2 моль оттегі алынады, бұл аммиак-ауа қоспасындағы аммиак концентрациясының шамамен 10-12% сәйкес келеді. Бұл жағдайда (3) реакцияға түспеген оттегі (4) реакциясы бойынша азот оксидін диоксидке дейін тотығу үшін азотты газдарды өңдеуде қолданылады.
1-сурет. Аммиак-ауа қоспаларының жарылу шектері (температура 18ºС)
2-сурет. Аммиакты тотықтыруға арналған байланыс аппараттары:
1-қорап, 2-катализатор, 3-поролитті түтіктер
Аммиак-ауа қоспаларын құрастыру кезінде бұл қоспалардың белгілі бір аммиак құрамында жарылыс қаупі бар екенін ескеру керек. 1-суреттен көрініп тұрғандай, 18ºС аммиактың жарылғыш концентрациясының ауданы шамамен 16-28% құрайды. Өндірілген жағдайда олар аммиак мөлшері жарылғыш концентрациядан жоғары аммиак-ауа қоспаларымен жұмыс істейді.
Аммиак-ауа қоспасында белгілі бір қоспалардың болуы катализатордың улануына әкеледі. Мұндай қоспаларға фосфид сутегі, күкірт қосылыстары, шаң, тот, майлау майының булары жатады. Катализатормен жанасуды болдырмау үшін цехқа ауа зауыттың сыртында орнатылған қабылдау құбыры арқылы жеткізіледі және мұқият тазартылады. Газды ілулі қоспалардан шығаруға арналған жанасу аппаратының ішіндегі катализатордың алдына кеуекті - кеуекті (керамикалық) түтіктер орнатылады, оның кеуектері арқылы газ сүзіледі.
Аммиакты тотықтыруға арналған контактілі аппарат (2-сурет) цилиндрлік денеден 1 тұрады, оның ішінде катализатор бекітілген - платина-родий торлары 2 және кеуекті түтіктер пакеті 3. Аммиак-ауа қоспасы аппаратқа беріледі. төменнен, түтіктердің 3 тесіктері арқылы сүзіледі және барлық торлардан дәйекті түрде өтеді. Құрамында NO бар азотты газдар аппараттың жоғарғы жағынан шығарылады. Атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін қондырғыларда пакет әдетте 3-4 торды, жоғары қысымда - 12-20 торды қамтиды.
Азотты газдарды азот қышқылына өңдеу
(4) және (5) реакциялар бір реакциялық аппаратта жүреді. Реакция (5) нәтижесінде түзілген азот оксиді қайтадан сумен жұтылатын NO2-ге дейін тотығады (5 реакция) т.б. Реакция (4) азотты газдарды өңдеу кезінде болатын барлық реакциялардың ішіндегі ең баяуы; сондықтан процестің жалпы жылдамдығы оған байланысты. Осының негізінде NO-ның NO2-ге дейін тотығуы интенсивті түрде жүретін жағдайларды анықтау керек, сөйтіп азотты азотты газдарды өңдеудің жоғары жылдамдығын қамтамасыз ету қажет.
NO-ның NO2-ге дейін тотығуы көлемнің азаюымен жүреді. Ле Шаталье принципі бойынша реакцияның тепе-теңдігін солдан оңға ауыстыру үшін қысымды арттыру қажет. Қысымның жоғарылауы бұл реакцияның тепе-теңдігінің ығысуына ғана емес, сонымен бірге оның үдеуіне де әкеледі. Сондықтан шамамен 10 кгссм2 қысыммен жұмыс істейтін қондырғыларда азот оксиді толығымен дерлік NO2-ге дейін тотығады.
Реакция (4) жылудың бөлінуімен жүреді, сондықтан тепе-теңдікті ауыстыру үшін процесті төмен температурада жүргізу керек. Температураның жоғарылауы көптеген реакциялардың жылдамдығын арттыратыны белгілі. Алайда, NO-ның NO2-ге дейін тотығуы сирек ерекшелік болып табылады, оның жылдамдығы температураның төмендеуімен артады. Сондықтан (4) реакцияның тепе-теңдігін жылжыту және оны жеделдету үшін процесті төмен температурада жүргізген орынды.
Азот диоксидінің сумен сіңірілуі (сіңуі) - соңғы сатысы азот қышқылымен өндіріледі. Сіңіру жүріп жатқанда, азот қышқылының концентрациясы артады. Бұл процесс NO тотығуы сияқты температураның төмендеуін және қысымның жоғарылауын қажет етеді.
Азотты газдарды өңдеу кезінде процесс атмосфералық қысымда жүргізілсе, 48-50% концентрацияда азот қышқылы алынады. Қысымды 10 кгссм2-ге дейін арттыру концентрациясы 60-62% және одан жоғары азот қышқылын алуға мүмкіндік береді.
Сұйылтылған азот қышқылын алу схемалары
Қолданылатын қысымға байланысты сұйылтылған азот қышқылын өндіретін қондырғылар: 1) атмосфералық қысымда жұмыс істейтін; 2) жоғары қысыммен жұмыс істеу; 3) NO-ның тотығуы және NO2-нің сумен сіңірілуі жоғарылаған құрамдастырылған.
Атмосфералық қысыммен әлсіз азот қышқылын алу схемасы 3-суретте көрсетілген. Тазартылған ауа мен аммиак араластырғышқа 1 қатынаста келіп түседі, онда құрамында 10-12% NH3 ауа-аммиак қоспасы алынады. Араластырғыштан 1 қоспа платина-родий торлары орналастырылған контактілі аппаратқа 2 жіберіледі.
3-сурет. Атмосфералық қысымда әлсіз азот қышқылын алу схемасы:
1-араластырғыш, 2-контактілі аппарат, 3-жылуды қалпына келтіретін қазан, 4-тоңазытқыш, 5-азот қышқылы мұнарасы, 6-тотықтырғыш мұнара, 7-сілтілі сіңіру мұнарасы, 8-тоңазытқыш, 9-сорғы;
Байланыс аппаратының шығысындағы азотты газдардың температурасы шамамен 800ºС деңгейінде сақталады. Аммиактың азот оксидіне дейін тотығу дәрежесі шамамен 97-98% құрайды. Қалдық жылу қазандығында 3 газ температурасы 250ºС дейін төмендейді. Содан кейін газдар су буының жартылай конденсациялануы және азот оксидінің диоксидке дейін тотығуы бар құбырлы салқындатқышта 4 сумен 30ºС дейін салқындатылады. Сондықтан әлсіз азот қышқылы тоңазытқыштарда жартылай түзіледі, ол мұнараларды суаруға жіберіледі 5.
Сіңіру бөлімі суды (қышқыл деп те атайды) сіңіру тіректерін 5, тотықтырғыш мұнараны 6 және сілтілі сіңіру мұнарасын 7 қамтиды. Тоңазытқыштан шығатын газдар мұнаралар арқылы дәйекті түрде қозғалады. Әдетте, суды сіңіру үшін тізбектей жалғанған алты-сегіз мұнара орнатылады, ал сілтілі сіңіру үшін екеуі.
NO2 жұтуға қажетті су газ ағынындағы соңғы мұнараға беріледі 5. Алынған қышқыл сорғылардың көмегімен барлық мұнаралар арқылы рет-ретімен айдалады 9. Өнім - 50% азот қышқылы газ ағынында бірінші мұнарадан шығарылады. Су сіңіру мұнаралары 5 азот оксидтерінің шамамен 92% азот қышқылына айналдырады. Су сіңіру мұнараларының артында мұнара 6 орнатылады, ол арқылы өткеннен кейін азотты газдар 7-мұнарадағы сода ерітіндісімен (сілтілі абсорбция) абсорбцияға түседі. Келесі реакция жүреді:
2NO2+Na2CO3--NaNO3+NaO2+CO2 (8)
Алынған ерітінді құрамында натрий нитраты (натрий нитраты) және натрий нитриті (натрий нитриті) 50% азот қышқылымен өңделеді, нәтижесінде реакция нәтижесінде азот оксидтері бөлініп, нитрат түзіледі.
3NaNO3+2HNO3--3NaNO3+2NO+H2O (9)
Бөлінген азот оксиді сумен тотығу және сіңіру процесіне қайтарылады. Құрамында натрий нитраты бар ерітінді буланып, одан NaNO3 (натрий нитраты) кристалданады, ол тыңайтқыш ретінде қолданылады.
Жоғары қысымда (80-10 кгссм2 дейін) сұйылтылған азот қышқылын алу схемасы оның атмосфералық қысымдағы өндірісінен принципті түрде айырмашылығы жоқ. Бірақ жоғары қысымда жұмыс істейтін зауыттардың бірқатар артықшылықтары бар: азот оксидтерін азот қышқылына өңдеу дәрежесі 98-98% дейін, ал алынған азот қышқылының концентрациясы - 60-62% дейін; сілтілі сіңу қажет емес; қондырғының құрылысына күрделі шығындар және аппараттарды жасау үшін арнайы болат шығыны азаяды, өйткені сіңіру колонналарының көлемі атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін жүйелерге қарағанда он есе аз. Бұл ретте қысымды пайдалану катализатордың жоғалуы мен энергияны тұтынудың жоғарылауымен байланысты, бұл осы қондырғылардың кемшілігі болып табылады.
Комбинирленген зауыттарда азот қышқылын өндіру алдыңғы екі схеманың да артықшылықтарын пайдалануға мүмкіндік береді. Атмосфералық қысымда аммиактың тотығуын жүргізу жоғары қысымды қондырғыларда сөзсіз болатындармен салыстырғанда платинаның жоғалуын азайтуға мүмкіндік береді. Бұл ретте азотты газдарды қысыммен өңдеу 60-62% қышқыл алуға мүмкіндік береді, сілтілі өңдеу қажеттілігін жояды, күрделі шығындарды азайтуға көмектеседі, аппараттың көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Осы типтегі қондырғыларда азот оксидтерін сіңіру 3-9 кгссм2 қысымда жүзеге асырылады. Аралас қондырғылардың кемшіліктері агрессивті азотты газдарды сіңіру алдында сығуға ұшырау фактісін қамтиды.
Қазіргі уақытта 700-1200 тоннатәулігіне 100% азот қышқылын өндіретін жоғары қуатты қондырғылар өндірістік тәжірибеге көбірек енгізілуде. Кейбір өсімдіктерде аммиак 3,5-4 кгссм2 қысымда тотығады, ал азот оксидтері 10 кгссм2 және одан жоғары қысымда жұтылады. Аммиактың тотығуы кезінде бөлінетін жылу және NO-ның NO2-ге тотығу жылуы ауа мен азотты газдарды жоғарыда көрсетілген қысымға дейін сығуға қажетті электр энергиясын өндіруге жұмсалады.
Заманауи жоғары электр станциялары, сондай-ақ біріктірілген электр станциялары күрделі шығындардың төмендігіне кепілдік береді, бірақ сонымен бірге басқа жүйелермен салыстырғанда энергияны тұтынудың айтарлықтай төмендеуіне кепілдік береді. Әртүрлі қондырғылардың өнімділік көрсеткіштерін салыстыру 2-кестеде келтірілген.
Көрсеткіштер
Қондырғылар үшін 1т HNO3 тұтыну коэффициенттері
Атмосфералық қысым
Жоғары қысым, Р=7-9 кгссм2
Біріктірілген, сіңіру бөлігінде Р=3,5 кгссм2
Жоғары қуатты Р=10кгссм2 сіңіру бөлігінде Р=3,5-4 кгссм2 аммиак тотығуы
Аммиак, т
Платина катализаторы, г
Электр энергиясы, кВт*сағ
0,287-0,290
0,045-0,049
115
0,290-0,295
0,155-0,170
360-380
0,287-0,290
0,045-0,049
230-260
0,280-0,282
0,09-0,100
8
Кесте 2. Азот қышқылын алу әдістерін салыстыру
2-кесте деректері төмен күрделі шығындармен жұмыс істейтін қысымды жүйелер атмосфералық қысымды қондырғылармен (электр энергиясы, платина) салыстырғанда жоғары операциялық шығындарды талап ететінін растаңыз.
Абсорбциялық колонналардан шығатын газдардағы азот оксидтерінің мөлшері 0,05-0,1% құрайды. Азот оксидтері ауа бассейнін уландыратындықтан, газдарды арнайы санитарлық тазарту қажет. Ол газдарды 380-480ºС дейін қыздырып, табиғи газбен араластырып, катализатор (палладий глиноземі және белсенді глинозем) азот оксидтерін элементар азотқа дейін төмендететін реакторға жіберілуінен тұрады. Нәтижесінде азот оксидтерінің мөлшері 0,004-0,006%-ға дейін азайып, 100 метрлік құбыр арқылы газдар атмосфераға шығарылады.
2.3. Концентрлі азот қышқылын алу
Кейбір салалар сұйылтылған емес, HNO3 мөлшері 96%-дан жоғары концентрлі азот қышқылын қажет етеді. Бұл концентрациядағы азот қышқылын сұйылтылған азот қышқылын концентрлеу арқылы немесе тікелей синтездеу арқылы алуға болады.
Сұйылтылған азот қышқылының концентрациясы.
Концентрлі азот қышқылын алу үшін сұйылтылған HNO3 суды тартып алатын күкірт қышқылының қатысуымен буланады.
4 сурет. Концентрлі азот қышқылын өндіруге арналған қондырғы:
1-тоңазытқыш, 2-конденсатор, 3-колонна, 4-буландырғыш
4-суретте сұйылтылған азот қышқылының концентрациясының қондырғысының принциптік схемасы көрсетілген. Концентрлі күкірт қышқылы 3-бағанға жоғарғы науалардың біріне түседі. Колоннаға сәл төменірек, шамамен 50% HNO3 бар сұйылтылған азот қышқылы беріледі. Оның бір бөлігі 4-буландырғыштан өту арқылы буланады. Азот қышқылының ыдырауы нәтижесінде түзілген су буы мен азот оксидтері аз азот қышқылының булары 3-колоннан 2-конденсаторға жіберіледі, онда азот қышқылы конденсацияланады және азот оксидтері ұсталады. Азот оксидтерінің бір бөлігі азот қышқылында ериді, сондықтан ол 2-конденсатордан колоннаның жоғарғы науасына оралады, онда ол колоннан шыққан азот қышқылы буымен тазартылады, содан кейін өнім ретінде 1-тоңазытқышқа шығарылады. Қалдық сұйылтылған күкірт қышқылы (70) %) колоннаның түбінен ағып, булану үшін суытпай кетеді.
Азот қышқылының тікелей синтезі.
Бұл әдіс аммиак тотығуының азотты газдарынан концентрлі азот қышқылын тікелей алуды қамтиды. Бұл әлсіз азот қышқылын алу, оның концентрациясы, күкірт қышқылын булану процестерін жоққа шығарады. Процесс азот газдарының құрамындағы азот оксидінің тотығуынан тұрады, нәтижесінде NO2 пайда болады, ол шамамен -8ºС дейін салқындаған кезде N2O4 түзілуімен сұйық күйге айналады. N2O4 сұйықтығынан азот қышқылының тікелей синтезі сумен және оттегімен әрекеттескенде жүреді:
2N2O4жидк+2Н2О+О2=4 HNO3 (10)
Бұл реакция 50 кгссм[2] қысымда және шамамен 75°С температурада жүргізіледі.
2.4 Өндіріс әдісін таңдау
Азот қышқылын өнеркәсіпте каталитикалық жолмен аммиактың атмосфералық оттегімен тотығуы, содан кейін азот оксидтерін сіңіру (концентрлі емес) және суды кетіретін агенттер (күкірт қышқылы немесе магний нитраты балқымасы) қатысуымен 56-60% азот қышқылын айдау және тікелей синтездеу (концентрлі) арқылы алады.
Өндірістік процестің шарттарына байланысты схемалардың түрлері бар: 1) 0,716 МПа қысымда жұмыс істейтін схема.
0,716 МПа қысыммен жұмыс істейтін сұлба бойынша азот қышқылының өндірістік қуаты бірлік санымен анықталады. Бір қондырғының өнімділігі 120 мың тоннажыл (100% азот қышқылы). Азот оксидтерінің тотықсыздануы екі сатылы АПК-2 және Al2O3 катализаторында жүреді. Каталитикалық тазартудан кейін пайдаланылған газдардағы азот оксидтерінің мөлшері 0,005% (көлем) аспайды. 0,716 МПа қысыммен жұмыс істейтін қондырғылар процессті процессордан басқаруға мүмкіндік беретін автоматтандыру құрылғыларымен жабдықталған. Бұл қондырғылар технологиялық энергияны пайдаланудың жоғары дәрежесімен, іске қосу, тоқтау және жүктемені өзгерту кезінде жоғары қозғалғыштығымен, қондырғының жоғары қуатымен және пайдаланылған газдарды азот оксидтерінен тиімді тазартумен сипатталады.
НТР процесі:
- аммиак мөлшері АВС, % (көлем) - 9,7 - 10,7
- температура, ˚С:
ABC - 180-230
Байланыс - 890-910
- өндіру қышқылының концентрациясы, % (мас.) - 58-60
5- сурет. 7 МПа қысымда азот қышқылын алу схемасы:
1 - ауа сүзгісі; 2 - каталитикалық тазарту реакторы; 3 - пеш құрылғысы; 4 - метан жылытқышы; 5 - аммиак қыздырғышы; 6 - аммиак пен ауа араластырғыш; 7 - тоңазытқыш-конденсатор; 8 - бөлгіш; 9 - сіңіру бағанасы: 10 - тазарту колонкасы; 11 - газсыз қыздырғыш; 12 - ауа жылытқышы; 13 - азотты газдарды тотықтыруға арналған ыдыс; 14 - контактілі құрылғы; 15 - қалдық жылу қазандығы; 16, 18 - екі сатылы турбокомпрессор: 17 - газ турбинасы
Қысылғаннан кейінгі негізгі ауа ағыны ауа қыздырғышында 12-ден 250 - 270 °C-қа дейін азотты газдардың жылуымен қызады және аммиакпен араластыру үшін б араластырғышқа беріледі.
Сұйық аммиакты булану арқылы алынған газ тәріздес аммиак 150°С температурада қыздырғыш 5 арқылы ылғалдан, майдан және катализатор шаңынан тазартылғаннан кейін араластырғыш 6-ға да жіберіледі. Араластырғыш кеуекті сүзгісі бар бір аппаратта біріктіріледі. . Тазалаудан кейін NH3 мөлшері 10%-дан аспайтын аммиак-ауа қоспасы аммиакты түрлендіру үшін жанасу аппаратына 14 беріледі.
2) Ірі тоннажды қондырғы АК-72.
АК-72 қондырғысында сұйылтылған азот қышқылын алу аралас әдіс бойынша жүргізіледі: аммиакты тотықтыру 0,42 МПа қысымда, азот оксидін сіңіру - 1,1 МПа.
0,42 МПа қысымда конверсияның жоғары дәрежесіне қол жеткізуге болады
аммиак (97% дейін) және платинаны тұтыну 0,1-0,12 гт азот қышқылынан аспайды.
АК-72 қондырғысының ерекшелігі табиғи газды пайдалана отырып, азот оксидтерінен пайдаланылған газдарды жоғары температурада каталитикалық тазартуды қолдану және алдын ала салқындатусыз газ турбинасына ыстық пайдаланылған газдарды беру болып табылады.
АК-72 қондырғысы автоматтандырылған. Барлық процестер процессор арқылы іске қосылады және басқарылады.
Осьтік ауа компрессорының ағын жолының ластануы және саңылаулар арқылы газдың ағуы нәтижесінде жоғары және төмен қысымды турбиналардың ПӘК төмендеуі кезінде қондырғының өнімділігі төмендейді.
АК-72 қондырғысының өнімділігі тәулігіне 1150 т.
NTR процесі:
- өндіру қышқылының концентрациясы, % (мас.) - 58-60
- жанасу температурасы, ˚С - 840-880
- катализатор - платиноидты торлар.
Процестің негізгі технологиялық схемасы 6-суретте көрсетілген.
6-сурет. - АК-72 азот қышқылын алудың технологиялық схемасы:
1 - қабылдағыш; 2 - буландырғыш; 3, 24 - сүзгілер; 4, 15 - жылытқыштар; 5 - қалпына келтіру турбинасы; 6 - каталитикалық тазарту реакторы; 7 - араластырғыш; 8 - пеш құрылғысы; 9 - тазарту бағанасы; 10 - сіңіру колонкасы, 11, 14 - суды салқындатқыштар; 12, 23 - компрессорлар; 13 - газ жуу машинасы; 16, 18 - азотты газдарға арналған тоңазытқыштар; 17 - деаэрация колоннасы; 19 - қалдық жылу қазандығы; 20 - контактілі аппарат; 21 - бөлу құрылғысы бар барабан; 22 - араластырғыш камера; 25 - ауа қабылдауға арналған құбыр
Ауа атмосферадан құбыр 25 арқылы алынады, сүзгі 24-тегі шаңнан тазартылады, ауа компрессорымен 23-тен 0,42 МПа-ға дейін қысылады және екі ағынға бөлініп, контакт аппаратына және аммиак қыздырғышына беріледі. Сұйық аммиак (бу-сұйық қоспасы) 2-буландырғышқа қабылдағыш 1 арқылы түседі, онда ол 10 - 16 °C температурада және 0,6 МПа қысымда буланады.
Буландырғыштан кейін газ тәріздес аммиак 3-сүзгіде мұнай мен механикалық қоспалардан тазартылады және аммиакты қыздырғышқа 4 жіберіледі, онда ол ауамен 80-120 ° C дейін қызады.
Тазартылған ауа мен аммиак жанасу аппаратының 20 араластырғыш камерасына 22 түседі. Алынған аммиак-ауа қоспасында 9,6 - 10,0% NH3 бар. Байланыс аппаратына салынған сүзгіде ұсақ тазартудан кейін аммиак-ауа қоспасы үш платиноидты желіден және платина емес катализатор қабатынан тұратын екі сатылы катализаторға түседі. Азотты газдар 840 - 860 °С температурада байланыс аппаратының астында орналасқан қалдық жылу қазандығына 19 түседі, мұнда олардың салқындауына байланысты 40 МПа қысымда және 440 °С температурада бу алынады. Қазандық 17 колоннадағы ауасыздандырылған химиялық тазартылған сумен қоректенеді. Деаэрацияланған су жылу алмастырғыш 16 арқылы өтеді, онда ол азотты газдармен 150 ° C дейін қызады, экономайзер 18, содан кейін қалдық 21 жылу қазандығы барабанына түседі.
3) АК-72М модернизацияланған ірі тоннажды қондырғы.
АК-72М қондырғысындағы кемшіліктерді кешенді жоюға пайдаланылған газдарды жоғары температурада каталитикалық тазарту схемасынан шығару арқылы қол жеткізілді, тапшы металл - палладий пайдаланатын АПК-72 катализаторын пайдалану алынып тасталды, пайдаланылған газдар құрамында көміртегі оксидтері мен метан жоқ, бірақ 0,01% дейін қосылады (көлемі) аммиак, энергия шығындары 15% төмендейді, бірақ қондырғының сенімділігі мен тұрақтылығын арттыру үшін тоңазытқыш-конденсаторлар титаннан жасалған.
Конверсия сатысында аммиактың тотығуы платина катализаторында және платина емес НК-2У катализаторында жүргізіледі. Азот оксидтерінен селективті тазарту сатысында алюминий-мыс-мырыш катализаторы АМТс-10 қолданылады.
Өнімділігі 380000 тжыл, тауарлық азот қышқылының концентрациясы 60%.
4) 0,35-0,4 МПа абсорбция сатысындағы қысыммен біріктірілген контур.
Жүйе өнімділігі 45-50 мың тоннажыл (100% азот қышқылымен есептегенде) бірнеше қондырғылардан тұрады. Өндірістік қышқылдың концентрациясы 47-50% (мас.).
0,35-0,4 МПа қысыммен жұмыс істейтін қондырғылардың көпшілігі тотықсыздандырғыш ретінде аммиакты пайдалана отырып, ванадий катализаторында пайдаланылған газдарды азот оксидтерінен таңдап тазартуға арналған қондырғылармен жабдықталған.
Аммиакты тотығу сатысында платина катализаторы, каталитикалық тазарту сатысында АВК-10М ванадий катализаторы қолданылады. Басқа жүйелермен салыстырғанда бұл жүйе шамамен 40%-ға аз капитал шығындарын және сілтіні сіңіру қадамының жоқтығын көрсетеді. Жүйенің кемшіліктеріне азот оксидтерінен шығатын газдарды төмен температурада каталитикалық тазартуды қолдану есебінен электр қуатының жоғарылауы, қуатты блоктардың аздығы және аммиактың жоғары шығыны жатады.
NTR процесі:
- жанасатын құрылғылар алдындағы ауадағы механикалық қоспалардың мөлшері, мг\м3 - n\b 0,007
- аммиак мөлшері АВС, % (көлем) - 10,5-11,5
- температура, ˚С:
ABC - 67-75
Байланыс - 800-820
- аммиактың айналу дәрежесі, % - 96,5-97,5
- өндіру қышқылының концентрациясы, % - 47-49
2.5. Шикізат пен дайын өнімнің негізгі физикалық-химиялық қасиеттері
өнімдер. Оларға арналған мемлекеттік стандарттар
Шикізат
Аммиак: қалыпты жағдайда өткір иісі бар түссіз газ, ол суда және басқа еріткіштерде оңай ериді, ауамен және оттегімен жарылғыш қоспалар түзеді.
Химиялық формуласы - NH3
Молекулярлық массасы - 17.03
Сұйық аммиак - 681
Газ тәрізді - 770
Өздігінен тұтану температурасы - 650 ˚С.
Қату температурасы - 77,75 ˚С.
Катализаторсыз 1000 ˚С, катализатормен 300 ˚С температурада ыдырайды.
Массалық концентрация:
- майлар (2-ші сүзгілерден кейін) - 1,0 мгм3 артық емес
- темір (сүзгілерден кейін позиция 2) - 1,0 мгм3 артық емес
- инерттіктер - 0,5% аспайды
Газ тәрізді аммиактың массалық концентрациясы - 99,6% кем емес
Массалық концентрация:
--
майлар (2-ші сүзгілерден кейін-
1,0 мгм3артық емес
--
темір (сүзгілерден кейін позиция 2) -
1,0 мгм3 артық емес
--
Инерттер
0,5% артық емес
Газ тәрізді аммиактың массалық концентрациясы -
99,6% артық емес
МЕМСТ 6221-90 сәйкес болуы керек.
Ауа: құрғақ ауа құрамында болуы керек (% көлем): N2 - 78,1; O2 - 21,0; Ar2, 0,9; су буының мөлшері 0,1-ден 2,8%-ға дейін (көлем). Өнеркәсіптік алаңдардағы ауа әртүрлі шығу тегі шаңымен, сондай-ақ бейорганикалық газ шығарындыларының әртүрлі компоненттерімен ластанған. Ауадағы шаңның мөлшері 0,5 - 1,0 мгм3.
шаңның массалық концентрациясы (ауаны тазарту аппаратынан кейін) -
7,0 мгм3 артық емес
МЕМСТ 24484 сәйкес болуы керек
Көмекші материалдар мен катализаторлар
Шикізат, материалдар, аралық өнімдер, энергия ресурстарының атауы
Стандартқа сәйкес тексеру үшін міндетті көрсеткіштер
Реттелетін көрсеткіштер
1
2
3
Ыстық су қазандықтарына арналған газсыздандырылған су (жартылай деионизацияланған судың бу конденсатымен қоспасы)
Жалпы қаттылық
Артық емес 0,01 ммольдм3
Қаріп бойынша мөлдірлік
40 см көп емес
Массалық концентрация:
-
темір қосылыстары (Fe++ бойынша)
0,1 мгкг көп емес
-
еритін оттегі (O2)
0,03 мгдм3 көп емес
-
тұздардың массалық концентрациясы
150 мгдм3 көп емес
-
рН 250С температурада
8,5 - 9,5
Платина қорытпасынан жасалған катализатор дәкелері
ГОСТ 3193-74 өзгертулермен. 5 тор платина-палладий қорытпасынан жасалған PlPdRd -4 маркалы - 3,5 Kr.2875 мм, платина құрамы - 92,5%
Диаметр:
-
-
Сымдар - 0,092 мм
Торлар - 2875 мм
Орнатылатын торға арналған өнім сапасының сертификаты стандарт пен брендке сәйкес болуы керек
СТК-1 көміртегі тотығын түрлендіруге арналған орташа температурадағы темір-хромды катализатор
ТУ 113-03-317-86 өзгертулермен. 3, CTK-1 немесе CTK-1M маркасы
Диаметр - 7 мм
Массалық концентрация:
Fe2O3 бойынша темір
CTK-1 88% кем емес
CTK - 1М 86% кем емес
Сусымалы тығыздығы нб 1,3 кгдм3
Булы конденсат
Тұздың массалық концентрациясы
7,0% көп емес
Рн
Темір оксиді (Fe2О3)
6,5% көп емес
Аммиак
оксида хрома (Сr2О3)
не нормир.
нб 0,3%
1,0-1,5%
Кесте 3. Көмекші материалдар мен катализаторлар
Дайын өнім
Азот қышқылы.
Физиохимиялық қасиеттері:
Химиялық формуласы - HNO3
Молекулярлық массасы - 63,0
Тығыздығы 46-48% азот қышқылы
200С-1,285 - 1,298 кгдм3 температурада
Қату температурасы - минус 210С - минус 19,50С
0,1 МПа қысымда қайнау температурасы - 115 - 115,50С
Көрсеткіштер атауы
Сорт нормалары
Жоғарғы сорт ОКП 21 21320120
Бірінші сорт ОКП 21 21320130
Екінші сорт ОКП 21 21320140
1
2
3
4
1.
Сырт келбеті
Механикалық қоспалары жоқ түссіз немесе сары сұйықтық
2.
HNO3 массалық үлесі, %, көп емес
57,0
56,0
46,0
3.
N2O4 бойынша азот оксидтерінің массалық үлесі, %, артық емес
0,0788888888888
0,1
0,2
4.
Кальцинациядан кейінгі қалдықтың массалық үлесі, %, артық емес
0,004
0,02
0,05
Кесте 4. Концентратсыз азот қышқылының сорттарының нормалары
Концентрлі емес азот қышқылы ОСТ 113-03-270-90 талаптарына сәйкес болуы керек.
Азот қышқылы - құрамында азот бар заттардың көпшілігін өндіруге арналған бастапқы өнімдердің бірі. Оның мөлшерінің 70 - 80% дейін минералды тыңайтқыштар алуға жұмсалады. Сонымен қатар, азот қышқылы жарылғыш заттардың барлық дерлік түрлерін, нитраттарды және басқа да бірқатар техникалық тұздарды өндіруде қолданылады; органикалық синтез өнеркәсібінде; зымыран техникасында, әртүрлі процестерде тотықтырғыш ретінде және халық шаруашылығының көптеген басқа салаларында.
2.6. Қабылданған әдістеменің теориялық негізі
Концентрлі емес азот қышқылын аммиакты екі сатыда контактілі тотығу арқылы алады:
- бірінші кезең - аммиактың азот оксидіне (II) контактілі тотығуы
4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О + 904 кДж (11)
- екінші кезең - азот оксидінің (II) жоғары оксидтерге тотығуы және қышқыл түзе отырып, олардың сумен сіңірілуі.
2NO + O2 = 2NO2 + 212,7 кДж (12)
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + 73,6 кДж (13)
Азот қышқылын алудың жалпы реакциясын мына теңдеумен көрсетуге болады:
NH3 + 2О2 = НNO3 + Н2О + 329,5 кДж
Концентрлі емес азот қышқылын алу аралас әдіспен жүзеге асырылады: аммиак атмосфералық қысымда тотығады, азот оксидтері 0,35 МПа (3,5 кгссм2) қысымда жұтылады.
Ауа тотығуға жұмсалатындықтан реакция өнімінде азот әрқашан болады.
Катализатор мен процесс жағдайларына байланысты белгілі бір реакциялар басым болады. Соңғы өнімдердің құрамы катализатордың селективтілігімен анықталады. Процестің катализаторлары келесі металдар болып табылады: Pt, Pl, Cu, Ag, Ni, Au, Fe, W, Ti.
Платинаның артықшылықтары:
1) Платина реакцияға ең белсенді, 600-1000°С температурада (99%-ға дейін) азот оксидінің 1:: 10-4 с жанасу уақытымен жоғары шығымдылығын қамтамасыз етеді.
2) Платинаның реакцияның басталу температурасы 195-200 °C.
3) Ол платина қорытпаларын аммиак тотығуының ең жақсы катализаторларына айналдыратын жақсы икемділікке, иілгіштікке, иілгіштікке ие.
Платинаның кемшіліктері:
1) Реакциялық қоспаның әсерінен конверсиялық температурада оның жойылу үрдісі.
2) Көп мөлшердегі улардың әсеріне ұшырау, сондықтан платинаның әртүрлі металдармен қорытпалары зерттеліп, қолданылды.
Катализатор торлар түрінде қолданылады. Бұл пішін жұмыс істеуге ыңғайлы, платиноидтардың минималды инвестициясымен сипатталады және жұмыс кезінде ең қарапайым және ыңғайлы типтегі контактілі аппараттарды пайдалануға мүмкіндік береді. Торларды дайындау үшін D = 0,06-0,09 мм сым қолданылады. Жасушаның бүйірлік өлшемі 0,22 мм, ұяшықтардың саны 1 см2-де 1024.
Аммиактың NO-ға дейін тотығуы гетерогенді жүйе болып табылады. Тотығу реакциясының жылдамдығы ең алдымен катализатор бетіне O2 және NH3 диффузиясының жылдамдығына байланысты. Аммиактың платиноидты катализатордың бетіне диффузия жылдамдығы оттегінің диффузия жылдамдығынан төмен, сондықтан аммиактың NO-ға дейін тотығу жылдамдығын анықтайды.
Тотығу жылдамдығы жанасу уақытына, температураға, қысымға, NH3 : O2 қатынасына байланысты.
Катализ аймағында АВС тұру уақытының ұлғаюы, яғни. газ шығынының төмендеуі элементар азоттың түзілуіне әкеледі. Газ жылдамдығын оптимумнан жоғары арттыру катализ аймағында газ қоспасының тұру уақытын қысқартады, бұл аммиактың азотты газ ағынына серпілуіне әкеледі.
Оксидтің диоксидке тотығу процесі азотты газда болатын оттегі арқылы жүзеге асады.
2NO2 + O2--2NO2 + 112,3 кДж (14)
2NO2--N2O4 + 56,9 кДж (15)
NO2+ NO-- N2O3 + 40 кДж (16)
2-реакция тек сұйық фазада, ал 1 және 3-ші реакция газ фазасында жүреді. Барлық реакциялар экзотермиялық, қайтымды, көлемінің төмендеуімен жүреді, катализаторсыз.
Ле Шателье принципі бойынша температураның жоғарылауымен реакция тепе-теңдігі солға ығысады, бұл NO2 шығымының төмендеуіне әкеледі. Бұл реакцияны жеделдету үшін жоғары қысымды, төмен температураны, сондай-ақ NO және O2 концентрациясының жоғарылауын қолданған жөн. Реакция жылдамдығы газ қоспасындағы NO концентрациясының квадратына және O2 концентрациясына пропорционал.
Абсорбцияға түсетін азотты газдардың құрамында NO2, N2O3 және NO болады. NO-дан басқа осы оксидтердің барлығы сумен әрекеттесіп, азот қышқылын түзеді. Жалпы алғанда, азот қышқылының түзілу процесі келесі теңдеулер түрінде сипатталады:
3NO2+H2O=2HNO3 + NO (17)
3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO (18)
Реакциялар экзотермиялық, қайтымды, гетерогенді, үздіксіз, газ көлемінің азаюымен.
Суды сіңіру арқылы азот оксидтерін толық азот қышқылына айналдыру мүмкін емес. Азот оксидтері сіңіру бағанынан шығатын газдарда әрқашан болады, олардың мазмұны олардың сіңірілу шарттарына байланысты.
Азот оксидінің артық мөлшерімен азот қышқылының ыдырауы орын алады, сондықтан NO-ның NO2-ге айналуын барынша арттыру үшін қосымша оттегін енгізу керек.
Температураны 10 ˚С төмендету азот оксидінің сіңірілу жылдамдығын 2,5 есе, NO-ның NO2-ге дейін тотығу жылдамдығын 1,5 есе арттырады. Сіңу температурасы 20-35 ºС болуы керек екендігі іс жүзінде анықталған.
Қысымның жоғарылауымен: оксидтердің сіңірілу жылдамдығы артады, бірақ азот қышқылының концентрациясы аздап артады; NO2-нің азот қышқылына ерігіштігі артады, бұл үлкен минус, сондықтан абсорберлерден кейін азот қышқылы тазарту колоннасына түседі, онда ол ауамен тазартылады, NO2 жойылады, тазарту газы жүйеге қайтарылады және тазартылған қышқыл қоймаға түседі.
Термиялық процестер кезінде жылу бір заттан екінші затқа өтеді. Өздігінен тасымалдану үшін бұл заттардың біреуі екіншісінен ыстық болуы керек. Температурасы жоғары, жылу алмасу процесінде жылу бөлетін затты ыстық салқындатқыш деп, ал жылуды қабылдайтын температурасы төмен затты суық салқындатқыш деп атайды.
Жылу процестерін жүргізудің екі негізгі әдісі бар:
1) Тікелей жанасу арқылы жылу беру: жылу тасымалдағыштар әдетте бір-бірімен араласады, бұл әрқашан қолайлы емес; сондықтан бұл әдіс салыстырмалы түрде сирек қолданылады, дегенмен ол аппараттық дизайнда әлдеқайда қарапайым.
2) Қабырға арқылы жылу беру: жылу тасымалдағыштар араласпайды және олардың әрқайсысы жеке арна арқылы қозғалады; жылу тасымалдағыштарды бөлетін қабырғаның беті жылу алмасу үшін пайдаланылады және жылу алмасу беті деп аталады.
Тұрақты және тұрақсыз жылу алмасу процестерін ажырату.
Тұрақты (стационарлық) процесс кезінде аппараттың әрбір нүктесіндегі температуралар уақыт бойынша өзгермейді. Тұрақсыз (стационарлық емес) процесте температура уақыт бойынша өзгереді.
Жылудың бір денеден екінші денеге берілуі өткізгіштік, конвекция және сәулелену арқылы болуы мүмкін.
Жылыту агенттері: су буы (150-170 ˚С), жоғары қайнайтын сұйықтықтардың булары (150-170 ˚С жоғары), ыстық газдар (400-ден 700-1000 ˚С), электр тогы (1000-2000 ˚С) .
Салқындатқыштар: ауа, су (40-50 ˚С), төмен температуралы заттар (5-20 ˚С төмен).
2.7. Түйіннің технологиялық сұлбасын сипаттау
Аммиакты тотықтыру үшін биіктігі 25 м және диаметрі 820х3 мм агрегаттық ауа қабылдау құбырлары арқылы атмосферадан бөлуден тікелей алынатын ауа оттегі қолданылады.
Ауаны механикалық қоспалардан тазарту үшін мата сүзгісі орналасқан аппарат (OV) қарастырылған. Шүберек сүзгісі 89 дана көлемінде рамаға бекітілген жеңдер түрінде жасалған. Тазалаудан кейін ауа құбыр арқылы қондырғының құрамына кіретін сорғыш және газ үрлегіштерге (ГД) жіберіледі.
Аммиакты механикалық қоспалардан және мұнайдан алдын ала тазарту, оны газ үрлегішке түсірер алдында мата фильтрлерінде (F) жүргізіледі. Әрбір сүзгі жалпы корпусқа салынған 15 сүзгі бөлімінен тұрады. Сүзгі материалы мақта күдері болып табылады.
Сүзгілерден кейін аммиак жалпы коллекторға түседі, одан қондырғының араластырғыштарына шығатын саңылаулар бар, онда ол ауамен араласады.Қалдық жылу қазандарынан (ЖЖҚ) шығатын газдар.
Қыздырғыштан (ҚҚ) кейін аммиак-ауа қоспасы контактілі аппаратқа (ҚА) түседі. Байланыс аппараты екі бөліктен тұрады: жоғарғы бөлігі картон сүзгісі бар және төменгі бөлігі екі сатылы катализаторы бар.
Катализаторға біркелкі ABC беру үшін сүзгілерден кейін газ тарату торы орнатылады.
Аммиак-ауа қоспасы контактілі аппаратта жоғарыдан төмен қарай өтіп, аммиак 8250С аспайтын температурада тотыққан платиноидты торға және платина емес KN-2 катализаторының қабатына түседі.
Аппараттың төменгі бөлігі ішінен отқа төзімді кірпішпен қапталған.
Құрамында 1011% азот оксиді бар аммиакты тотығу кезінде түзілетін азотты газдар жанасу аппаратынан кейін тікелей жанасу аппаратының астында орналасқан қалдық жылу қазандығына (ЖҚҚҚ) түседі.
Қалдық жылу қазандығы ауасыздандырылған сумен қоректенеді. Қалдық жылу қазандығындағы температурасы 8250С аспайтын азотты газдардың шығыны өз жылуын ауасыздандырылған суға береді, ал қатты қызған бу температурасы 4500С-ден жоғары емес және қысымы 3,9 МПа (39) аспайтын қысыммен алынады. кгссм2).
Температурасы 140 2100С екі агрегаттық қалдық-жылу қазандарынан азотты газдар ABC қыздырғышына жіберіледі, онда олар 100 1100С температураға дейін салқындатылады, содан кейін газ жуу тоңазытқыштарына (ГР) түседі.
Газ шайғыштарда азотты газды қайта өңделген сумен 45 600С температураға дейін одан әрі салқындатады және концентрациясы 10 15 % (азот қышқылы конденсаты - ҚАК) азот қышқылын түзе отырып, су буының ішінара конденсацияланады. ҚАК ауырлық күшімен тұндырғыштарға және одан әрі буферлік цистерналарға түседі. Буферлік резервуардан АС бөлігі аммиак катализатор дәкелері арқылы сырғанау кезінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz