Курсовая работа: Производство азотной кислоты

1.2.3 Готовая продукция

Азотная кислота.

Физико-химические свойства:

Химическая формула- НNO3

Молекулярная масса- 63,0

Плотность 46-48% азотной кислоты

при температуре 200С-1,285 - 1,298 кг/дм3

Температура замерзания- минус 210С - минус 19,50С

Температура кипения при давлении 0,1 МПа- 115 - 115,50С

Таблица 2 – Нормы для сортов неконцентрированной азотной кислоты

Наименование показателя		Нормы для сортов
		Высший сорт ОКП 21 21320120	Первый сорт ОКП 21 21320130	Второй сорт ОКП 21 21320140
1		2	3	4
1.	Внешний вид	Бесцветная или желтая жидкость без механических примесей
2.	Массовая доля HNO3, %, не менее	57,0	56,0	46,0
3.	Массовая доля оксидов азота в пересчете на N2O4, %, не более	0,07	0,1	0,2
4.	Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,004	0,02	0,05

Кислота азотная неконцентрированная должна соответствовать требованиям ОСТ 113-03-270-90.

Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения большинства азотосодержащих веществ. До 70 – 80 % ее количества расходуется на получение минеральных удобрений. Одновременно азотная кислота применяется при получении взрывчатых веществ почти всех видов, нитратов и ряда других технических солей; в промышленности органического синтеза; в ракетной технике, как окислитель в различных процессах и во многих других отраслях народного хозяйства.

1.3 Теоретические основы принятого метода

Неконцентрированную азотную кислоту получают контактным окислением аммиака в две стадии:

- первая стадия - контактное окисление аммиака в оксид азота (II)

4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О + 904 кДж (2)

- вторая стадия - окисление оксида азота (II) в высшие оксиды и поглощение их водой с образованием кислоты

2NO + О2 = 2NO2 + 212,7 кДж (3)

3NО2 + Н2О = 2НNO3 + NO + 73,6 кДж (4)

Суммарная реакция получения азотной кислоты может быть представлена уравнением:

NH3 + 2О2 = НNO3 + Н2О + 329,5 кДж

Производство неконцентрированной азотной кислоты осуществляется комбинированным способом: окисление аммиака происходит под атмосферным давлением, абсорбция оксидов азота происходит под давлением 0,35 МПа (3,5 кгс/см2).

Так как расходуется воздух на окисление, то в продукте реакции всегда находится азот.

В зависимости от катализатора и условий проведения процесса преобладают те или иные реакции. Состав конечных продуктов определяется избирательностью катализатора. Катализаторами для процесса являются следующие металлы: Pt, Pl, Cu, Ag, Ni, Au, Fe, W, Ti.

Достоинства платины:

1) Платина наиболее активна для реакции, обеспечивает при температуре 600-1000 оС высокий выход оксида азота (до 99%) при времени контакта 1· 10-4 с.

2) Платина имеет температуру инициации реакции, равную 195-200 оС.

3) Имеет хорошую пластичность, ковкость, тягучесть, что делает сплавы платины самыми лучшими катализаторами окисления аммиака.

Недостатки платины:

1) Ее склонность к разрушению при температуре конверсии под воздействием реакционной смеси.

2) Подверженность влиянию большого количества ядов, поэтому исследовались и применяются сплавы платины с различными металлами.

Катализатор применяют в виде сеток. Эта форма удобна в эксплуатации, характеризуется минимальным вложением платиноидов и позволяет применять наиболее простой и удобный в эксплуатации тип контактного аппарата. Для изготовления сеток используют проволоку Д=0.06-0.09 мм. Размер стороны ячейки 0,22 мм, число ячеек1024 на 1 см2.

Окисление аммиака до NO относится к гетерогенным системам. Скорость реакции окисления зависит в первую очередь от скорости диффузии O2 и NH3 к поверхности катализатора. Скорость диффузии аммиака к поверхности платиноидного катализатора ниже, чем скорость диффузии кислорода, поэтому она и является определяющей скорость окисления аммиака до NO.

Скорость окисления зависит от времени контактирования, температуры, давления, соотношения NH3 : O2.

Увеличение времени пребывания АВС в зоне катализа, т.е. уменьшение скорости газового потока, ведет к образованию элементарного азота. Увеличение скорости газа выше оптимальной уменьшает время пребывания газовой смеси в зоне катализа, что ведет к проскоку аммиака в поток нитрозного газа.

Процесс окисления оксида в диоксид осуществляется кислородом, находящимся в нитрозном газе.

2NO2 + O2↔2NO2 + 112,3 кДж (5)

2NO2↔N2O4 + 56,9 кДж (6)

NO2+ NO↔ N2O3 + 40 кДж (7)

Реакция 2 протекает только в жидкой фазе, а 1 и 3 – газовой. Все реакции экзотермические, обратимы, идущие с понижением объема, без катализатора.

По принципу Ле-Шателье с повышением температуры равновесие реакции сдвигается влево, что приводит к снижению выхода NO2. Для ускорения этой реакции целесообразно применять повышенные давления, пониженные температуры, а также повышенные концентрации NO и O2. Скорость реакции пропорциональна квадрату концентрации NO в газовой смеси и концентрации O2.

Нитрозные газы, поступающие на абсорбцию, содержат NO2, N2O3, и NO. Все эти оксиды кроме NO реагируют с водой с образованием азотной кислоты. Суммарно процесс образования азотной кислоты описывается в виде следующих уравнений:

3NO2+H2O=2HNO3 + NO (8)

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO (9)

Реакции экзотермичны, обратимы, гетерогенные, непрерывные, с уменьшением газового объема.

Полностью переработать оксиды азота в азотную кислоту при водной абсорбции невозможно. В газах, выходящих из абсорбционной колонны, всегда будут присутствовать оксиды азота, содержание которых зависит от условий их поглощения.

При избытке оксида азота будет происходить разложение азотной кислоты, поэтому необходимо вводить дополнительный кислород для максимального превращения NO в NO2.

Понижение температуры на 10 ˚С увеличивает скорость поглощения оксида азота в 2,5 раза, а скорость окисления NO в NO2 в 1,5 раза. Практически установлено, что температура абсорбции должна быть 20-35 ۫ С.

При увеличении давления: увеличивается скорость поглощения оксидов, но концентрация азотной кислоты повышается незначительно; повышается растворимость NO2 азотной кислоте, а это является большим минусом, поэтому азотная кислота после абсорберов подают в продувочную колонну, где ее продувают воздухом, удаляя NO2, продувочный газ возвращают в систему, а очищенная кислота идет на склад.

При тепловых процессах тепло передается от одного вещества к другому. Для самопроизвольного переноса одного из этих веществ должно быть более нагрето, чем другое. Вещество с более высокой температурой, которое в процессе теплообмена отдает тепло, называется горячим теплоносителем, а вещество с более низкой температурой, принимающее тепло, - холодным теплоносителем.

Существуют два основных способа проведения тепловых процессов:

1) Передача тепла непосредственным соприкосновением: теплоносители обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо; поэтому данный способ применяется сравнительно редко, хотя он значительно проще в аппаратурном оформлении.

2) Передача тепло через стенку: теплоносители не смешиваются и каждый из них движется по отдельному каналу; поверхность стенки, разделяющей теплоносители, используется для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена.

Различают установившиеся и неустановившиеся процессы теплоотдачи.

При установившемся (стационарном) процессе температуры в каждой точке аппарата не изменяются во времени. При неустановившемся (нестационарном) процессе температуры изменяются во времени.

Передача тепла от одного тело к другому может происходить посредством теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.

Нагревающие агенты: водяной пар (150-170 ˚С), пары высококипящих жидкостей (выше 150-170 ˚С), горячие газы (от 400 до 700-1000 ˚С), электрический ток (1000-2000 ˚С).

Охлаждающие агенты: воздух , вода (40-50 ˚С), низкотемпературные агенты (ниже 5-20 ˚С).

1.4 Описание технологической схемы узла

Для окисления аммиака используется кислород воздуха, забираемый непосредственно около отделения из атмосферы через агрегатные воздухозаборные трубы высотой 25 м и диаметром 820х3 мм.

Для очистки воздуха от механических загрязнений предусмотрен аппарат (ОВ) в котором расположен суконный фильтр. Суконный фильтр выполнен в виде рукавов, закрепленных на раме в количестве 89 шт. После очистки воздух по трубопроводу направляется на всас газодувки (ГД), входящей в состав агрегата.

Предварительная очистка аммиака от механических примесей и масла, перед поступлением его в газодувку, осуществляется на матерчатых фильтрах (Ф). Каждый фильтр состоит из 15-ти фильтрующих секций, заключенных в общий корпус. Фильтрующим материалом служит хлопчатобумажная замша.

После фильтров аммиак поступает в общий коллектор, от которого имеются отводы к смесителям агрегата, где он смешивается с воздухом.Из газодувки (ГД) аммиачно-воздушная смесь поступает в подогреватель АВС (ПА), где подогревается до температуры 60 ÷ 700С за счет тепла нитрозных газов, выходящих из котлов-утилизаторов (КУ).

После подогревателя (ПА) аммиачно-воздушная смесь поступает в контактный аппарат (КА). Контактный аппарат состоит из двух частей: верхняя часть с картонным фильтром и нижняя часть с двухступенчатым катализатором.

Верхняя часть контактного аппарата с фильтром служит для тонкой очистки аммиачно-воздушной смеси от механических примесей. Картонный фильтр состоит из пяти фильтровальных пакетов, каждый пакет собран из 56 картонных колец в жестком каркасе.

Для равномерной подачи АВС на катализатор, после фильтров установлена газораспределительная решетка.

Аммиачно-воздушная смесь, проходя сверху вниз в контактном аппарате, поступает на платиноидную сетку и слой неплатинового катализатора КН-2, где при температуре не более 8250С происходит окисление аммиака.

Выход оксидов азота от количества окисляемого аммиака не должен быть ниже 96%. В случае снижения степени конверсии ниже 96%, катализаторная сетка подлежит регенерации. Срок службы катализаторной сетки 7200 часов. Срок службы неплатинового катализатора не более 6 лет.

Нижняя часть аппарата футерована внутри огнеупорным кирпичом.

Образующиеся при окислении аммиака нитрозные газы, содержащие 10÷11% оксидов азота, поступают после контактного аппарата в котел-утилизатор (КУ), который расположен непосредственно под контактным аппаратом.

Питание котла-утилизатора производится деаэрированной водой. Поток нитрозных газов с температурой не более 8250С в котле-утилизаторе отдает свое тепло деаэрированной воде, при этом получается перегретый пар с температурой не более 4500С и давлением не более 3,9 МПа (39 кгс/см2).

Нитрозные газы из двух агрегатных котлов-утилизаторов с температурой 140 ÷2100С направляются в подогреватель АВС, где охлаждаются до температуры 100 ÷ 1100С и далее поступают в газовые холодильники-промыватели (ХП).

В газовых холодильниках-промывателях происходит дальнейшее охлаждение нитрозного газа оборотной водой до температуры 45 ÷ 600С и частичная конденсация водяных паров с образованием азотной кислоты с концентрацией 10÷15% (конденсат азотной кислоты - КАК). КАК самотеком поступает в баки отстойники и далее в буферные баки . Из буферного бака часть КАК насосами подается на верхние тарелки холодильников-промывателей (ХП) для промывки нитрозного газа от аммонийных солей, образующихся при проскоках аммиака через катализаторные сетки. Основная часть КАК перекачивается в бак кислого конденсата , где смешивается с паровым конденсатом и обессоленной водой, откуда насосами через холодильники подается на 40-ю тарелку абсорбционных колонн.

При необходимости, КАК из буферного бака насосами может подаваться на 8, 10 и 15 тарелки абсорбционных колонн для переработки.

В газовых холодильниках-промывателях протекают следующие реакции:

2NO + О2 = 2NO2 + 212,7 кДж

2NO2 = N2О4 + 56,9 кДж

N2О4 + Н2О = НNO3 + НNO2 + 74,8 кДж

НNO3 + NH3 = NH4NO3 + 148,6 кДж

НNO2 + NH3 = NH4NO2 + 121,9 кДж

Из цеха водоподготовки химочищенная вода поступает в отделение I и подается на деаэрацию. Химочищенная вода может подаваться на деаэрацию напрямую или через подогреватель (ПВ), где подогревается "сепаратом".

После подогревателя, или пройдя напрямую (по байпасу), ХОВ поступает на верхнюю распределительную тарелку деаэрационной колонны (ДК). Проходя последовательно ситчатые тарелки в колонне, вода подогревается паром вторичного вскипания давлением 0,05 МПа, вводимым непосредственно в химочищенную воду в нижнюю часть колонны и деаэрируется.

Растворенные в воде кислород и диоксид углерода (углекислый газ) выделяются из нее и вместе с частью пара направляются в конденсатор, где пар конденсируется и конденсат стекает в баки, а газы уходят в атмосферу.

Деаэрированная и подогретая вода из деаэрационной колонны стекает в деаэраторный бак (ДБ), куда также подается паровой конденсат. В деаэраторном баке смесь химочищенной воды и парового конденсата подвергается повторной деаэрации через барботажное устройство, острым паром давлением 0,8 ÷ 1,3 МПа (8 ÷13 кгс/см2) (МС-П2), поступающим из цехового коллектора перегретого пара. После деаэрации питательная вода с температурой 102 ÷ 104 0С поступает на всас насосов (НП) и подается по двум коллекторам питательной воды в агрегатный подогреватель (ППВ), установленный перед котлами-утилизаторами. В подогревателе питательная вода подогревается паром до температуры не менее 1300С и через фильтры и дроссельные шайбы поступает в котел-утилизатор (КУ) с давлением МПа (40 ÷ 74 кгс/см2).

В котле-утилизаторе прямоточного типа питательная вода проходит экономайзеры первой и второй ступени, пароиспарительный пакет. В пароиспарительном пакете образуется пароводяная эмульсия с объемной концентрацией пара 75÷88%.

Пароводяная эмульсия из пароиспарительного пакета направляется в два параллельно расположенных сепаратора пленочного типа, где производится осушка пара. Сухой насыщенный пар направляется в пароперегреватель котла-утилизатора, где он перегревается до температуры не более 4500С и выдается в общий коллектор перегретого пара с давлением не более 3,9МПа (39 кгс/см2). Общий коллектор перегретого пара имеет арматуру, разделяющую его на отдельные участки.

Из коллектора пар подается на редукционно-охладительную установку (РОУ-1) и редукционные установки (РУ-1, РУ-2, РУ-5, РУ-6, РУ-7). РОУ предназначена для увлажнения, охлаждения и регулировки давления полученного пара, а РУ - для снижения давления пара до определенных параметров перед выдачей его потребителям. Для охлаждения пара в смесительную камеру РОУ-1 подается вода от питательных насосов с температурой 102÷1040С.

На выходе пара из каждого котла-утилизатора (КУ) и на РОУ-1 установлены предохранительные клапаны.

Отделившаяся в сепараторах вода, называемая сепаратом, с температурой 200 ÷ 2500С поступает в копилку. В копилке автоматически поддерживается уровень сепарата, а излишки направляются в сепаратор непрерывной продувки, где при снижении давления происходит вскипание сепарата и частичное его превращение в пар. Пар вторичного вскипания давлением не более 0,7 МПа (7 кгс/см2) из сепаратора непрерывной продувки подается в деаэрационную колонну (ДК). Неиспарившаяся вода направляется в подогреватель химочищенной воды (ПВ), где отдает свое тепло химочищенной воде подаваемой на деаэрацию. Затем сепарат направляется в баки-барботеры, где смешивается с охлаждающей водой и сбрасывается в промливневую канализацию.

Во время работы котла-утилизатора поддерживается соотношение "небаланса" пар: вода в пределах 12 ÷ 25%, это значит, что 12 ÷ 25% воды поступающей в котел, должно непрерывно сбрасываться через копилки в виде сепарата.

Деаэрированная вода из деаэраторных баков I и II по отдельному трубопроводу с температурой 102 ÷ 1040С поступает в межтрубное пространство подогревателя химочищенной воды. Охлажденная до температуры 60 ÷ 900С, за счет химочищенной воды поступающей в трубное пространство подогревателя, деаэрированная вода с давлением 0,03 ÷ 0,08 МПа (0,3 ÷ 0,8 кгс/см2) поступает на всас подпиточных насосов, откуда с давлением 0,35 ÷ 0,55 МПа (3,5 ÷ 5,5 кгс/см2) подается в теплофикационный коллектор на подпитку системы теплофикации.

Подогретая в подогревателе (поз.99) химочищенная вода с температурой от 60 до 800С поступает на деаэрацию.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5