Курсовая работа: Производство азотной кислоты
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.