Курсовая работа: Производство неконцентрированной азотной кислоты

Имеются сведения, что Кр этой реакции зависит не только от температуры, но и от концентрации оксидов азота в газе [1, 3]. В соответствии с равновесием реакции (3.2.) степень полимеризации оксида азота (IV) увеличивается при понижении температуры, повышении давления и концентрации оксидов азота в газе.

При низких температурах и повышенных давлениях равновесие реакции (1.2.) практически полностью сдвинуто в сторону образования N2O4. Например, степень полимеризации (X) чистого диоксида азота составляет:

Температура, оС	-20	0	10	30	70	100	150
Х, %	92	89	87	77,8	38,4	12,5	1,4

Несмотря на незначительную степень диссоциации при низких температурах нитрозный газ окрашен в бурый цвет, что говорит о присутствии в нем оксида азота (IV) (NO2) – единственного оксида азота, имеющего окраску. Окраски не имеет лишь равновесная смесь, находящаяся в твердом состоянии.

Скорость полимеризации оксида азота (IV) очень велика. Равновесие реакции (3.2.) устанавливается практически мгновенно– за 10-4 с, поэтому в расчетах принимают, что в любой взятый отрезок времени смесь NO2–N2О4 находится в равновесии.

Образованию оксида азота (III) (N2О3) способствуют пониженные температуры. Равновесие реакции (3.3.) сдвигается в сторону образования N2O3 при понижении температуры, повышении давления и увеличении концентрации оксидов азота в газе. Приближение степени окисления NО к 50% также способствует увеличению содержания в нитрозном газе N2O3.

Так как оксид азота (IV), присутствующий в газе, немедленно полимеризуется (особенно при пониженных температурах), то содержание N2O3 в нитрозных газах обычно невелико. Так, в нормальных условиях, даже в эквимолекулярной смеси содержание N2O3 составляет всего 7%. Обычно в нитрозных газах при 25 °С и степени окисления 50% содержание N2O3 не превышает 2%.

Скорость достижения равновесия реакции (3.3.) велика – равновесие устанавливается за время, менее 0,1 с. Обычно при расчете процесса переработки нитрозных газов содержанием в них N2O3 пренебрегают, хотя следует иметь в виду, что в определенных условиях кислотообразование может идти путем поглощения N2O3.

3.2 Описание технологической схемы

Переработка окислов азота в азотную кислоту

Нитрозный газ после котла-утилизатора направляется в экономайзеры, который установлен последовательно по ходу нитрозного газа. Каждый водяной экономайзер состоит из трех блоков змеевиков, помещенных в общей камере. По трубкам экономайзера протекает питательная вода, а в межтрубном пространстве – нитрозный газ.

В теплообменной части экономайзера нитрозный газ охлаждается до температуры 250 ÷ 260оС.

В объеме газоходов и в свободном объеме второго по ходу нитрозного газа «не кипящего» экономайзера температура нитрозного газа повышается до температуры 270 ÷ 290оС. В теплообменной части экономайзера нитрозный газ охлаждается до температуры 185 ÷ 195оС.

Затем нитрозный газ охлаждается до температуры 110 ÷ 188оС в подогревателе частично обессоленной воды , который представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В трубной части теплообменника – нитрозный газ, в межтрубном – частично обессоленная вода.

После подогревателя частично обессоленной воды нитрозный газ поступает в водяной холодильник нитрозного газа I ступени, где охлаждается до температуры 55 ÷ 65оС. Одновременно с охлаждением газов происходит конденсация паров воды, образующихся в результате реакции окисления аммиака и образование азотной кислоты при поглощении окислов азота водой. Образовавшаяся азотная кислота с массовой концентрацией 35 ÷ 45% отводится в нижнюю часть газового холодильника-промывателя .

Водяной холодильник нитрозного газа I ступени представляет собой горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник. В трубном пространстве нитрозный газ, в межтрубном – оборотная вода.

После длительного периода эксплуатации схемой предусмотрена кислотная промывка холодильника для очистки поверхности трубчатки от солей. Промывка осуществляется 50 ÷ 60% азотной кислотой, в межтрубное пространство холодильника.

На период промывки холодильник оглушается от водяных коллекторов заглушками из нержавеющей стали.

Охлажденный нитрозный газ после холодильника нитрозного газа I ступени поступает в газовый промыватель, где на четырех тарелках повального типа происходит охлаждение и отмывка нитрозного газа азотной кислотой от нитрит – нитратных солей аммония. Нитрозный газ на тарелках охлаждается до температуры 40 ÷ 60оС.

В теплообменниках и образовавшиеся нитрит – нитратные соли аммония частично поглощаются конденсатом азотной кислоты.

Основное количество аммония и проскочивший газообразный аммиак улавливается в газовом промывателе, поэтому накопление солей аммония в азотной кислоте в кубе является основным показателем полноты сгорания аммиака в контактных аппаратах. В кислой среде куба газового промывателя нитрит аммония окисляется по реакции:

(1) 2NН4NО2 + 2 НNО3 = 2 NН4NО3 + NО2 + NО + Н2О

При выходе на режим массовая концентрация аммонийных солей в азотной кислоте в кубе промывателя должна быть не более 2 г\дм3 , в нитрозном газе после – не более 500 мг\м3 .

При нормальной работе массовая концентрация солей аммония в азотной кислоте на выходе из 70 ÷ 200 мг\дм3 , в нитрозном газе после 100 ÷ 200 мг\дм3 .

При нормальном технологическом режиме впрыск смеси частично обессоленной воды и парового конденсата производится два раза в смену в течение 30 минут.

При подаче смеси частично обессоленной и конденсата пара в нитрозный нагнетатель, необходимо контролировать температуру нитрозного газа после нагнетателя, не допуская понижения более, чем на 10 ÷ 15оС.

Отмывка и охлаждение нитрозного газа осуществляется азотной кислотой массовой долей 35 ÷ 45%, циркулирующей по циклу: газовый промыватель → холодильник азотной кислоты Icтупени → кислотный насос → холодильник азотной кислоты II ступени – газовый промыватель .

В холодильнике I ступени азотная кислота охлаждается оборотной водой до температуры 50 ÷ 55оС, в холодильнике II ступени – до температуры 35 ÷ 40оС.

Нижняя часть газового промывателя является сборником азотной кислоты, образующейся в холодильнике нитрозного газа и газовом промывателе .

Образующаяся в холодильнике II ступени азотная кислота с массовой долей 60 ÷ 65% (вес) отводится в нижнюю часть абсорбционной колонны . Нитрозный газ поступает под первую тарелку абсорбционной колонны.