Курсовая работа: Синтез и анализ ХТС в производстве азотной кислоты

Азот играет особо важную роль в природе; он участвует в основных биохимических процессах и образует важнейшие питательные вещества для растений, животных и человека.

Достаточно крупные месторождения связанного азота в виде азотнокислого натрия (нитрата натрия) имеются только в Чили, они были открыты в начале 19 в. Небольшое количество связанного азота при переработке коксового газа. Основную же массу азотсодержащих продуктов (около 95%) производят на основе аммиака, искусственно получаемого на химических предприятиях.

Аммиак представляет собой бесцветный газ с характерным запахом. При охлаждении до - 30°С он сжижается, а при 78°С затвердевает, образуя бесцветную кристаллическую массу. Критическая температура аммиака 132,4°С, критическое давление 111,5 атм. Аммиак хорошо растворим в воде: при 20°С и атмосферном давлении в 1л воды растворяется 700 л газообразного аммиака. Несколько хуже он растворяется в органических жидкостях.

При непосредственном соединений аммиака с кислотами получают соли, например нитрат или сульфат аммония. При взаимодействии аммиака с СО₂ образуется карбамид (мочевина), который является одним из лучших азотных удобрений благодаря высокой концентрации азота и хорошим физическим свойствам; на основе карбамида получают также разнообразные химические продукты.

Водные растворы аммиака (аммиачная вода), водно-аммиачные растворы солей и жидкий аммиак широко применяются в сельском хозяйстве для непосредственного внесения в почву в качестве жидких азотных удобрений.

Сухие аммиак и воздух образуют взрывоопасные смеси; пределы взрываемости таких смесей при 18°С ограничены интервалом содержания аммиака от 15,5 до 27%. Таким образом, смеси, содержащие менее 15,5 и более 27% аммиака, при зажигании их искрой не взрываются. При повышении температуры пределы взрываемости аммиачно-воздушных смесей расширяются. Учитывая эти особенности аммиачно-воздушных смесей, при осуществлении промышленных процессов поддерживают содержание аммиака до 15,5 или выше 27%.

Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнён примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль. Смазочное масло. Для получения газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака. Дальнейшая очистка осуществляется в фильтрах, состоящих из чечевицеобразных элементов, фильтрующим материалом в которых служит хлопчатобумажная замша. Тонкой очистке аммиачно-воздушная смесь подвергается в фильтре с поролитовыми трубками.

Характеристика готового продукта

Химически чистая азотная кислота (мол. масса 63) представляет собой бесцветную жидкость с сильным едким запахом. На воздухе концентрированная азотная кислота дымит, смешивается с водой в любых соотношениях с выделением тепла. Чистая безводная азотная кислота малоустойчива. Теплоёмкость водных растворов азотной кислоты уменьшается с повышением концентрации азотной кислоты. С увеличением концентрации кислоты температура кипения раствора NH₃ - H₂ O растёт, достигая максимума при 68,4% HNO₃ , а затем начинает снижаться. Смесь, содержащая 68,4% HNO3, является азеотропной - в её парах столько же азотной кислоты, сколько в жидкости. С ростом давления температура кипения кислоты повышается при сохранении концентрации, отвечающей азеотропной смеси.

Разложение азотной кислоты происходит по уравнению:

2HNO₃ = 2NO₂ + Н₂ О + 0,5О₂

При нагревании азотная кислота разлагается с выделением N₂ O₃ по уравнению:

2HNO₃ = N₂ O₃ + О₂ + Н₂ О

Полностью азотная кислота разлагается при температуре около 533К. Скорость разложения HNО₃ возрастает с увеличением её концентрации, а при повышении температуры всего на 5°С. 99%-ная азотная кислота разлагается в два с лишним раза.

Плотность HNO₃ изменяется пропорционально её концентрации, что позволяет по величине плотности определять её концентрацию.

Азотная кислота - сильный окислитель. Органические вещества под действием концентрированной азотной кислоты разрушаются, а некоторые из них способны воспламеняться. Азотная кислота растворяет все металлы, кроме золота, платины, титана, тантала, родия и иридия.

Техническая азотная кислота вследствие содержания в ней растворенных NO₂ имеет желтоватый цвет. Азотная кислота концентрацией до 60% электропроводна.

Надазотную кислоту получают при обработке концентрированной азотной кислоты 100%-ной перекисью водорода при низкой температуре по реакции:

HNO₃ + Н₂ О₂ = HNO₄ + Н₂ О

Надазотная кислота разлагается со взрывом.

Нитроолеум - дымящая жидкость желтоватого цвета, сильный окислитель. Нитроолеум с содержанием 30 об.% NO₂ при атмосферном давлении кипит при температуре 311 К, с содержанием 40 об.% NO₂ - при температуре 302К. При этом в парах содержится 96,5 об.% оксидов азота и 3,5 об.% паров азотной кислоты.

1.2.2. Модели рассматриваемой ХТС

Химическая модель

4NH₃ + 50 ₂ = 4NO + 6Н₂ О

2NO+O₂ =2NO₂

3NO₂ + H₂ O = 2NО₃ + N0

NH₃ + 2О₂ = HNO₃ + Н₂ О + 421,2

Технологическая схема

Рис. 3. Технологическая схема производства азотной кислоты

1-воздухозаборная труба; 2-воздухоочиститель; 3-газовый компрессор; 4-газовая турбина; 5-воздухоподогреватель; 6-испаритель аммиака; 7-смеситель с фильтром;

8-контактный аппарат; 9,17-котёл-утилизатор; 10-окислитель с фильтром;

11-абсорбционная колонна; 12-отдувочная колонна; 13-холодильник-конденсатор;