Азот қышқылының синтезі

Азот қышқылы өндіру көлемі бойынша алады арасында басқа қышқылдардың кейін екінші орын күкірт қышқылы. Барлық өсіп келе жатқан көлемі өндіріс HNO3 түсіндіріледі үлкен мәні азот қышқылы және оның тұздары халық шаруашылығы үшін. Азот қышқылы бірі болып табылады бастапқы өнімдер үшін алу көпшілігінің құрамында азот бар заттар. 70-80% оның санын жұмсалады алуға арналған минералды тыңайтқыштар. Бір мезгілде азот қышқылы қолданылады алған кезде жарылғыш заттардың барлық түрлерінің, нитраттар және бірқатар басқа да техникалық тұздар; өнеркәсіпті органикалық синтез; зымыран техникада тотықтырғыш ретінде, әр түрлі процестер мен басқа да көптеген салаларда халық шаруашылығы. Өнеркәсіпте өндіріледі некоцентрированная (дейін 60-62% HNO3) және шоғырланған (98-99% HNO3) қышқыл. » шағын көлемде шығарылатын реактивті және азот қышқылы аса таза. » өндірісіндегі жарылғыш заттарды нитрованием толуол, уротропин, ксилол, нафталинді және басқа да органикалық өнімдерді қолданады қойыртылған азот қышқылы бар. Алу үшін тыңайтқыш тұтынылады әдетте сұйытылған азот қышқылы. Негізгі өндірушілер азот қышқылы болып табылады АҚШ-тың, Франция, ГФР, Италия, Испания, Англия. Үлесі осы елдердің 70-ші жылдары тура 75% — дан астам барлық өндірілген содан кейін қышқыл. 80 жылдар өндірісі азот қышқылы капиталистік елдерде тұрақтанды. Қазір өсуі өндіріс есебінен жүргізіледі жетілдіру және жаңарту технологиясы, сондай-ақ, ұйымның шығарылымының азот қышқылының дамушы елдерде. 1. ШИКІЗАТ БАЗАСЫ ТЕХНОЛОГИЯЛАР. Негізгі өндіру үшін шикізат неконцентрированной азот қышқылының қазіргі уақытта болып табылады аммиак, ауа және су.

Көмекші материалдық және энергетикалық ресурстарды болып табылады катализаторлар тотығу аммиак және пайдаланылған газдарды тазалау, табиғи газ, пар және электр энергиясы. Аммиак. Дағдылы білдіреді безцветный газ күрт иісі бар, жақсы ериді, суда және басқа да еріткіштерде құрады геми- және моногидраты. Бетбұрыс кезеңі синтетикалық аммиак өндірісінің дамуы мақсаты мен қолдану главенствующего қазір өнеркәсіп әдісін алу сутегі конверсией метан, ұсталушыға табиғи газ, ілеспе мұнай газдардағы және мұнай өңдеу өнімдеріндегі. Қоспалардың сұйық аммиаке регламенттеледі ГОСТ 6221-82. Ең секторының тән қоспалармен болып табылады су, жағар май, катализаторлық тозаң, окалина, аммоний карбонаты, ерітілген газдар (сутегі, азот, метан). Бұзылған кезде ГОСТ қамтылған аммиаке қоспалар бара алады аммиак-ауа қоспасы және азайтуға шығуы азот оксиді(II), сутегі және метан өзгертуі мүмкін шектері жарылғыштығы АВС. Ауа. Техникалық есептеу үшін қабылдайды, бұл құрғақ ауа құрамында [%- ға,туралы]: N2 — 78,1, О2 — 21,0, Ar2 — 0,9; Н2О — 0,1-2,8. Ауада қатыса алады, сондай-ақ іздері SO2, NH3, CO2. Ауданда өнеркәсіп алаңдарын ауа шаңмен ластануы шығу тегі әртүрлі, сондай-ақ әр түрлі компоненттері ұйымдастырылмаған газ шығарындыларының (SO2, SO3, H2S, С2Н2, Cl2 және т. б.). Саны ауасындағы шаңның мөлшері 0,5-1,0 мг/м3. Су. Өндіруде қолданылады азот қышқылы суару үшін абсорбциялық колонна, өндіру үшін кәдеге жарату кезінде бу жылу қалдықтарды жоятын қазандықтарда, салқындату үшін реакциялық аппараттар.

Үшін абсорбция азот оксидтерінің пайдаланады, көбінесе бу және конденсат химиялық тазартылған суға. Кейбір схемаларда қолдануға рұқсат етілген конденсат сокового бу аммиак селитра. Кез келген жағдайда пайдаланылатын су суару үшін бағаналардың тиіс қамтуы еркін аммиак және қатты взвесей, мазмұны хлорид-ион тиіс мүмкін көп емес 2мг/л, май артық емес 1мг/л NH4NO3-0,5 г/л Химиялық тазартылған су үшін қазандық-кәдеге жаратқыштарға талаптарына сәйкес келуі тиіс ГОСТ 20995-75.

Техникалық су үшін арналған бөлінген жылу теплообменниках және салқындату жабдықтар (оборотная вода), тиіс мынадай талаптарға сәйкес келуі: Кермектігі карбонатты қабат, мэкв/кг Аспайтын 3,6 Өлшенген заттар, мг/кг Аспайтын 50 Мәні рн 6,5-8,5 Оттегі. Қолданылады, негізінен, өндіру концентрацияланған азот қышқылы әдісі бойынша тікелей синтездеу. Жекелеген жағдайларда пайдаланылады байыту үшін АВС алған кезде неконцентрированной азот қышқылы. 2. ҚАЗІРГІ ЖАЙ-КҮЙІ, ӨНДІРІС ТЕХНОЛОГИЯСЫ НЕКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ АЗОТ ҚЫШҚЫЛЫ. Азот қышқылы және негізінен оның табиғи тұз — натриевая селитра белгілі заманнан бері. «778 ж. Араб ғалымы Гебер бейнелеп дайындау тәсілі «берік арақ» (деп аталатын сол кезде азот қышқылы) арқылы айдау селитра отырып, квасцами. Ресейде алғашқы жазбалары бойынша өндірісі азот қышқылынан селитра жасалды. М. В. Ломоносовым. XX ғасырға дейін табиғи селитра жалғыз көзі алу азот қышқылы. Бұл процесс негізделген келесі реакциялар: NaNO3 + H2SO4 = HNO3 + NaHSO4 Жетілдірілген нұсқасы, осы әдісті алу азот қышқылының тұрды деп жіктеу селитра, күкірт қышқылы жүргізілген вакуумда (қалдық қысым дейін 650 мм.су.ст.). Бұл ретте температура ыдырау селитра дейін төмендеді 80-1600С; ұзақтығы айдау қышқылы 6 сағатқа дейін қысқарды және достигался шығу азот қышқылының жақын теориялық.

Отын шығыны жылыту үшін реактор шамамен 120 кг/т HNO3. Мұндай алу тәсілі азот қышқылы толығымен тәуелділікте импорт чили селитрасы, кейіннен қалдырылды. XX ғасырдың басында шешілді тек маңызды мәселе атмосфералық азотты байланыстыру дайындығына адамзатқа жаңа сарқылмас көзі шикізатты өндіру үшін азоты бар қосылыстар. Белгілі болғандай, үстінен әрбір квадраты километром жер бетінің ауада қамтылған шамамен 8000 мың. т азот. Айналу міндеті инертті азот химиялық белсенді заттар (NO, NO2, HNO3) шешілуі нәтижесінде дәйекті күш-жігер жұмсауды көптеген ғалымдар. Тағы 1781 ж. Кэвендиш нәтижесінде электр разрядты ауада алды тотықтары азот. 1814 ж. В. Н. Каразин ұсыныс енгізді туралы «низведении электр атмосфераның жоғарғы қабатының өндіру үшін селитра». Бірінші патент алу тәсілі азот қышқылының көмегімен электр разрядының ауада айналдыру тотықтары азот нитриттер және нитраттар алынды Лефебр 1859 ж. 1901 ж. басында тіркеу азот ауаның жалын электр доғасы (доғалық әдісі). 1902 ж. АҚШ-ржев зауыты атмосфералық азотты фиксациялау көмегімен электр доғаның кезінде туындайтын өтуі электродтар арасындағы ток күші 0,75 а және кернеуі 8000 пеш конструкцияның Брэдлея және Ловджоя. -Кемшілікті пештің және үлкен электр энергиясының шығынын зауыты жабылды 1904 ж. Азот қышқылының өндірісі дуговым әдісімен қызық өйткені онда пайдаланған арзан бастапқы шикізат — ауа. Аппаратуралық ресімдеу үрдісін айтарлықтай қиын емес.

Алайда, оны жүзеге асыру үшін талап етілетін үлкен саны, электр энергиясын, достигающее 70000 квт*сағ 1 т N2 (бұл сәйкес келеді 64 т амӛз шартты отын) Ақырында, 1913 ж. негізінде көптеген жұмыстар игерілді өнеркәсіптік синтездеу әдісі аммиак қарапайым заттар, ол кең дамуы және қазіргі уақытта орын бастысы орын өндірісінде байланысқан азот. Осыдан кейін көп ұзамай сәтті шешіп алу азот қышқылынан аммиак. Қазіргі уақытта, өнеркәсіп өндірісі азот қышқылы негізінде жүзеге асырылады контактілі тотығу синтетикалық синтетикалық аммиак. Процесі құралады екі негізгі кезеңдері: алу азот тотығы және қайта өңдеу, оны азотную қышқылы бар. Сатысы тотығу аммиак тотығы азот жалпы түрде білдіріледі уравнением 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O Сатысы тотығу азот тотығының жоғары азот тотықтары және қайта өңдеу, оларды азотную қышқылы ұсынылуы мүмкін уравнениями 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO Жиынтық реакциясын есепке алмай жанама реакциялар өтетін білімі бар қарапайым азот және басқа да қосылыстар, білдіруге болады уравнением NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O +421,2 кдж Бірізділікке сәйкес, осы кезеңнен қарастырайық өндіру технологиясы, азот қышқылы.

Зерттеулер көрсеткендей, тотықтыру кезінде аммиак әр түрлі катализаторах шарттарына байланысты жүргізу процесінің болады алу азот тотығы, қарапайым азот және азот шала тотығы: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O +907,3 кдж 4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O +1104,9 кдж 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O +1269,1 кдж Сонымен қатар, болуы мүмкін басқа да қолайсыз реакциялар жүретін білімі бар азот қатысуынсыз катализатор. Мұндай реакциялар жатады жіктеу азот тотығы мен өзара іс-аммиакты азот тотығымен. » газдардағы кейін тотығу аммиак болуы мүмкін сондай-ақ, непрореагированный аммиак. Термодинамикалық есептеулер бойынша өзгерістер мен еркін энергиясы көрсеткендей, жоғарыда келтірілген негізгі реакциялар жүре алады іс жүзінде дейін аяғына дейін. Осылайша, кезінде аммиакты тотықтыру процесінде, могущем шығарса бірнеше бағыттарда құрамы түпкі өнімдер анықталатын болады бұрын барлығы сайлау қабілетімен катализатор. Тиісінше, подбирая катализатор мен реакция жүргізу шарттары, өзгертуге болады және құрамы алынған өнімдер.

Пайдалану кезінде катализатор ретінде платина шығу азот тотығының температуралар аралығында 700-8500С дейін жетуі мүмкін 97-98%. Катализаторлар-дан платина қорытпалар болып табылады ең жақсы үшін сайлау тотығу аммиак тотығы азот. Тотығу реакциясы аммиак дейін азот тотығы келе жатыр елеусіз көлемінің өзгеруімен, сондықтан өзгерту қысым көрсетпейді елеулі ықпал тепе-теңдік өнімдерінің шығымы өзара іс-қимыл. Үлкен шамасы тепе-теңдік константасының осы реакциялар (1053 кезінде 9000С) туралы куәландырады тәжірибелік необратимости кезінде өнеркәсіптік жағдайларда процесін жүзеге асыру. Платиналық катализаторам мән береді сетчатую нысаны, бұл қолдануға мүмкіндік береді байланыс аппараттары қарапайым типті. Әдетте катализаторные тор дайындайды сымнан диаметрі 0,05-0,09 мм. гостқа Сәйкес 3193-59 дайындау үшін торлар қолданылады қорытпалар келесі құрамы: Pt+4%Pd+3,5%Rh (контактілік аппараттардың, жұмыс кезінде атмосфералық қысым) және Pt+7,5%Rh (конвертерлер жұмыс істейтін жоғары қысым кезінде). Кезінде тотықтыру басшылығымен аммиак атмосфералық қысыммен белгілейді 2-ден 4-торлар (әдетте 3 дана). Бұл аппараттар » қысыммен жұмыс істейтін 8 ат, қалайды 16-дан 18 торлар.

Оңтайлы жағдайларда дәрежесі айналдыру аммиак азот тотығы бір сетке дейін жетуі мүмкін 86-90%, екі торларда — 95-97% — ға, үш — 98%. Жаңа торларда жоғары дәрежесі конверсия қол жеткізіледі емес, бірден, ал бірнеше тәулік бойы жұмыс 6000С. Процесі іске қосу кезінде торларды 9000С аяқталады арқылы 8-16 сағат. Беті платина торларды пайдалану процесінде қатты разрыхляются, тегіс жылтыр жіптер айналады губчатыми және күңгірт. Осының нәтижесінде қатты дамып, беті катализатор, бұл әкеледі арттыру белсенділік. Уақыт өте келе қопсытылған үстіңгі платина тор әкеледі, олардың қуатты бұзылуына және үлкен шығындарға платина. Қосу платине родия және палладий бар двоякое маңызы: біріншіден, катализатор белсенділігі артады, екіншіден, азаяды жоғалту катализатор Өнеркәсіпте қолданыс тапты аралас катализаторлар қатар стрессті басатын крем пайдаланылады және басқа да, арзан материалдар. Әзірленген ГИАПом аралас катализатор двухступенчатый тұрады торлар үш есе қорытпасынан (бірінші саты) және қабатының неплатинового катализатор қалыңдығы 50-65 мм (екінші саты). Қолдана отырып железохромовый катализатор, екінші сатыда тотығу қол жеткізуге болады 96%-тік айналдыру аммиак тотығы азот. Нитрозды газдар, алынған байланыс окислением аммиак, құрамында, негізінен, азот тотығы, оның әрі қарай тотықтыру өнімділігі жоғары азот тотығы. Білім олардың ағады, келесі теңдеулер тақырыптары қарастырылады: 2NO + O2 = 2NO2 NO + NO2 = N2O3 2NO2 = N2O4 Температураның тепе-теңдік барлық осы реакциялар ауады оңға. Төменгі температурада, бар-жоғы артық оттегі мен уақыты жеткілікті анықтау үшін тепе-теңдік күтуге болады көшу барлық тотықтары азот четырехокись N2O4.

Жетіспеген жағдайда оттегі немесе неустановившемся тепе-теңдік » нитрозных газдардағы қатыса алады, бір мезгілде көрсетілген барлық азот тотығы (NO, N2O3,NO2 және N2O4) Бес тотығы N2O5 азот бірі тотықтары жағдайда тотығу жоқ түзіледі: азот шала тотығы N2O ауа оттегімен әрі қарай тотығады емес. Азот тотықтары өңдейді » неконцентрированную азотную қышқылы арқылы олардың сіңіру газды фазадан сумен немесе разбавленной азот қышқылы. Бұл үшін нитрозды газдар салқындатады және жібереді поглотительные мұнара немесе абсорбциялық колонна, онда тотығу NO және сіңіру түзілген азот. Байланысты шарттарына салқындату және тотығу газ фазасы қатыса алады түрлі азот тотықтары, көңіл бөле отырып, сумен реакциялар: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 +27,73 ккал N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 +14,13 ккал N2O3 + H2O = 2HNO2 +13,3 ккал Тәжірибе тұрғысынан қарағанда маңызы жоқ, жауап сумен — қостотығы немесе четырехокись азот, өйткені олардың жылдамдығы өзара айналдыру өте зор, ал саны түзілетін бірі NO2 және N2O4 азотистой және азот қышқылдарының бірдей. Алу процесі азот қышқылының байланысты растворением» суда NO2, N2O4 және N2O3.

Газ фазасында нәтижесінде өзара іс-қимыл су буы азот тотықтарымен құрылады, сондай-ақ шамалы саны азот және азотистой қышқылдар. Азот қышқылы малоустойчива және разлагается с білімді азот қышқылы мен азот тотығы бойынша жиынтық реакция 3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O -18ккал Есептеулер көрсеткендей, әдеттегі жағдайында равновесное мазмұны азотистой қышқылы разбавленной азот қышқылында өте аз. Ыдырау жылдамдығы азотистой қышқылы температураның күрт өсуде, алайда кезінде әдеттегі температурада жылдамдығы осы реакция өте зор. Қосынды реакция білім азот қышқылының ескере отырып, ыдырау азотистой қышқылы сипатталады уравнениями 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO Әдеби деректерге сүйенсек, осы кезде тотығу дәрежесі газ кем 50% ерітінділері азот қышқылын жұтып азот тотықтары түріндегі NO+NO2. Жоғары тотығу дәрежесі газ жүреді сіңіру азот тотығы түрінде NO2. Ескере отырып, шағын саны трехокиси азот газ, әдетте, барлық есеп айырысулар жүргізеді негізге ала отырып, реакция теңдеулері. Есептеу равновесного құрамын азот тотығы азот үстінен қышқылымен көрсеткендей, кезінде парциальном қысымда азот қос тотығы 0.1 ат алу азот қышқылы бар, концентрациясы 60% HNO3, іс жүзінде қиын. Қатысуы газ фазада азот тотығының смещает тепе-теңдік реакция солға. Сондықтан өндірістік жағдайларда кезде атмосфералық қысым алуға қиын қышқылы концентрациясы 50% — дан жоғары, ал 8 ат — 60% астам. Басты факторлар айқындаушы жоғары жылдамдығы білім азот қышқылы болып табылады өткізу абсорбция қысыммен жұмыс істейтін кезде төменгі температураларда қолдана отырып, бай мазмұны бойынша азот тотықтарының нитрозных газдар үшін жағдай жасау толық жанасу газ сұйықтықпен.

Барлық өнеркәсіптік алу тәсілдері азот қышқылы негізделген контактном тотықтыру аммиак ауа оттегімен кейіннен қайта өңдеумен оксидтерінің азот қышқылы жазаға сіңіру жолымен оларды сумен. Басты кезеңдерге өндіріс неконцентрированной азот қышқылы болып табылады тазалау шикізат, каталитическое тотығу аммиак, кәдеге жарату жылу шығару нитрозного газ реакциялық суды доокисление тотығы азот тотықтары жоғары , олардың сіңірілуі сумен немесе разбавленной азот қышқылымен тазарту газ шығарындылары.

Оңтайлы шарттары тотығу аммиак: 1. Температура. Реакция аммиактың платине кезінде басталады 1450С, бірақ ағады, шағын шығатын NO және білімі бар, көбінесе қарапайым азот. Температураның жоғарылауы ұлғаюына әкеледі шыққан азот тотығы және өсуіне реакция жылдамдығын. Интервалындағы 700-10000С шығу NO дейін жеткізілуі мүмкін 95-98%. Уақыт әрекеттесу кезінде температура 650-9000С дейін қысқарады шамамен бес (5*10-4 дейін 1,1*10-4сек). Қажетті температуралық режим процесін мүмкін оларға қолдау есебінен жылу реакциялардың тотығу. Құрғақ аммиак-әуе қоспалары бар 10% NH3, дәрежелі конверсия 96% — ға арттыру, теориялық газ температурасы шамамен 7050С немесе шамамен 700С әрбір пайызы аммиактың бастапқы қоспа. Қолдана отырып, аммиак-ауа қоспасы, қамтитын 9,5% аммиак болады есебінен жылу әсері реакция жетуі температурасын шамамен 6000С, үшін одан да зор арттыру температура конверсия қажетті алдын ала жылыту және ауаны немесе аммиак-әуе қоспа. Ескеру қажет, бұл жылытуға аммиак-ауа қоспасы болады жоғары емес температураға дейін 150-ауа температурасы 2000с температурада греющего газ одан 4000С. Олай болмаған жағдайда мүмкін диссоциация аммиак немесе оның гомогендік тотығу білімі бар қарапайым азот. Жоғарғы шегі қызуының контактілі тотығу аммиак шығындармен анықталады платинового катализатор. Егер 9200С жоғалту платина дәрежеде өтеледі белсенділіктің өсуімен катализатор, онда жоғары температура өсуі катализатор шығынын едәуір алда арттыру реакция жылдамдығын.

Сәйкес зауыттық мәліметтер бойынша, оңтайлы температура конверсия басшылығымен аммиак атмосфералық қысым шамамен 8000С; құрылғыларда, қысыммен жұмыс істейтін 9 ат, ол тең 870-9000С. 2. Қысым. Қолдану жоғары қысымды алған кезде разбавленной азот қышқылын негізінен байланысты ұмтылысын арттыру жылдамдығы тотығу азот тотығы және қайта өңдеу түзілетін қос тотығы азот азотную қышқылы бар. Термодинамикалық есептеулер көрсеткендей, және қысым тепе-теңдік шығу NO жақын 100%. Алайда, жоғары дәрежесі түйістіруге» бұл жағдайда қол жеткізіледі кезде ғана үлкен саны катализаторных торлар мен жоғары температурада. Соңғы уақытта өнеркәсіптік жағдайларда көп қабатты катализаторах кезінде мұқият тазалау газдар температурасы 9000С арқасында жеткізу дәрежесі конверсия аммиак 96% — ға дейін. Таңдау кезінде оңтайлы қысымды ескеру керек, бұл қысымның өсуіне әкеледі шығындарды платина. Бұл ұлғаюымен, температура катализ, қолдану көп қабатты торларды және күшейте отырып, олардың механикалық бұзылу әсерінен үлкен жылдамдықпен газ.

3. Мазмұны аммиак қоспасы. Үшін тотығу аммиак әдетте қолданады ауа, сондықтан мазмұны аммиак қоспасы мазмұнымен айқындалады ауада оттегінің. Кезінде стехиометрическом қатысты О2:NH3=1,25 (мазмұны аммиактың ауамен құрайды 14,4%) шығу тотығы азот айтарлықтай. Ұлғайту үшін шығу NO талап етіледі біршама артық оттегі, демек мазмұны аммиак қоспасының болуы тиіс кем 14,4% — ға өсті. Зауыттық практика мазмұны аммиак қоспасының қолдайды шегінде 9,5-11,5%, сәйкес қатысты О2:NH3=21,7. Қосынды реакция айқындайтын қажеттілік әдемілейді өңдеу кезінде аммиак азотную қышқылы NH3+2O2=HNO3+H2O береді қатынасы О2:NH3=2 сәйкес келетін мазмұны аммиактың бастапқы қоспа тең 9,5% — ға өсті. Бұл», — дейді ұлғайту концентрациясы аммиак қоспасы жоғары 9,5% — ға, сайып келгенде, ақыр соңында, жоқ, өсуіне әкеледі концентрациясы NO, өйткені бұл жағдайда адсорбционную жүйесі тура енгізуге қосымша ауа. Егер бастапқы ретінде реагенттерді қолдану аммиак-кислородную қоспасы болса, онда сәйкес уравнением жиынтық реакция еді концентрациясын арттыру онда аммиак-дан 33,3% — ға өсті. Алайда, қолдану жоғары шоғырлану аммиак қиын, өйткені мұндай қоспалар взрывчаты. 4. Қоспалардың әсері. Платина қорытпалар сезімтал примесям ұсталатын аммиак ауа қоспасын. » қатысуымен 0,0002% фосфорлы сутегі газ қоспасын конверсия дәрежесі аммиак төмендейді 80% — ға дейін. Кем күшті байланыс улармен болып табылады күкіртті сутек, ацетилен, хлор буы, жағар майлар,. шаң-тозаң шығаратын, темір тотықтары, көміртегі тотығы кальций, құм және т. б.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.