Реферати українською » Химия » Синтез і аналіз ХТМ у виробництві азотної кислоти


Реферат Синтез і аналіз ХТМ у виробництві азотної кислоти

Страница 1 из 3 | Следующая страница

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

>ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ІНСТИТУТ

ДЕРЖАВНИЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

>КАФЕДРАХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГІЇ

>КУРСОВАЯ РОБОТА

з дисципліни «Загальна хімічна технологія»

на задану тему:

СИНТЕЗ І АНАЛІЗХТС УПРОИЗВОДСТВЕАЗОТНОЙКИСЛОТЫ

>Виполнил

студент групи:

_____________________

Перевірив

доцент

2006 р.


Зміст

Запровадження

1. СинтезХТС

1.1. Літературна частина

1.2. Технологічна частина

1.2.1. Характеристика вихідного сировини, допоміжних матеріалів та готовою продукції

1.2.2. Моделі аналізованоїХТС

- Хімічна модель

- Технологічна схема

- Структурна модель

- Функціональна модель

-Операторная модель

2. АналізХТС

Укладання

Список використовуваних джерел


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Азотна кислота - одне з найважливіших продуктів хімічної промисловості. За обсягом виробництва азотна кислота перебуває в другому місці після сірчаної кислоти. Азотна кислота єсирьем розробки багатьох продуктів, що застосовуються у в промисловості й сільське господарство. У нашій країні близько сорока% вироблюваної азотної кислоти витрачається виробництво складних та азотних мінеральних добрив, нітратних солей (нітратів натрію, калію і кальцію). Концентрована азотна кислота застосовується у виробництві сполук ароматичного низки для синтезу барвників; у виробництві вибухових речовин (нітрогліцерину, продуктівнитрования толуолу),уротропина,диметиланилина,ксилола; у фармацевтичній промисловості; щоб одержати нафталіну,нитропроизводних бензолу, хімікатів для фотографії.

Сільське господарство споживає солі азотної кислоти як добрива головним чином вигляді нітрату амонію - аміачної селітри, одержуваної шляхом нейтралізації азотної кислоти аміаком.

З отриманнямудобрительнихтуков споживаєтьсяразбавленная азотна кислота, яка містить від 45% до 60% азотної кислоти.

У виробництві вибухових речовиннитрованием толуолу,уротропина,ксилола, нафталіну та інших цих продуктів застосовують концентровану азотну кислоту (96-98%). Длянитрования вживають суміші азотної кислоти з концентрованої сірчаної кислотою, яка пов'язує воду,виделяющуюся у процесінитрования ізамедляющая цю реакцію.

Як вибухових речовин застосовують такожаммонити - суміші аміачної селітри знитропроизводними ароматичних сполук і деякими іншими речовинами.

Шляхомнитрования бензолу, антрацену та інших ароматичних сполук отримують напівпродукти для синтетичних барвників й низки важливих хімікатів.

Великі кількості азотної кислоти споживаються також у процесі отримання сірчаної кислотинитрозним методом. Останнім часом окисли азоту NO та азотна кислота застосовуються як окисних компонентів ракетне паливо.

Основними споживачами азоту є хімічна промисловість та металургійна промисловість. Використовують боротьби з пожежами й щоб одержати низьких температур, соціальній та будівництві.


1. СинтезХТС

1.1. Літературна частина

 

Виробництвонеконцентрированной азотної кислот

До 1950-х років у виробництвінеконцентрированной азотної кислоти самої економічної вважалася схема, яка під атмосферним тиском. Перевага цього - у простоті устаткування, низькому витратах електроенергії, аміаку і платини. Проте задля цієї схеми характерні значні недоліки: високі капітальні видатки спорудження цехів, наявність лужного поглинання залишкових оксидів азоту, високий вміст оксидів азоту після лужного поглинання та, крім того, громіздкість устаткування й великий витрата нержавіючої стали. До складу виробництва входять п'ять самостійних корпусів: контактне відділення, відділення абсорбції, складнеконцентрированной азотної кислоти, склад соди зсодорастворением і цехнатриевой селітри. Багато корпусів вимагає значних капіталовкладень намежцеховие комунікації, збільшення штату обслуговуючого персоналові та т.д.

Державний інститут азотної промисловості розробив комбіновану схему отриманнянеконцентрированной азотної кислоти вабсорбционном відділенні під тиском 3,5·105Па з новими контактним обладнанням і застосуваннямагрегатного принципу всього технологічного процесу. Новий проект дозволив заощадити устаткування контактного відділення, помістити відділення абсорбції і склад продукції одному корпусі, виключити лужне поглинання хвостовихнитрозних газів.Обезвреживание вихлопних газів досягається рахунок низькотемпературної очищення із застосуванням аміаку наванадиевомкатализаторе. Зміст оксидів азоту після очищення в вихлопних газах трохи більше 0,012%.

Створена комбінована система з усіх техніко-економічних показниками значно перевищує схему, що під атмосферним тиском. Проте через зростання потреби у азотної кислоті було створено нова схема процесу набуттянеконцентрированной азотної кислоти під підвищеним тиском 7,3·105 >Па. Цей метод дозволив підвищити продуктивність агрегату, знизити капітальні витрати, вартість тонни продукції, витрата дефіцитної нержавіючої сталі та виключити споживання електричної енергії ззовні. Останнє досягається рахунок застосування у схемі високотемпературної очищення хвостових газів від оксидів азоту у вигляді розкладання оксидів до N2 природного газу. Використовуваний цієї метиалюминиево-палладиевий каталізатор забезпечує температури хвостових газів під тиском 7,3·103Па до 973-1023 До внаслідок виділення тепла при розкладанні оксидів до N2 рахунок високої температури газів, вступників під тиском каталітичної очищення нарекуперационную турбіну, забезпечується замикання енергетичного балансу агрегату [1,2].

Розроблена технологічна схема, яка під підвищеним тиском 7,3·103 >Па, належить до типуенерготехнологических процесів, у яких неможливо поділ чистої технологій і енергетики, вони взаємозв'язані й що неспроможні існувати окремо. Схема ефективна як у капітальним затратам, і по експлуатаційним показниками. Проте застосування тиску при процесі конверсії аміаку до оксиду азоту приблизно 4% знижує ступінь конверсії проти окисленням під атмосферним тиском, що веде до підвищення витрати аміаку.

>Рис. 1. Технологічна схема виробництва азотної кислоти

>1-воздухозаборная труба;2-воздухоочиститель;3-газовий компресор;4-газовая турбіна;5-воздухоподогреватель;6-испаритель аміаку;7-смеситель з фільтром;8-контактний апарат;9,17-котел-утилизатор;10-окислитель з фільтром;11-абсорбционная колона;12-отдувочная колона;13-холодильник-конденсатор;14-подогреватель хвостових газів;15-реактор каталітичної очищення;16-камера згоряння;18-вихлопная труба.

>Атмосферний повітря, забраний біля заводу, проходить ретельну очищення від домішок, що у повітрі, проходитьвоздухозаборную трубу 1 івоздухоочиститель 2. Очищений атмосферне повітря надходить навсас компресора газотурбінного агрегату.Сжатие відбувається у осьовому компресорі 3, наведений в рух газової турбіною 4, до тиску 0,73МПа, нагріваючись у своїй до135°С , і робить далі в підігрівник повітря 5, де його температура піднімається до 250проЗ рахунок теплоти які виходять із окислювача 10нитрозних газів. Усмесителе 7 повітря змішується з газоподібним аміаком, що надходить сюди з випарника аміаку 6. Новоутворенааммиачно-воздушная суміш далі вступає у контактний апарат 8, де за температурі близько900°С наPt. -Rh -Pd ->катализаторе відбувається окислювання аміаку.Нитрозние гази, містять 9 -9,5%N0, вступають укотел-утилизатор 9, у якому відбувається охолодження до необхідної температури й освіту пара. Далі гази вступають у окислювач 10, у якому окисляються до діоксиду азоту.Охлажденние вподогревателе повітря 5,подогревателе хвостових газів 14 іхолодильнике-конденсаторе 13 до температури близько45°Снитрозние гази вступають уабсорбционную колону 11,орошаемуюпротивоточно водою. Оскільки абсорбція NO2 водоюекзотермична,абсорбционние тарілки обладнанізмеевиковими холодильниками, у яких циркулює що охолоджує вода. Отримана азотна кислота самопливом вступає уотдувочную колону 12, де з допомогою гарячого повітря з готової азотної кислоти відбуваєтьсяотдувкарастворенних у нійнитрозних газів, що подаються вабсорбционную колону.Хвостовие гази, пройшовши систему каталітичної очищення від оксидів азоту відновленням їх аміаком до елементного азоту у повітря.

У установках подібного типу ступінь перетворення аміаку в азотну кислоту сягає 98-99%, а концентрація кислоти - 60-62%.

Основне устаткування виробництва азотної кислоти під підвищеним тиском.

>ПОДОГРЕВАТЕЛЬВОЗДУХА призначений для підігріву повітря, виходить із нагрівача, з допомогою охолодженнянитрозних газів,удущих з окисного обсягу.Подогреватель виконаний із нержавіючої стали, є теплообмінник зU-образними трубками.

>СМЕСИТЕЛЬ ІПОРОЛИТОВЫИФИЛЬТР суміщені щодо одного апараті. Аміак відбувається затрубкам і виході їх змішується з повітрям, що надходить вмежтрубное простір і виходить через отвори трубної ґрати. Отриманааммиачно-воздушная суміш подається в фільтр тонкого очищення у верхній частині апарату.

>КОНТАКТНЫЙ АПАРАТ, готовий до каталітичного окислення аміаку до оксиду азоту, і двох частин. Верхня конічна частина розміром 2200 - 1600 мм має внутрішній конус, що забезпечує краще розподіл газу перерізу апарату. Нижня частину апарата виконано вигляді циліндра діаметром2200мм з вогнетривкоїфутеровкой. Загальна висота контактного апарату4352мм.

>ОКИСЛИТЕЛЬ, готовий до окислення оксиду NO до оксидуJ[Q2, є порожній циліндр із нержавіючої сталі діаметром3200мм, заввишки9925мм, обсягом 63 м3. У верхню частину окисного обсягу між двомасетчатими кошиками прокладено прошарок скловати для уловлювання платини,уносимойнитрозними газами з контактного апарату. Ззовні апарат покритий теплоізоляцією.

ВЕРТИКАЛЬНИЙКОЖУХОТРУБНЫЙХОЛОДИЛЬНИК-КОНДЕНСАТОР служить для конденсаціїазотнокислотних парів, які утворилися у процесі окислення оксиду NO. Конус апарату зі зняттям температурнихперенапряжений при введення гарячихнитрозних газівзаключен в водяну сорочку.Нитрозние гази вступають умежтрубное простір і виводяться з частині разом із конденсатом азотної кислоти.Противотоком газу потрубкам подається що охолоджує вода.

>АБСОРБЦИОННАЯКОЛОННА варта абсорбції оксидів азоту паровим конденсатом, що надходять на верхню тарілкуабсорбера. Верхні тарілки з першого по п'ятнадцяту немає холодильників, інших 35 розташованізмеевиковие холодильники,охлаждаемие зворотному водою це про людське тепла,виделяющегося при абсорбції оксидів азоту.

ГАЗОВИЙАГРЕГАТ складається з осьового турбокомпресора, газової турбіни, редуктора зміни числа оборотів, відцентрового компресора, виконує роль другого ступеня стискування повітря,мотора-генератора.Мотор-генератор використовується під час пуску агрегату і камери спалювання газу, працюючої також за пуск агрегату. Під час нормальної роботи агрегатмотор-генератор служить для видачі надлишку енергії, вироблюваної агрегатом, на зовнішній мережу. Для охолодження повітря після першому місці стискування є проміжний холодильник.

Виробництво концентрованої азотної кислоти

>Неконцентрированную азотну кислоту можна сконцентрувати шляхом перегонки лише до 68,4%HNO3;т.к. нині концентрації склад азотної кислоти в парах іперегоняемой суміші однаковий, утворюється так званаазеотропная суміш. Максимальна температура кипіння такий кислоти 393,05 До.Концентрированную азотну кислоту із вмістом 98%HNO3 отримують двома шляхами. Найбільш поширений спосіб - отримання азотної кислоти з допомогоюводоотнимающих речовин, таких, наприклад, як сірчана кислота яккупоросного олії (>92-93%-ная H2>SO4) і нітрат магнію. Другий метод - прямий синтез з рідких оксидів азоту та кисню під тиском.

1 .З допомогою сірчаної кислоти (>купоросного олії).

Застосуванняводоотнимающих коштів дає можливість зміст водяних парів над киплячій сумішшю і збільшити зміст парів азотної кислоти, при конденсації яких виходить98%-наяHNO3.

У процесі концентрування азотної кислоти в суміші з купоросним олією під впливом високої температури і часткового розкладання азотної кислоти відбувається освітунитрозилсерной кислоти:

N2>O3 + H2>SO4 =HNSO5 + М2Про

При концентрації H2>SO4 нижче 75% та механізмів підвищеної температурінитрозилсерная кислотагидролизуется:

>HNSO5 + М2Про = H2>SO4 +HNO2

>3HNO2 =HNO3 +2NO + М2Про

При концентрації сірчаної кислоти 57,5%нитрозилсерная кислота не утворюється. Отже, процес концентрування азотної кислоти з допомогоюкупоросного олії складається з таких стадій:

1) освіти потрійний суміші;

2)отгонки парів азотної кислоти з потрійний сумішікупоросного олії, азотної кислоти та води;

3) конденсації виділилися парів азотної кислоти;

4) видалення з концентрованої азотної кислотирастворенних у ній оксидів азоту;

5) поглинання виділилися оксидів азоту при конденсації парів азотної кислоти.

>Концентрирование розведеною азотної кислоти із застосуванням сірчаної кислоти пов'язані з великими витратамиупаривание відпрацьованою сірчаної кислоти, необхідне її використання у процесі зміцнення азотної кислоти.

Застосування сірчаної кислоти якводоотнимающего кошти призводить до необхідності мати цех концентрування сірчаної кислоти. Ця операція обходиться дорого і пов'язані з виділенням великих кількостей шкідливих газів, які згубно діють на навколишню природу.Облако газів, містять пари H2>SO4,SO3,SO2, іноді простирається межі азотного заводу.

Прямий синтез концентрованої азотної кислоти з окислів азоту

Прямий синтез концентрованої азотної кислоти у тому, що рідкачетирехокись азоту взаємодіє зі водою у присутності газоподібного кисню під тиском 5МПа:

>2N2>O4 + Про2 +2Н2Про =4HNO3 +59,5кДж

Найскладнішим у цьому є отримання рідкоїчетирехокиси азоту; зазвичай її отримують знитрозних газів, які виникають при окислюванні аміаку. Спочатку знитрозних газів виділяють надлишкову вологу, при цьому гази охолоджують від 200 до 40 °С. Потімокисляют що є внитрозних газах NO до NO2 спочатку киснем повітря на газової фазі, та був концентрованої азотної кислотою

>2HNO3 + NO =3NO2 + М2Про

Після цього знитрозних газів виділяють NO2 охолодженням газів до мінус 15 - мінус 20° С (під тиском не нижче 0,5МПа) або до мінус 10°С і поглинанням двоокису азоту концентрованої азотної кислотою (97-98%HNO3), у якій NO2 добре розчиняється із заснуваннямнитролеума:

>nNO2 +HNO3 =HNO3·>nNO2

Якщонитрозних газах присутній 10-11% окислів азоту, отримуютьнитролеум, у якому до 25% NO2. При нагріванні такогонитролеума до 80°С отримують газоподібну двоокис азоту, яка відокремлюється від азотної кислоти, та був вони вбирають іполимеризуется.

У заводських умовах конденсацію зазвичай ведуть у двох послідовносоединенних холодильниках: у першому їх охолодження виробляється водою, тоді як у другому (до мінус8°С) - ропоюСа(NOз)2.

На економічні показники процесу великий вплив тисне, бо за збільшенні тиску зменшується обсяг апаратури, підвищується інтенсивність процесу знижується витрата металу у системі загалом. Однак цьому зменшується ступінь окислення аміаку зростає витрата платини. У установках, працюючих під тиском, збільшується вихід пара, що дуже знижує енергетичні витрати й собівартість азотної кислоти.

Собівартість1т концентрованої азотної кислоти, одержуваної методом прямого синтезу з окислів азоту, приблизно за 15% вище собівартості кислоти, одержуваноїконцентрированием.

>Концентрирование з допомогою нітрату магнію

Відповідно до літературними даними найбільше зацікавлення представляє використання кронштейна якводоотнимающего кошти нітрату магнію замість сірчаної кислоти. Це метод з економічної й екологічної погляду є найвигіднішою, ніж розглянуті вище способи концентрування азотної кислоти. Установка концентрування азотної кислоти у присутності нітрату магнію складається зотпарной ідистилляционной колон, конденсатора концентрованої азотної кислоти і конденсатора розчину нітрату магнію.

Температура кипіння розчинів нітрату магнію відповідає температур кипіння розчинів сірчаної кислоти не більше концентрації 0-70% М2>SO4.Разбавленная азотна кислота вступає уотпарную колону 1тарельчатого типу. Сюди однією тарілку вище введення азотної кислоти подається підігрітий до100°С вкипятильнике 872%-ний розчин нітрату магнію. У частиніотпарной колони з допомогою кип'ятильника 2 температура розчину підтримується не більше 160 -180°С. Пари, що виходять ізотпарной колони, містять близько 87%HNO3 і 13% води та направляють удистилляционную колону 3. Розчин нітрату магнію, який містить близько 55%Mg(NO3)2, надходить через кип'ятильник 8 на концентрування до змісту 72%Mg(NC3)2. Пари води, котрі виділяються з розчину ввакуум-испарителе 6, вступають у барометричний конденсатор 5. Удистилляционной колоні 3 відбувається концентрування 87% -іншої азотної кислоти до змісту 99%HNO3. Її пари при86°С вступають у конденсатор 4, потім частина конденсату якфлегми повертається удистилляционную колону, решта кількість концентрованої кислоти передається складу. Новоутворена вдистилляционной колоні75%-ная азотна кислота стікає вотпарную колону.

Співвідношення концентрованого розчинуMg(NO3)2 і котра надходить азотної кислоти має не меншим 2,5, щоб концентрація відпрацьованого розчину нітрату магнію була нижче 55%.

Перевага цього способу концентрування азотної кислоти полягає у значно менших експлуатаційних витратах (вдвічі), менших капітальних витратах (на 30 - 40%) й у можливості отримання азотної кислоти, не що містить H2>SO4. З іншого боку, усувається забруднення атмосферисернокислотним туманом, що утворюється, як відомо, приконцентрировании сірчаної кислоти. Однак це спосіб пов'язані з великим

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація