2. Чистая безводная азотная кислота малоустойчива /1/ и разлагается при обычных температурах.
Молекула HNO3 имеет следующее строение:
атом кислорода
атом водорода
атом азота
Рисунок 2.1 – Строение молекулы азотной кислоты
В газовой фазе молекула HNO3 является плоской. Температура кристаллизации HNO3 равна – 41.58 ºС. При этой температуре кристаллы имеют белоснежный вид. Элементарная ячейка кристаллической решетки азотной кислоты содержит 16 молекул HNO3. плотность кристаллической HNO3 1895 кг / м3.
Плотность жидкой HNO3 увеличивается с повышением давления. При 20 ºС и давлении 1, 102 и 340 атм она составляет соответственно 1512.6; 1526.4; 1547 кг / м3/2/.
Температура кипения чистой азотной кислоты при атмосферном давлении составляет 82.6 ºС.
2. Серная кислота – бесцветная едкая тяжелая маслообразная жидкость /4/ без запаха, плотность 1.84 г / м3, смешивается с водой в любых соотношениях. Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы (VI). При обычной температуре она не летуча и не имеет запаха. При нагревании отщепляет SO3 до тех пор, пока не образуется раствор, содержащий 98,3 % H2SO4. Безводная H2SO4 почти не проводит электрический ток. Кипит и разлагается при 340 ºС, образуя триоксид серы и водяной пар:
H2SO4(Ж) → SO3 (Г) + H2O (2.20)
Высокая температура кипения и большая вязкость серной кислоты обусловлены наличием водородных связей между атомами кислорода соседних молекул. В таблице 2.3 представлены основные характеристики /3/ основных материалов и в таблице 2.4 основные характеристики готовой продукции.
Таблица 2.2 – Характеристика исходного сырья
| Наименование сырья и материалов | Нормативный документ | Показатели, обязательные для проверки | Регламентируемые показатели с допуском | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||
| 1.Слабаяазотная кислота | Массовая доля HNO3, % не менее | 50 | |||||
| 2.Регенериро-ванная сернаякислота | ГОСТ 2184 – 77 | Массовая доля (H2SO4), %, не менее | 91 | ||||
| Массовая доля железа (Fe), %, неболееМассовая доля остатка после прокаливания, %, не болееМассовая доля оксида азота (N2O3), %, не более | 0,20,40,01 | ||||||
| Массовая доля нитросоединений, %, не более. | 0,2 | ||||||
| 3. Техническая вода | pH, не менееЖесткость, мг-экв/кг, не менее | 720 | |||||
| 4. Пар перегретый | Температура на входе, ºС, не менееДавление на входе, атм., не менее | 1201 | |||||
| 5. Отработаннаякислота | Массовая доля HNO3, %, не | 16 | |||||
| 6. Природный газ | ГОСТ 5542 – 78 | менееМассовая доляH2SO4, %, не менее- | 40- | ||||
Таблица 2.3 – Характеристика готовой продукции
| Наименование продукта | Нормативный документ | Показатели, обязательные для проверки | Регламентируемые показатели с допуском | ||||
| Марка А | Марка Б | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 1. Концентриро-ванная азотная кислота | ГОСТ 701-89 | Массовая доля HNO3, % не менее | 98,6 | 97,5 | |||
| Массовая доля моногидрата (H2SO4), %, не менее. | 0,05 | 0,06 | |||||
| Массовая доля оксида азота (N2O3), %, не вболее.Массовая | 0.20.014 | 0.30.025 | |||||
| 2. Концент-рированная сернаякислота | 2184 – 77 | доля остатка после прокаливания, %, не более. 0,3Массовая доля (H2SO4), %, неменееМассовая доля железа (Fe), %, не более Массовая доля остатка после прокаливания, %, не болееМассовая доля оксида азота (N2O3), %, не более | 910,20,010.2 | ||||
Примечание: 1. Для азотной кислоты марки Б, получаемой методом регенерирования отработанных кислот, допускается норма по показателю 1 не менее 97,0 %.
Норма по показателям 1, 3 установлены на момент отгрузки.
2.3 ОПЕРАЦИОННОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технологический процесс получения /3/ концентрированной серной кислоты и денитрации рекуперированных и уловленных кислот состоит из следующих операций:
- концентрирование слабой азотной кислоты;
-денитрация рекуперированных и уловленных кислот;
- абсорбция окислов азота и азотной кислоты;
- концентрирование серной кислоты;
Цех по регенерации отработанной серной кислоты предназначен для получения концентрированной серной кислоты концентрации не менее 92%.
1. Концентрирование слабой азотной кислоты.
Слабая азотная кислота /3/ концентрации не менее 48%; отработанная кислота, которая состоит из 16% HNO3, 40% H2SO4, 44% H2O; серная кислота концентрации не менее 92% при температуре 20 ºС из напорных баков (поз.5) самотеком через щелевые расходомеры поступают в концентрационную колонну ГБХ (поз.1).
Уровень кислот в напорных баках (поз.5) поддерживается постоянным с помощью щелевых расходомеров.
Концентрированная серная кислота поступает на 4 – 6 царги колонны (поз.1), слабая азотная кислота в 8 – 9 царги, отработанная кислота поступает в десятую царгу колонны (поз.1).
Одновременно с подачей кислот в дно колонны (поз.1), в противоток стекающей смеси кислот для отгонки азотной кислоты из отработанной серной кислоты, подается через форсунку водяной пар. Пар, нагретый до температуры 250 °С и сжатый до 2,45 МПа, поступает из 7 цеха. При этом в колонне (поз.1) образуется тройная смесь. Серная кислота присоединяет к себе воду, понижая парциальное давление водяных паров в смеси. В нижней части колонны
происходит концентрирование серной кислоты за счет испарения азотной кислоты.
Перегретый пар /1/ подается в нижнюю часть колонны (поз.1) и при прохождении до 13-11 тарелки отдает тепло перегрева, на вышележащих тарелках передается тепло конденсации.
2. Денитрация рекуперированных и уловленных кислот.
Для денитрации отработанной серной кислоты ее нагревают паром с таким расчетом, чтобы тепло, вводимое с паром, было достаточным для нагревания смеси до 150 – 160 ºС. Поэтому перегретый пар подают в колонну ГБХ (поз.1) с начальной температурой 250 ºС и поддерживают концентрацию отработанной серной кислоты 68 – 70 %. При этом содержание нитрозилсерной кислоты составляет не более 0,05 – 0,1 %, что значительно меньше содержания нитрозилсерной кислоты, если смесь нагревать глухим паром. В этом случае ее содержание составляет 1 – 2 %.
Азотная кислота, освобожденная от воды, но с большой массовой долей окислов азота, в парообразном виде поднимается в верхние царги колонны (поз.1) 6, 7, где, барботируя через слой серной кислоты, окончательно теряет влагу, затем проходит через царги № 4, 5, которые служат брызгоуловителями серной кислоты.
В колонне ГБХ (поз.1) постоянно поддерживается разрежение 1,27 МПа и температура 135 ºС во избежание взрыва, так как процесс идет с выделением большого количества тепла.