Виробництво азотної кислоти (стр. 1 из 5)
ЗМІСТ
Вступ
1. Окислювання аміаку
1.1 Технологічні розрахунки
1.1.1 Завдання 1
1.1.2 Завдання 2
1.1.3 Завдання 3
2. Окислювання окису азоту
2.1 Технологічні розрахунки
2.1.1 Завдання 4
2.1.2 Завдання 5
2.1.3 Завдання 6
3. Абсорбція оксидів азоту
3.1 Технологічні розрахунки
3.1.1 Завдання 7
3.1.2 Завдання 8
4. Очищення викидних газів
4.1 Технологічні розрахунки
4.1.1 Завдання 9
4.1.2.Завдання 10
Література
Вступ
Тема контрольної роботи «Виробництво азотної кислоти» з дисципліни «Технологія основного неорганічного синтезу».
Дисципліна «Технологія основного неорганічного синтезу» вивчається в з метою засвоєння основних теоретичних основ технологій і методів одержання продуктів основного неорганічного синтезу.
Вивчення даної дисципліни ґрунтується на знаннях, одержаних при вивченні таких дисциплін: «Загальна і неорганічна хімія», «Фізична хімія», «Фізика», «Вища математика», «Теоретичні основи технології неорганічних речовин», «Кінетика і каталіз», «Процеси та апарати хімічної технології», «Основи наукових досліджень і наукова інформація» та інших.
Задачею вивчення курсу являється засвоєння фізико-хімічних основ промислових процесів та їх апаратурного оформлення, вивчення технологічних схем промислових виробництв зв’язаного азоту, вміння виконувати технологічні розрахунки.
Мета роботи – ознайомлення з теоретичними питаннями пов’язаними з виробництвом азотної кислоти та вирішення практичних завдань.
Азотну кислоту одержують окислюванням аміаку повітрям з наступною переробкою окислів азоту.
Перша стадія процесу - окислювання аміаку - описується рівнянням реакції:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 905,8 кДж/моль (1)
Одночасно з основною реакцією протікають побічні реакції, що приводять до дефіксації азоту й виражаються сумарним рівнянням:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1266,96 кДж/моль (2)
При охолодженні нітрозного газу окис азоту окисляється киснем до двоокису:
2NО + O2 = 2NO2 + 112,4 кДж/моль (3)
При цьому протікає також реакція:
2NО2 + NО = N2O3 (4)
Всі вищі окисли азоту реагують із водою з утворенням азотної й азотистої кислот:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 115,9 кДж/моль (5)
N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + 59,06 кДж/моль (6)
N2O3 + H2O = HNO2 + 55,6 кДж/моль (7)
Малостійка азотиста кислота розпадається на азотну кислоту й окис азоту:
3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O – 75,7 кДж/моль (8)
Сумарне балансове рівняння виробництва азотної кислоти з аміаку має вигляд:
NH3 + 2O2 = НNО3 + H2O + 420,5 кДж/моль (9)
Каталізатором при окислюванні аміаку служать сплави платини з родієм або палладієм, що мають форму сітки. Застосовують також неплатинові каталізатори на основі окислів заліза з добавками кобальту й хрому.
Напруженість каталізатора характеризують кількістю аміаку (кг) окисленого на 1 м2 активній поверхні каталізатора за добу, тобто кг/(м2∙ добу.):
(10)де
- годинна витрата аміаку, кг/година; 
- активна поверхня каталізаторної сітки, м2.Для платинових сіток активна поверхня 1 м2 розраховується по рівнянню:
(11)де d – діаметр дроту сітки, см;
n – число плетив на 1 см2 площі сітки.
На практиці застосовують сітки, що мають діаметр 0,25-0,1 мм і число плетив 1000-4000 на 1 см2.
Розміри контактного апарата залежать в основному, від необхідної площі каталізаторної сітки. Для визначення площі спочатку знаходять необхідний вільний об'єм Vв каталізатора в м3:
(12)де Wг – об'ємна швидкість газу в умовах контакту, м3/сек.;
τ - час контакту газу з каталізатором, сек..;
або
(13)де m – число сіток, складених разом;
f - відношення вільного об'єму сіток до їхнього загального об'єму;
(14)де 1d – загальний об'єм сіток у см3, віднесений до 1 см2 площі сіток;
- об'єм дроту сіток, віднесений до 1 см2 площі сіток.Об'ємну швидкість газу (у м3/сек..) в умовах контакту розраховують по формулі:
(15)де W0 – об'ємна швидкість газу при н.у., м3/сек..;
Тк – температура контакту, К;
Рк – тиск у контактному апарату, Па або атм;
Р – атмосферний тиск, Па або атм.
Підставивши в рівняння
значення Vв і Wг і вирішуючи його відносно S одержимо необхідну площу каталі заторної сітки: 
(16)азотний кислота аміак оксид
де 1,1 - коефіцієнт, що враховує збільшення часу контакту за рахунок подовження ниток сітки при провисанні.
Діаметр сітки:
(17)Оптимальний час контакту залежить від природи каталізатора й температури. Для 9000С при ступені перетворення 90-98% час контакту газу з каталізатором можна визначити по формулі:
(18)де
- ступінь перетворення NH3 в NO, %.Підвищення температури внаслідок виділення теплоти при окислюванні аміаку киснем повітря можна визначити по формулі:
(19)де
- ступінь перетворення, частки одиниці;х - зміст аміаку в аміачно-повітряної суміші, об. частки;
РН2О – парціальний тиск водяних пар у суміші;
Р – загальний тиск газу.
Вищенаведена формула справедлива при наступних значеннях мольних теплоємкостей компонентів суміші, кДж/(кмоль*град):
С(О2) – 32,3 С(Н2О) – 37,4 C(N2) – 30,8 C(NO) – 31,6
При виборі температури конверсії аміаку необхідно враховувати зростання питомих втрат платинового каталізатора, які сильно збільшуються вище 9500С. Питомі втрати платинового каталізатора можна визначити по емпіричному рівнянню:
(20)де
- питомі втрати платини, г/т;Т – температура конверсії, К.
1.1 Технологічні розрахунки
1.1.1 Завдання 1
Скласти матеріальний і тепловий баланси стадії окислювання аміаку на 1 т азотної кислоти. Ступінь окислювання NH3 до NO – 0,97; NO до NO2 0,99 і ступінь абсорбції 0,97. Зміст аміаку в аміачно-повітряній суміші 7,5 % мас. Температура АВС на вході в контактний апарат 2700С, втрати тепла становлять 5% від загального приходу тепла. Визначити температуру нітрозних газів на виході з контактного апарата.
Рішення:
Визначимо витрату аміаку з сумарного рівняння:
NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (І)
1. Теоретична витрата NH3 на 1 т HNO3 складе:
Фактична витрата NH3 при значенні ступеня конверсії 97% і ступеня абсорбції оксидів азоту 99% складе:
Об'єм цієї кількості аміаку складе:
де 22,4 - мольний об'єм газу.
2. Визначимо об'єм повітря, необхідний для виробництва 1000 кг HNO3
3. Приймаючи склад повітря О2 – 21% про.; N2 – 79% об. обчислимо об'єми цих газів:
4. По рівнянню окислювання аміаку:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (ІІ)
утвориться:
- окису азоту: 370·0,97=359 м3 =
- води
витрата кисню складе:
Результати розрахунків зведені в таблицю матеріального балансу:
Матеріальний баланс окиснення аміаку на 1 т азотної кислоти
| Прихід | кг | м3 | Витрата | кг | м3 |
| Аміачно-повітряна суміш: NH3 N2 O2 | 281 4506 1369 |  370 3604,7 958,3 | Нітрозний газ NH3 N2 O2 NО Н2О | 11 4506 728 480 431 | 14,5 3604,7 509,6 359 538,5 |
| Разом | 6156 | 4933 | Разом | 6156 | 5026,3 |
Тепловий баланс