">    Давление. Повышение давления ускоряет процесс  окисления аммиака за счет увеличения концентрации реагентов и производительности катализатора, что позволяет сократить размеры аппаратуры. При этом, однако, снижается выход оксида азота (II) и увеличивается эрозия и унос катализатора, что удорожает продукцию. Так, если при атмосферном давлении (105 Па) унос катализатора не превышает 0,05 г на тонну азотной кислоты, то при давлении 0,8 МПа он достигает 0,4 г/тонну.

    Время контактирования, Скорость каталитического  окисления аммиака до оксида азота (II) весьма высока. За десятитысячные доли секунды степень превращения составляет 0,9 7— 0,98 дол. ед. при атмосферном давлении и 0,98—0,96 при давлении 0,8—1,0 МПа. Время контактирования зависит от природы катализатора и составляет; для платиновых катализаторов 10⁴ – 10⁵ с, для окисных катализаторов около 10² с. Увеличение времени контактирования, то есть снижение объемной скорости АмВС приводит к развитию реакции окисления аммиака до элементарного азота. Оптимальный режим процесса на этой стадии должен обеспечить селективность окисления аммиака, минимальные потери катализатора вследствие его уноса и автотермичность процесса. Этим требованиям удовлетворяют следующие условия: температура 800°С, давление 0,1-1,0 МПа, молярное отношение О2 : NH3 - 1,8—2,0, время контактирования 1-2•10⁴ с.

    Для соблюдения этих условий исходная АмВС должна иметь состав: аммиак 0,10—0,115 об. дол кислород 0,18—0,19 об. дол азот 0,70—0,72 об. дол.

    При использовании АмВС такого состава  нитрозные газы, выходящие из контактного  аппарата, содержат от 0,08 до 0,11 об. дол, оксида азота (II). Абсорбция оксида азота (IV). Нитрозные газы, поступающие на абсорбцию, представляют сложную смесь различных оксидов азота (NO2, N2O4, NO, N2О), элементарного азота, кислорода и паров воды. Их состав зависит от условий окисления. Все оксиды азота, входящие в состав нитрозных газов, нерастворимы в воде, но, за исключением оксида азота (II), взаимодействуют с ней. Механизм образования азотной кислоты при абсорбции оксида азота (IV) водой, а затем образующейся водной азотной кислотой, заключается в том, что оксид азота (IV) диффундирует через пограничный слой газа к поверхности жидкости и абсорбируется ею. При этом оксид азота (IV) реагирует с водой со скоростью, превышающей скорость диффузии и скорость реакции разложения азотистой кислоты. Образующийся оксид азота (II) выделяется в газовую фазу, где окисляется кислородом до оксида азота (IV).  
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2. Описание технологической схемы установки.

 
 
 

    Воздух  забирают из атмосферы через трубу 25(см чертёж), очищают от пыли в фильтре 24, сжимают воздушным компрессором 23 до 0,42 МПа и, разделив на два потока, подают в контактный аппарат и подогреватель аммиака. Жидкий аммиак (парожидкостная смесь) через ресивер 1 поступает в испаритель 2, где испаряется при 10–16 °С и давлении 0,6 МПа.

    После испарителя газообразный аммиак очищают  от масла и механических примесей в фильтре 3 и направляют в подогреватель  аммиака 4, где он нагревается до 80–120 °С воздухом.

    Очищенный воздух и аммиак поступают в смесительную камеру 22 контактного аппарата 20. Образующаяся аммиачно-воздушная смесь содержит 9,6–10,0% NH3. Пройдя тонкую очистку в  фильтре, встроенном в контактный аппарат, аммиачно-воздушная смесь поступает  на двухступенчатый катализатор, состоящий  из трех платиноидных сеток и слоя неплатинового катализатора. Нитрозные  газы при температуре 840–860 °С поступают  в котел-утилизатор 19, расположенный  под контактным аппаратом, где за счет их охлаждения получают пар давлением 40 МПа с температурой 440 °С. Котел  питают химически очищенной водой, деаэрированной в колонне 17. Деаэрированная вода проходит теплообменник 16, где  нагревается нитрозными газами до 150 °С, экономайзер 18 и затем поступает  в барабан котла-утилизатора 21.

    Нитрозные газы после котла-утилизатора охлаждаются  в экономайзере 18, отдают свою теплоту  в подогревателе 15 и затем поступают  в водяной холодильник 14 для дальнейшего  охлаждения до 55^оС. При охлаждении нитрозных газов происходит конденсация паров воды с образованием 40–45%-ной азотной кислоты, которая подается в газовый промыватель 13. Сюда же поступают нитрозные газы.

    В промывателе происходит одновременно с охлаждением промывка нитрозных  газов от нитрит-нитратных солей  и дальнейшая конденсация азотной  кислоты. Кислота из нижней части  промывателя подается в абсорбционную  колонну 10, а нитрозные газы сжимаются  в компрессоре 12 до 11–12,6 МПа, нагреваясь при этом до 210–230 °С. После сжатия нитрозные газы охлаждают в холодильнике 16 до 155–165 °С. в холодильнике 11 второй ступени до 60–65 °С и подают в абсорбционную  колонну 10. На тарелках колонны расположены  земеевики для охлаждения кислоты. Сверху в колонну поступает паровой  конденсат (Н2O) с температурой не выше 40 °С. Снизу колонны выводится 58–60%-ная  азотная кислота; она поступает  в продувочную колонну 9 для удаления растворенных в ней оксидов азота  и далее направляется в хранилище.

    Отходящий газ из абсорбционной колонны  нагревается в подогревателе (топочном устройстве) 8, смешивается в смесителе 7 с природным газом и подогретый до 480 °С направляется на каталитическую очистку от оксидов азота в  реактор. Катализатором очистки  служит алюмопалладиевый катализатор  АПК-2. После каталитического разложения выхлопные газы, содержащие до 0,008% оксидов  азота при температуре 750 °С, поступают  в рекуперационную турбину 5, входящую в состав газотурбинного агрегата. Здесь тепловая энергия выхлопных  газов преобразуется в механическую с одновременным снижением давления газа до 0,95–1,05МПа. Энергия, вырабатываемая в газовой турбине, используется для привода компрессоров 12 и 23 (нитрозного и воздушного). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3. Устройство, принцип работы основного аппарата.

 
 

    Контактный  аппарат, совмещенный с картонным  фильтром для аммиачно-воздушной  смеси и присоединенный в нижней части непосредственно к котлу-утилизатору. Картонный фильтр диаметром 3020/850 мм и высотой 1528 мм состоит из ряда кассет. Пройдя их, аммиачно-воздушная смесь  через внутренний цилиндр поступает  в верхний конус.

    В месте перехода конической части  аппарата в цилиндрическую размещена  решетка, служащая для равномерного распределения газового потока. Это  способствует созданию более благоприятных  условий работы катализаторных сеток. В контактном аппарате имеются три  катализаторных сетки диаметром 2800 мм из нитей диаметром 0,09 мм с 1024 отв./см2, их рабочая поверхность 33, 4 м2. Сетки  помещаются на колосниках, под которыми находится слой металлических колец  высотой 250 мм (размеры колец 32х32х1 мм).

    Нижняя  часть конвертора футерована жаростойким  кирпичом и присоединена непосредственно  к котлу-утилизатору. Для розжига  аппарата и наблюдения за состоянием сеток в его цилиндрической части  имеются запальные отверстия  и «глазки».

    Суточная  производительность описанного аппарата составляет 18-19 т NH₃, или 48-50 т HNO₃. 

 
 

Контактный  аппарат:

1 - жаростойкая футеровка; 2 – слой колец; 3 – катализаторные сетки; 4 – распределительная решетка; 5 – конус контактного аппарата; 6 – картонные фильтрующие кассеты; 7 – взрывная мембрана. 
 
 
 
 
 
 
 

1.4. Техника безопасности при обслуживании оборудования.

 
 

В контактном отделении  аммиак и аммиачно-воздушная смесь, нагнетаемая вентиляторами в  смесители, а затем в контактные аппараты, находится под некоторым  давлением, поэтому через неплотности  вентиляторов, соединений трубопроводов, задвижек трубопроводов, смесителей возможно выделение аммиака в рабочие  помещения.

Ввиду того, что многие технологические  процессы происходят при высоких  температурах, на многих рабочих местах имеется значительное тепловыделение. Так, например, температура платиновой сетки, которая служит катализатором  окисления, достигает 600-700°С и алюминиевые  стенки контактных аппаратов на наружной поверхности имеют температуру  около 300°С. Для борьбы с тепловыделением  аппараты заключают в теплоизолирующие кожухи, соединённые с вытяжными  системами вентиляции.

Контактное  отделение представляет определённую опасность взрыва, так как при  содержании аммиака в воздухе  свыше 13-15% смесь становится взрывоопасной. Для предупреждения опасности взрыва служит, установленный на линии подачи аммиака от газгольдера к вентилятору, автоматический вентилятор, прекращающий подачу аммиака при отключении электрического тока и, следовательно, при остановке  работы нагнетательных вентиляторов. Также для уменьшения опасности  утечек аммиака служат автоматические газоанализаторы.

В абсорбционных отделениях происходит постоянное загрязнение воздуха  окислами азота, постоянно проникающими в помещение из соседних газоходов  и кислотопроводов, от насосов, мест взятия проб. В абсорбционном отделении  также возможны аварии, связанные  с выбросом газов, наиболее опасными местами по авариям являются стеклянные соединения кислотопроводов от башен  к буферным бакам, а также кислотопроводы, находящиеся под высоким давлением, где при неисправностях или повреждениях системы также могут быть прорывы  больших количеств кислоты.

В инверсионном отделении неблагополучным  местом является верх керамиковой башни, куда поступает кислота и раствор  нитритов, при взаимодействии которых  происходит бурное образование окислов  азота. При наименьших неплотностях, они поступают в рабочее отделение. Также необходимо отметить опасность  ожогов лица и глаз брызгами кислоты, рук и тела кислотой при авариях, при взятии проб, при ремонте аппаратуры.

Загрязнение наружного воздуха на территории предприятия окислами азота, выбрасываемыми хвостовыми вентиляторами. Содержание окислов в этих выбросах достигает 0,5 - 1,5%.

В отделении хранения слабой кислоты  причинами постоянных и аварийных  ситуаций являются также неплотности  и неисправности кислотопроводов, переливание ёмкостей через край. При этом также могут быть и  химические ожоги кислотой.

Розлив  азотной кислоты в железнодорожные  цистерны производится снаружи, следовательно, здесь имеется главным образом  опасность ожога кислотой при  переливании цистерн, при неаккуратности рабочих.

Для наибольшей безопасности работников, обслуживающих вращающиеся и  движущиеся части машин и механизмов, применяют защитную блокировку, которая  срабатывает при снятии ограждений или попадании человека в опасную  зону. Различают механические и электрические  блокирующие устройства, а также  блокировку с помощью фотоэлементов.

По  статистике наибольшее количество нещадных случаев на химических производствах  случается при проведении ремонтных  работ с применением открытого  огня.

Ответственный за проведение огневых работ обязан обеспечить безопасное ведение огневых  работ: провести инструктаж; обеспечить средства пожаротушения; знать состояние  воздушной среды; постоянно находиться на месте огневых работ; по завершении их убедиться в отсутствии источников возникновения огня.

При ремонтных работах не допускается  одновременное проведение несовместимых  операций. Например, нельзя проводить  электрогазосварку и одновременно разбирать или промывать, технологическое оборудование и трубопроводы, так как выделяющиеся при промывке и разборе легковоспламеняющиеся и взрывоопасные пары аммиака могут загореться (взорваться). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Расчетная часть.

2.1. Материальный баланс основного аппарата.

 
 
 

Расчет  введенного количества реагентов 

1. На 1 т 100%-ой азотной кислоты необходимо аммиака:

 

17*1000/63 = 270 кг 

С учетом степени контактирования и степени  поглощения полученных оксидов количество необходимого аммиака составит: