Производство концентрированной азотной кислоты концентрированием ее серной кислотой

Прокаленный остаток, 

не  более ………………… 0,03                  0,05

Концентрационная  колонна монтируется из 20-24 царг, крышки и днища, отлитых из ферросилида. В днище каждой царги имеется отверстие для переливного патрубка и горловина для выхода паров. Барботажные колпаки снабжены пазами, которые при повороте колпака зацепляются за прилив на паровой горловине (штыковой затвор). Необходимое количество царг отлито со штуцерами.

Дарги, крышка и днище колонны пришлифованы друг к другу. При сборке между ними помещают асбестовые или клингеритовые прокладки, пропитанные кузбасс - лаком. На крышку и днище накладывают разъемные фланцы, с помощью которых все детали колонны стягивают длинными болтами. Под верхние гайки болтов кладут пружины, чтобы при нагревании колонна не подвергалась термическим деформациям.

Диаметр царги 1 м, высота 360 мм, толщина стенки 25 мм, диаметр парового патрубка 350 мм, диаметр колпака 660 мм; высота крышки и днища по 760 мм. Применяются тарелки других типов - с семью колпаками,    с    колпаками звездообразной формы.  Существуют также колонны меньшего диаметра (850 мм).

Суточная производительность колонны диаметром 1 м достигает 80-90 т концентрированной азотной кислоты.

Конденсатор. Для конденсации паров азотной кислоты применяют оросительные холодильники, состоящие из шести параллельных секций, каждая из которых включает девять ферросилидовых труб длиной 2ми диаметром 100 мм (толщина труб 11 мм). Концы труб соединены верхним и нижним коллекторами. Поверхность теплообмена такого холодильника 30 м²

Контрольный фонарь служит для наблюдения и контроля  за  поступлением   азотной   кислоты, входящей   в колонну. Кислота подается через щель в центральной трубе, из фонаря кислота сливается вниз в отводящую трубу. По уровню кислоты в фонаре определяют ее часовой расход. Диаметр центральной трубы 57 мм, высота щели 150 мм, ширина 6 мм.

  Мерник купоросного масла представляет собой свинцовую коробку прямоугольного сечения, разделенную перегородкой с отверстиями. Через отверстия кислота перетекает из закрытой левой части мерника в открытую (правую). Чем больше отверстий пропускает кислоту, тем больше ее поступает в колонну. По количеству отверстий, в которые идет кислота, определяют ее расход.

При пуске колонну разогревают иногда путем пропускания горячей серной кислоты. Для этого кислоту предварительно разбавляют водой в мернике и следят за температурой смеси по термометру, помещенному в гильзе.

Испаритель типа «труба в трубе» состоит из четырех секций по восьми элементов в каждой, работающих параллельно. Внутренние трубы испарителя выполнены из ферросилида, длина их 2 м, диаметр 80 мм, толщина 10 мм. Внешние стальные трубы (рубашки) имеют диаметр 153 мм. Поверхность нагрева в испарителе  13 м².

Холодильники концентрированной азотной кислоты применяются погружного типа с алюминиевыми змеевиками, корпус аппарата   выполняется   из   углеродистой  стали.

Абсорбционные башни изготовляются из стали марки Х18Н9Т, их заполняют фарфоровыми насадочными кольцами; высота  башен  5-8  м.

 

 

 

 

 

 

 

6.Концентрирование обработанной серной кислоты

 

Для концентрирования азотной кислоты  требуются большие количества купоросного  масла, которое по существу не расходуется (если не считать потерь H₂SO₄), а только разбавляется водой. Поэтому отработанную серную кислоту концентрируют и снова возвращают в цикл. В промышленности получил распространение метод концентрирования серной кислоты, основанный на нагревании путем непосредственного соприкосновения горячих газов с кислотой.

Осуществление этого способа согласуется с физико-химическими свойствами водных растворов серной кислоты. Кривая температур замерзания растворов H₂SO₄ имеет несколько максимумов и минимумов, что объясняется образованием гидратов H₂SO₄ H₂O. Следует знать, что серная кислота при концентрациях в пределах  80-88  и 97-100% H₂SO₄ замерзает при температурах выше 0 °С.

При нагревании разбавленной серной кислоты вода испаряется только до тех пор, пока содержание H₂SО₄ в жидкой фазе не достигнет 70%. При дальнейшем концентрировании серной кислоты в паровую фазу начинает переходить также H₂SO₄, но отношение H₂SO₄ : Н₂О в парах меньше, чем в жидкости, вплоть до концентрации H₂SO₄, равной 98,3%. Температура кипения серной кислоты такой концентрации равна 338 °С, состав паровой и жидкой фаз в этих условиях одинаков, т. е. образуется азеотропная смесь серной кислоты и воды (азеотропная смесь азотной кислоты и воды содержит 68,4% HNO₃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Другие методы производства концентрированной азотной кислоты

Применение  серной кислоты в качестве водоотнимающего средства приводит к необходимости иметь цех концентрирования серной кислоты. Эта операция обходится дорого и сопряжена с выделением больших количеств вредных газов, которые гибельно действуют на окружающую природу. Облако газов, содержащих пары H₂SO₄, SO₃, SO₂, иногда простирается за пределы азотного завода. Поскольку в электрофильтрах невозможно полностью обезвредить отходящие газы цеха концентрирования серной кислоты, возникла необходимость изыскания других методов укрепления разбавленной азотной кислоты или получения непосредственно из окислов  азота  96-98%-ной азотной кислоты.

В настоящее  время в промышленности нашли  следующие способы получения концентрированной азотной кислоты, имеющие   различную  степень распространения:

1. Концентрирование при помощи нитрата магния.
2. Прямой синтез из окислов азота  и воды в присутствии кислорода под   повышенным давлением.

Технологическая схема  концентрирования азотной  кислоты при помощи нитрата магния заключается в следующем: разбавленная азотная кислота (55% HNO₃) подается в верхнюю часть отпарной колонны, в которую немного выше поступает 70-72%-ный раствор нитрата магния. Нижняя часть колонны соединена с кипятильником, обогреваемым паром. Через кипятильник циркулирует часть раствора Mg(NO₃)₂, что обеспечивает подвод достаточного количества тепла в отпарную колонну. Температура колонны в нижней части поддерживается в пределах 140-190 °С.

Пары, выходящие из отпарной колонны, поступают в тарельчатую дистилляционную колонну. Эти пары содержат около 87% HNO₃ и 13% влаги. Жидкая фракция из колонны (75% HNO₃ и 25% Н₂О) возвращается на орошение отпарной колонны. Пары HNO₃ из этой колонны поступают в водяной холодильник, откуда отбирается 98-99%-ная азотная кислота, передаваемая как готовый продукт на склад. Часть концентрированной кислоты в виде флегмы возвращается на верхнюю тарелку дистилляционной колонны.

Жидкая фракция, вытекающая из отпарной колонны, содержит 55-70% нитрата магния и не более 0,1%   свободной   азотной кислоты (остальное вода) и имеет температуру порядка 140- 190 °С, в зависимости от давления и концентрации нитрата магния. Часть этой жидкости циркулирует через кипятильник, другая часть отводится из системы и подвергается вакуум-концентрированию.

В качестве вредного отхода описанного процесса получается подкисленная азотной кислотой вода, вытекающая из барометрического конденсатора, зато отсутствуют токсичные отходящие газы.

 

Заключение

Основной метод  производства разбавленной азотной  кислоты - окисление аммиака окись азота в присутствии катализатора с последующим поглощением окислов азота водой. В промышленных условиях разбавленная азотная кислота производится тремя способами. По первому способу обе стадии – окисление аммиака и поглощение окислов водой – производятся при атмосферном давлении. Это способ отличается низкими энергетическими расходами, простотой оборудования и удобством его эксплуатации. Недостаток способа – большие капитальные затраты и наличие большого количества оборудования.

По второму способу обе стадии – окисление аммиака и поглощение6 окислов азота – проводятся под давлением. Этот способ характеризуется высоким уносом платины, большими энергетическими затратами и сравнительно малыми капитальными расходами.

Третий способ – комбинированный: окисление аммиака производится под атмосферным давлением, а поглощение окислов азота – под повышенным давлением. Этот способ сочетает в себе преимущества первого (низкий расход платины) и второго (низкий расход нержавеющей стали). В результате уменьшаются эксплуатационные расходы, а следовательно, и себестоимость кислоты. Это делает комбинированный наиболее выгодным.