Химия

 


 

Производство

Сырье и энергия
Сера и серная кислота
Связанный азот
Удобрения и химикаты
Силикаты
Кислоты щелочи хлор
Металлы
Алюминий
Чугун и сталь
Полупроводники
Топливо
Органический синтез
Синтетические соединения



Яндекс.Метрика

Стадии процесса получения синтетической азотной кислоты

Процесс получения азотной кислоты синтетическим путем протекает в три стадии:
первая стадия — окисление аммиака кислородом воздуха:
4NH3+502=4N0-f 6НаО+216 700 кал;
вторая стадия — окисление окиси азота кислородом воздуха до двуокиси азота и дальнейшая полимеризация двуокиси азота с образованием четырех окиси азота:
Образующаяся в результате этих реакций окись азота вновь окисляется до двуокиси азота, последняя при поглощении водой снова подвергается самоокислению-самовосстановлению, и так процесс протекает до тех пор, пока почти вся окись азота не будет превращена в азотную кислоту.
В связи с тем что вторая и третья стадии процесса получения азотной кислоты из аммиака взаимосвязаны друг с другом и протекают в одних и тех же аппаратах одновременно, в производственной практике обе эти стадии объединяют в одну, именуя ее переработкой нитрозных газов в азотную кислоту.

Теоретические основы процесса окисления аммиака
Процесс окисления аммиака может протекать практически необратимо в трех направлениях: до элементарного азота, его окиси и его закиси. Однако в присутствии платинородиевого и
других катализаторов платиновой группы при температурах порядка 800°С реакция окисления NH3 протекает преимущественно (на 98—99%) в направлении образования окиси азота (см. рис. 41). При этом около 1—2% NH3 сгорает до элементарного азота, количество которого с повышением температуры резко возрастает. Если процесс окисления аммиака протекает при температурах ниже 800°С, то степень окисления NH3 уменьшается и тем больше, чем ниже температура реакции, так как скорость процесса при этом становится значительно меньше.
Следует, однако, отметить, что указанная, максимальная, степень окисления аммиака до окиси азота (98—99%), протекающая
при оптимальной температуре газа 800°С, обеспечивается лишь в том случае, если:
а)            время контакта аммиачно-воздушной смеси с катализатором составляет 0,0001—0,0002 сек,
б)           эта смесь не содержит каталитических ядов,
в)            концентрация аммиака в ней составляет 10—11% (по объему).
Время контакта. При продолжительности контактирования газа с катализатором меньше Ю-4 сек скорость реакции недостаточно велика и процесс окисления NH3 не доходит до конца; если же время этого контакта становится больше 2 • Ю-4 сек, то процесс окисления аммиака начинает протекать в направлении сгорания его до элементарного азота (см. рис. 42). При оптимальной продолжительности контактирования 4—2 -10сек) производительность катализатора составляет примерно 25 кг аммиака в час на 1 м2 действующей J (активной) поверхности катализатора.
В качестве катализатора при ! окислении NH3 служит сплав I платины с родием1, из которого ; делаются нити диаметром 0,06— 0,09 мм, а из нитей изготовляются сетки диаметром до 1 м с числом отверстий 1024 (32x32) на 1 см2 площади сеток; действующая поверхность 1 см2 площади таких сеток составляет 1,5 см2, а вес 0,7 г. В процессе работы катализатор подвергается механическому разрушению. Потеря платины при этом составляет около 0,05 г на 1 г вырабатываемой кислоты. Частицы платины, образующиеся при разрушении сеток и уносимые током газа, в настоящее время улавливаются специальными фильтрами.
Чистота аммиачно-воздушной смеси. Платиновые катализаторы очень чувствительны к действию ядов. Эти катализаторы необратимо отравляются следами фосфористого водорода; быстро понижается их активность от ничтожного количества паров смазочных масел, сероводорода, пыли (особенно частиц железа и его окиси) и других примесей. Поэтому аммиак и воздух, идущие в контактный аппарат, должны быть очень тщательно очищены от посторонних примесей.
Состав аммпачно воздушной смеси. По уравнению реакции окисления аммиака
4NH3-f-502=4N0-f-6H20
на 1 моль NH3 теоретически требуется 5/4=1,25 моль кислорода. Однако опыт показывает, что при прочих равных условиях такое соотношение кислорода к аммиаку дает выход N0 около 70% 1. При увеличении этого соотношения выход N0 возрастает, достигая максимального значения при молярном соотношении реагирующих компонентов: NH3 : 02 = 1 : (1,7—1,9), что соответствует содержанию аммиака в аммиачно-воздушной смеси порядка 10—11%. Избыточный кислород расходуется в дальнейшем на окисление NO до N02.
Давление.
Так как окисление аммиака процесс практически необратимый, то изменение давления оказывает влияние только на скорость окисления аммиака, а выход практически остается постоянным. Практика показывает, что если окисление NH3 проводить под давлением в 8 am, то скорость реакции, а следовательно, и производительность катализатора увеличивается в пять раз по сравнению со скоростью его при 1 am и т. д. Однако при этом давлении унос платины составляет 0,15—0,20 г на 1 г азотной кислоты, т. е. в три-четыре раза больше, чем при нормальном давлении.
Таким образом, для того чтобы на платинородиевых катализаторах при нормальном давлении выход окиси азота достигал 98— 99%, необходимо соблюдать следующие оптимальные условия процесса окисления:
1)            температура газа около контактных сеток должна быть 750—800°С;
2)            продолжительность контактирования газа с катализатором 1 . Ю~4—2 • 10~4 сек;
3)            содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси — 10—
4)            почти полное отсутствие в этой смеси вредных для катализатора примесей.



Меню раздела

Фиксация атмосферного азота
Производства аммиака синтетическим способом
Производство азота
Очистка воздуха
Устройство ректификационной колонны
Основы процесса синтеза аммиака
Промышленные установки синтеза аммиака
Синтез аммиака при среднем давлении
Синтез аммиака при высоком давлении
Производство азотной кислоты
Получения синтетической азотной кислоты
Переработка нитрозных газов в азотную кислоту
Взаимодействия двуокиси азота с водой
Производство синтетической азотной кислоты под атмосферным давлением
Производство синтетической азотной кислоты при давлении 6—8.
Прямой синтез концентрированной азотной кислоты
Концентрирование азотной кислоты


 

© 2011 Химическая промышленность
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.