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

Теоретические основы процесса переработки нитрозных газов в азотную кислоту

После окисления аммиака отходящий из контактного аппарата газ содержит в своем составе 10—11% NO, 5—5,5% Оа, азот и пары воды. Для получения из этого газа азотной кислоты окись азота должна быть предварительно окислена до двуокиси азота:

Скорость и степень окисления окиси азота. Реакция окисления N0 обратима; константа равновесия ее в зависимости от температуры равна:
Из значений константы равновесия этой реакции следует, что при температурах порядка 800—900°С окисления NO практически не происходит. При температурах же порядка 100°С и ниже это окисление практически идет до конца.
Реакция окисления NO обладает своеобразной особенностью, а именно: скорость этой реакции с понижением температуры увеличивается, а не уменьшается, как это имеет место при других химических процессах. Например, при — 130°С эта реакция протекает в 12 раз быстрее, чем при 0°С, и в 30 раз быстрее, чем при 300°С. Однако скорость окисления NO при любых температурах измеряется секундами и минутами, т. е. равновесие ее достигается сравнительно медленно.
Двуокись азота обладает свойством полимеризоваться с образованием четырехокиси азота.
Процесс полимеризации NOa также обратим; константа равновесия его в зависимости от температуры равна. Отсюда следует, что с понижением температуры степень полимеризации N02 увеличивается: при 0°С полимер около 71% N02, а при температурах порядка минус 10—15°С степень полимеризации достигает 98—99%. При температурах выше 100°С N02 практически не полимеризуется. Скорость процесса полимеризации N02 измеряется сотыми и тысячными долями секунд. Это значит, что равновесие при этом процессе устанавливается практически мгновенно при любых температурах.
Таким образом, нитрозные газы по выходе из контактного аппарата (с / — 750—800°) должны быть охлаждены. При охлаждении этих газов окись азота за счет содержащегося в газах кислорода быстро окисляется до N02; степень окисления будет тем больше, чем ниже достигается температура газа. При температурах, близких к нормальной, в этом газе из окислов азота практически будет содержаться только N02 и N204, а при температурах ниже 20°С четырехокись азота перейдет в жидкое состояние.
Повышение давления, так же как и понижение температуры, способствует как окислению NO, так и полимеризации N02, так как эти реакции протекают с уменьшением объема и с выделением тепла. Поэтому окисление окиси азота выгоднее производить при повышенных давлениях.
Поглощение двуокиси азота водой. Процесс взаимодействия двуокиси азота с водой является обратимым:
Согласно принципу Ле Шателье с повышением давления равновесие этой реакции сдвигается в сторону образования HN03, а с повышением температуры, наоборот, в сторону разложения HN03.
Кроме температуры и давления, равновесное состояние указанной реакции в значительной мере зависит также от концентрации HN03 в ее водном растворе. Чем меньше концентрация HN03, тем больше степень превращения двуокиси азота в HN03, и наоборот, с повышением концентрации HN03 степень превращения N02 в HNOa уменьшается (см. рис. 43). Из данных рисунка 43 следует, что при атмосферном давлении и температуре 25°С двуокись азота с водой, содержащейся в азотной кислоте концентрации 60% и выше, уже не образует HN03, даже если нитрозных газах постоянно
содержится 10% N02. Это означает, что при указанных условиях поглощением N02 водой нельзя получить азотную кислоту с концентрацией более чем 60%. Если же учесть, что по мере приближения к равновесному состоянию скорость химического взаимодействия N02 с водой очень сильно снижается и что процесс поглощения NOa водой проводится при температурах порядка 50—80°С, то при этих условиях практически можно получить азотную кислоту с концентрацией не выше 50% при нормальном давлении и 58—60% при давлении 6—8 am.
Однако если при температурах порядка 70—80°С процесс поглощения двуокиси азота проводить при давлениях порядка 50— 60 am, то при наличии в нитрозных газах достаточного количества кислорода степень превращения нитрозных газов в HN03 будет достигать 100% и концентрация азотной кислоты — 99% (см. рис. 44).
Это объясняется тем, что при указанных давлениях и температурах ниже 100°С: а) двуокись азота почти полностью переходит в жидкое состояние в виде ее димера N204, б) скорость химического взаимодействия N204 с водой в десятки тысяч раз больше, чем скорость взаимодействия с ней двуокиси азота при нормальном давлении, в) равновесие реакции 3N02-f-H20^2HN03+N0 с увеличением давления сдвигается в сторону образования HN03 и г) окись азота, выделяющаяся в процессе самоокисления-самовосстановления, за счет избытка кислорода и повышенного давления довольно быстро окисляется до двуокиси азота.
Отсюда следует, что химическое взаимодействие двуокиси азота с водой при давлениях порядка 50 am и температурах ниже 100°С практически протекает по следующим уравнениям (в жидкой фазе).
Процесс образования HN03 из жидкой двуокиси азота под давлением 50 am носит название прямого синтеза концентрированной азотной кислоты.



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.