Прямой синтез концентрированной азотной кислоты осуществляется под давлением порядка 50 am путем взаимодействия жидкой четырехокиси азота с водой, в присутствии кислорода, при температуре около 75°С. Таким образом, при этом способе синтеза азотной кислоты необходимо в процессе производства получить жидкую четырехокись азота. С этой целью нитрозные газы охлаждают при окислении до температуры конденсации N02, после чего не-сконденсировзнную двуокись азота отделяют от других газов поглощением ее концентрированной азотной кислотой, а затем отбелкой этой кислоты N02 снова переводят в газообразное состояние. Полученную при этом почти 100% двуокись азота конденсируют, превращая ее в N204, в жидком виде смешивают с 50—70% азотной кислотой и в полученную смесь (раствор HN08-|-N204) в автоклаве подают кислород до достижения давления в нем 50 am.
При этих условиях происходит прямой синтез концентрированной HN03:
NAH-H9O-h0,5O4=2HNO3.
Окисление NO в N02 на установках синтеза концентрированной HNOs производится в специальных окислительных башнях за счет значительного избытка кислорода в нитрозных газах, который поступает сюда перед контактным аппаратом взамен части воздуха. Однако в этих аппаратах полного окисления NO в N03 кислородом нитрозных газов не достигается. Поэтому для окисления оставшейся в газах окиси азота применяется концентрированная азотная кислота.
Охлаждение нитрозных газов и тем самым конденсация из них двуокиси азота производится холодильным рассолом до температур порядка — 10СС. Однако в связи с тем что нитрозные газы содержат в своем составе водяные пары, из этих газов при охлаждении всегда образуется азотная кислота. При этой температуре двуокись азота будет конденсироваться и растворяться в образующейся азотной кислоте. Следовательно, при охлаждении нитрозных газов из холодильника будет отходить не жидкая двуокись азота, а раствор ее в азотной кислоте, который затем поступает в автоклав.
Несконденсированная в холодильнике двуокись азота в дальнейшем поглощается концентрированной азотной кислотой, из которой путем отбелки она удаляется, затем конденсируется и тоже поступает в автоклав.
Схема процесса производства концентрированной азотной кислоты изображена на цветном рисунке 49. После охлаждения до 30—40°С нитрозные газы из холодильника 1 поступают в окислительную башню 2, затем в доокислитель 3 и отсюда в рассольный холодильник 4. В окислительной башне происходит окисление N0 в NOa в азотнокислой среде за счет кислорода, содержащегося в нитрозных газах, а в доокислителе — за счет орошающей его концентрированной (продукционной) азотной кислоты. Нитрозные газы, охлажденные в рассольном холодильнике до —10°С, поступают в поглотительную башню 5, затем в промывную башню 6 и отсюда удаляются в атмосферу. Поглотительная башня орошается концентрированной (продукционной) азотной кислотой, а промывная — разбавленной кислотой, образующейся в водяном холодильнике 1.
Нитроолеум, полученный в поглотительной башне 5, а также в автоклаве при синтезе HN03 (см. ниже), подается в отбелочную колонну 7, где он подогревается до 80°С и тем самым освобождается от окислов азота. Освобожденная от растворенной двуокиси азота концентрированная азотная кислота из колонны 7 поступает на склад готовой продукции и частично на орошение башни 5 и доокислителя 3. Двуокись азота из отбелочной колонны 7 поступает в рассольный холодильник 4, где охлаждается до —10°С, конденсируется и в жидком виде направляется в смеситель 8, куда поступают также растворы N02 в азотной кислоте из окислительных аппаратов 2 и 3, а также из холодильника /. Путем смешения всех этих конденсатов и растворов в смесителе 8 образуется так называемая «сырая смесь» состава .(примерно): 70% N204, 18% HN03 и 12% Н20. Эта смесь периодически подается в автоклав 9х, куда одновременно под давлением 50 am подается кислород. В автоклаве и происходит процесс синтеза концентрированной HN03; продолжительность этого процесса около 2 час. Азотная кислота, полученная в автоклаве, содержит в своем составе около 25% N02 и под наименованием нитроолеума поступает в отбелочную колонну 7.
Большая часть отбеленной кислоты (с концентрацией 97—98% HN03) поступает из отбелочной колонны на склад готовой продукции, а меньшая — на орошение доокислительной и поглотительной башен (см. выше).