Способы получения концентрированной азотной кислоты. Технологическая схема получения концентрированной азотной кислоты методом выпарки с водоотнимающимисредствами.

Способы получения концентрированной азотной кислоты:

1 Методом выпарки

2 Методом прямого синтеза

Дисцилляция разбавленных водных растворов азотной кислоты позволяет концентрировать ее до содержания 60 – 65% . Только введением в разбавленную водоотнимающих средств можно повысить давление насыщенных паров и осуществить отгонку концентрированной . Температуры кипения растворов серной кислоты значительно выше температур кипения концентрированной , поэтому при дисцилляции в парах будет находиться , а в кубовом остаткеq – водный раствор серной кислоты. Концентрирование разбавленных растворов с помощью серной кислоты осуществляется в колоннах барботажного типа. Выделяющиеся в этих аппаратах пары конденсируются в холодильнике, охлождаемом водой, а разбавленная серная кислота после денитрации поступает на упаривание до концентрации 93% и снова используется для концентрирования разбавленной . Серная кислота циркулирует в замкнутом цикле.

Разбавленная из напорного бака 1 направляется в колонну 6 через два фонаря-расходомера 3, включенных параллельно. Часть кислоты проходит испаритель 4 и в виде парожидкостной смеси поступает на десятую тарелку колонны, остальная кислота подается на три тарелки выше. Под первую тарелку колонны поступает острый пар для денитрации отработанной серной кислоты. Пары отводятся через штуцер в крышке колонны и конденсируются в холодильнике 7. Образующаяся кислота содержит большое количество растворенных оксидов азота и потому возвращается на верхнюю тарелку колонны 6, где продувается парами , идущими из колонны в конденсатор. Пройдя две отбелочные тарелки, концентрированная кислота, освобожденная от оксидов азота, отводится из колонны 6 и после охлаждения в холодильнике 8 поступает на склад. Часть паров , не сконденсировавшихся в холодильнике 7, в смеси с оксидами азота и воздухом, приникающим в систему через неплотности в аппаратуре, поглощается водой в башне 10, где образуется 50%-й раствор , который охлаждаясь затем в холодильнике 9, поступает в сборник 11. Отработанная серная кислота на выходе из колонны 6 направляется на концентрирование. Температура паров на выходе из колонны 6 равна 358К, после конденсатора 7 – около 303 К. Давление перегретого пара на входе в колонну не превышает 0,15МПа, его температура равна 520К. Давление насыщенного пара, поступающего пара, поступающего в испаритель 4, составляет 0,4 – 0,6 МПа.

31 Прямой синтез конц. HNO₃ из оксида азота

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO; 2NO+O₂=2NO₂

Т.к. реакция обратима, то lim стадия является окисление. Следовательно, надо мах увеличить конц. NO₂ и создать условия, чтобы υ окисления была большой. Конц. оксидов азота в нитрозном газе ≤11%. Для получения конц. HNO_3, надо использовать чистый оксид азота и окисление вести при Р=4-5 Мпа.

N₂O₄+H₂O+0,5O₂=2HNO₃ для осуществления этой реакции необходимо получить 100% N₂O₂.

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O (Т=800-900⁰С, kat), конц NO =10-11%

4NO+O₂=4NO₂

3NO₂+2H₂O+О₂=4HNO₃

4NH₃+5O₂=4HNO₃+4H₂O Этим способам можно получить 77,7% HNO₃, для получения 100% необходимо удалить 4 моля воды из реакции. Следовательно, нужно полное окисление NO до NO₂ с последующей конденсацией NO₂, при Т=24⁰С NO₂ переходит в N₂O₄. Конденсацию ведут так, чтобы υ окисления NO до NO₂ была миn. Этого можно достичь при резком охлаждении.

Окисление NO до NO₂ ведут в две стадии(т.к. 100% окисления О₂ достичь невозможно):

1) Кислородом окисляют NO

2) Конц. HNO₃ (С=75%) доокисляют оставшийся NO

Для конденсации NO₂ увеличивают Р(от 3,3 до 10 атм, дальнейшее увеличение Р экономически не выгодно), Т=-10⁰С(Тзам.=-10⁰С). Для облегчения конденсации используют 100% NO₂. 100% NO₂ получают абсорбцией нитрозных газов. Абсорбцию NO₂ ведут 100% HNO₃, при десорбции получают 100% NO_2.

nNO₂+ HNO₃= HNO3*nNO₂+Q (получение нитроолеума).

Растворимость NO₂ в 100% HNO₃ зависит от конц. HNO_3, Т и содержания NO₂ в нитрозном газе(10-11%). Растворимость NO₂ в 100% HNO₃ составляет 30%, остаточное содержание NO₂ 0,1-0,2% в газе. Для выделения NO₂ в газовую фазу, нитроолеум нагревают до Т=Ткип.100% HNO₃ (85⁰С).

Конденсацию ведут в рассольных холодильниках до Т=-10⁰С 2NO₂ =N₂O_4.(получили 100% N₂O₄ из нитрозных газов).

N₂O₄+H₂O+0,5 O₂=2HNO₃+Q.

N₂O₄+H₂O=HNO₃+HNO₂

3HNO₂= H₂O+2NO+2HNO₃

2NO+O₂=2NO₂-lim стадия

Чтобы увеличить скорость lim процесса, нужно использовать для окисления чистый О₂, увеличить Р(4-5 Мпа), при этих условиях lim стадией становится разложение HNO_2. А для увеличения скорости этой реакции необходимо увеличить Т до 70-80⁰С.

Для получения 100% HNO₃ надо оптимальное соотношение N₂O₄ и H₂O. На практике используют небольшой избыток N₂O₄ и получают нитроолеум, который потом подвергают отбелке(т.е. отгоняют свободный N₂O₄).

Виды Азотных Удобрений

Азотные удобрения играют важную роль в решении задач повышения урожайности сельскохозяйственных культур, обеспечения страны продовольствием, а также получения валютных поступлений за счет их поставки.

Ассортиментный состав выпуска азотных удобрений насчитывает более 20 различных видов и марок удобрений. Выпускаются как одинарные азотные удобрения, так и сложные. Одинарные азотные удобрения производятся следующие: карбамид, аммиачная и калиевая селитры, сульфат аммония, аммиак для сельского хозяйства, аммиачная вода, КАС (карбамид-аммиачная селитра). ОАО «Гродно Азот» является единственным в Республике Беларусь производителем одинарных азотных удобрений. Кроме этого ОАО «Гродно Азот» специализируется на выпуске метанола и капролактама.

Мощности предприятия по выпуску основных видов продукции следующие:

1) Аммиак жидкий технический - 900 тыс. т в год;

2) Карбамид - 1000 тыс. т в год;

3) Удобрения жидкие азотные (КАС) - 720 тыс. т в год;

4) Метанол технический - 66 тыс. т в год;

5) Капролактам - 111,2 тыс. т в год;

6) Сульфат аммония - 319 тыс. т в год;

7) Гидроксиламинсульфат кристаллический - 3,3 тыс. т в год.

Сульфат аммония производится из отходов производства капролактама.Основной реакцией получения сульфата аммония является нейтрализация аммиака серной кислотой.Эта реакция протекает с выделением тепла.

Сам по себе сульфат аммония представляет собой белое криссталическое вещество, почти не гигроскопичное, не слеживаемое. Но есть один большой недостаток, из-за которого его применение ограничено: процентное содержание азота в нем невелико, всего лишь 21 %. Содержание свободной серной кислоты = 30 %. Кристаллизация сульфата аммония идет при Т = Ткрис , т.е при 108,5 С. Сушка протекает в 2 стадии (горячяя и холодная).

Сам процесс образования сульфата аммония можно описать следующим образом:

Раствор слабо концетрированный 10 % → Выпарка → Сгущение → Центрифугирование → Сушка.

После центрифуги влажность сульфата достигает 2,5 %, а после сушки всего лишь 0,2 %.

Аммиачная селитра является одним из основных и самых востребованных агорохозяйствами азотных минеральных удобрений.

Аммиачная селитра NH₄N0₃ содержит 34-35% азота. В нём удачно сочетается быстродействующий нитратный азот с менее подвижным аммиачным. Хорошо растворяется в воде. Это безбалластное удобрение, и стоимость перевозки содержащегося в нём азота ниже, чем при перевозке других азотных удобрений (за исключением карбамида и жидкого аммиака).

Кристаллический продукт при хранении слёживается. Поэтому значительную часть этого удобрения промышленность выпускает в гранулированном виде. Аммиачную селитру применяют в качестве основного удобрения при посеве (в лунки, гнёзда, лентой) и в виде подкормки. Только на песчаных и суперпесчаных почвах возможно частичное вымывание азота, внесённого заранее. Поэтому здесь не следует вносить это удобрение осенью.

Основной метод:

Было отмечено,что в промышленном производстве используется безводный аммиак и концентрированная азотная кислота:

Реакция протекает бурно с выделением большого количества тепла. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного.

Метод Габера:

из азота и водорода синтезируется аммиак, часть которого окисляется до азотной кислоты и реагирует с аммиаком, в результате чего образуется нитрат аммония:

3H₂ + N₂ → 2 NH₃ (При давлении, высокой температуре и катализаторе);

NH₃ + 2O₂ → HNO₃ + H₂O;

HNO₃ + NH₃ → NH₄NO₃.

Нитрофосфатный метод:

Этот способ так же известен как способ Одда, названный так в честь норвежского города, в котором был разработан этот процесс). Он применяется непосредственно для получения азотных и азотно-фосфорных удобрений из широко доступного природного сырья. При этом протекают следующие процессы:

Природный фосфат кальция (апатит) растворяют в азотной кислоте:

Ca₃(PO₄)₂ + 6HNO₃ + 12H₂O → 2H₃PO₄ + 3Ca(NO₃)₂ + 12H₂O.

Полученную смесь охлаждают до 0°С, при этом нитрат кальция кристаллизуется в виде тетрагидрата — Ca(NO₃)₂·4H₂O, и его отделяют от фосфорной кислоты.

На полученный нитрат кальция и не удалённую фосфорную кислоту действуют аммиаком, и в итоге получают нитрат аммония:

Ca(NO₃)₂ + 4H₃PO₄ + 8NH₃ → CaHPO₄↓ + 2NH₄NO₃ + 3(NH₄)₂HPO₄.

NН₃

Химическая формула – NН₃. Относительная молекулярная масса – 17.

Продуктом производства является синтетический аммиак.

Жидкий аммиак (NН₃) – бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом, образуется в результате охлаждения газообразного аммиака до минус 33,4°С при атмосферном давлении. При температуре минус 78°С затвердевает в виде кристаллов кубической формы. Плотность жидкого аммиака равна 681,4 кг/м³.

Критическая температура аммиака равна 132,4°С, критическое давление 115 кгс/см².

Молярная теплоемкость аммиака при атмосферном давлении и 20°С равна 35,66 кДж/моль·град, молярная теплота испарения при минус 33,4°С составляет 22,37 кДж/моль.

Карбамид

Карбамид представляет собой бесцветные кристаллы легко растворимые в воде, спирте, жидком аммиаке, сернистом ангидриде. Температура плавления 132,7°C, плотность 1,33•103 кг/м3.

Карбамид при нормальных условиях пожаро- и взрывобезопасен, не токсичен.

Карбамид упаковывают в клапанные бумажные и полимерные мешки по нормативно-технической документации. Навалом в железнодорожные вагоны типа «хоппер», минераловозы, а также в специализированные металлические контейнеры. Для розничной торговли продукт упаковывают в полиэтиленовые пакеты, массой не более 3 кг. Хранят в закрытых сухих складских помещениях. Контейнеры с карбамидом и транспортные пакеты допускается хранить на открытых площадках.

Транспортируют в упакованном виде и насыпью всеми видами крытого транспорта, кроме воздушного.

КАС

Для производства КАС используется раствор карбамида, вырабатываемый цехом карбамид объединенный, и плав аммиачной селитры, вырабатываемый цехом слабой азотной кислоты и жидких азотных удобрений. Для производства плава аммиачной селитры и раствора карбамида исходным сырьем является аммиак.

Исходным сырьем для производства капролактама являются: бензол, аммиак, водород, гидроксиламинсульфат (ГАС), олеум (серная кислота) и сода каустическая.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: