Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
NO + NO2 = N2O3 + 40,2 кДж.
Час т, потрібний для того, щоб прореаг\ вало 50% вихідних речовин для реакцій третього порядку, дорівнює:
де k — константа швидкості; а — початкова концентрація вихідних речовин, г-моль/л.
Оскільки концентрація газової суміші реагуючих речовин прямо пропорційна тиску, то т для реакцій третього порядку буде обернено пропорційним квадрату тиску.
Виходить, що час, необхідний для окислення NO до заданого ступеня під тиском 10 • 105 Па, буде в 100 разів, а під тиском в 50 х X Ю5 Па — в 2500 разів менший, ніж при атмосферному тиску.
Розміри апаратури для окислення NO великою мірою залежать від тиску. Об'єм апарата, необхідний для переробки даної кількості
газу за час т його перебування в апараті при атмосферному тиску, дорівнює:
V = Wt, (153)
де W — секундний об'єм газу при атмосферному тиску.
Якщо тиск підвищено до р Па, то об'єм апарата, необхідний для переробки однакової кількості газу, при тій самій температурі знаходять з формули
У = ~У1Ї=1^> <154>
тобто об'єм апарата буде обернено пропорційним кубу тиску. Це означає, що при тиску 10 ¦ 105 Па потрібний об'єм в 1000 разів, а при тиску 50 • 105 Па — в 125 000 разів менший, ніж при атмосферному тиску.
Отже, навіть ненабагато збільшуючи тиск, можна значно збільшити швидкість реакції окислення NO і підвищити продуктивність апаратури. Враховуючи агресивність нітрозних газів, у промисловості часто застосовують тиск у першій стадії виробництва HNO3.
Абсорбція нітрозних газів водою. Розчинення нітрозних газів у воді супроводиться утворенням азотної і азотистої кислот:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 116,0 кДж; (и)
N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + 59,0 кДж; (к)
"N2O3 + H2O = 2HNO2. (л)
Азотиста кислота нестійка і розкладається
3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O — 75,8 кДж. (м)
Підсумовуючи рівняння (и) і (ф,* маємо рівняння (б). Реакція (б) оборотна; стан рівноваги залежить.від концентрації HNO3, температури і тиску. Чим менша концентрація HNO3, тим .більший ступінь поглинання NO2, що видно з табл. 13.
При атмосферному тиску і звичайній температурі утворюється азотна кислота з концентрацією не більш як 50% HNO3.
У промисловості ступінь перетворення оксидів азоту в азотну кислоту при атмосферному тиску досягає 92%, при тиску 5,9 — 7,8 х XlO5 Па — 98%о. Змгншення температури дає невеликий ефект, бо при
зниженні температури зменшується швидкість процесу. Для прискорення взаємодії NO2 з водою збільшують поверхню дотику реагуючих компонентів, заповнюючи башти насадкою.
При підвищеному тиску [ (6—8) X X Ю5 Па] і температурі 50—80° C утворюється 58—60%-ний розчин HNO3.
Щоб добути розчин HNO3 з концентрацією 98%, треба збільшити тиск до (50—80) 105Па, а щоб прискорити реакцію, збільшити температуру до 50—80° C
Таблиця 13. Рівноважний ступінь реакції NO2 з водою залежно від концентрації HNO3 і вмісту NO2 у газовій суміші
Вміст NO2 у газовій суміші, %
Сту ш Hb
поглинання NO2. %
10%-на HNO,
30%-на HNO1
60%-на HNO,
0,1
70,5
7,13
0,0
1,0
92,4
64,5
0,3
10,0
98,4
91,4
10,2
20,0
99,0
94,2
18,3
§ 5. ВИРОБНИЦТВО РОЗБАВЛЕНОЇ АЗОТНОЇ КИСЛОТИ
У промисловості HNO3 виробляють за двома технологічними схемами: за першою схемою працюють установки, в яких окислення NH3 і поглинання оксидів азоту водою відбуваються під атмосферним тиском з виходом 50%-ного розчину HNO3; за другою схемою окислення NH3 і поглинання оксидів азоту водою відбувається при підвищених тисках (3,4—7,8 • 105 Па).
Щоб зменшити втрати платинового каталізатора, HNO3 виробляють за так званою комбінованою схемою: NH3 окисляється при атмосферному тиску, а оксиди азоту поглинаються при підвищених тисках [(6—8) 105 Па].У Внаслідок цього поліпшується технологія виробництва і виходить HNO3 підвищеної концентрації.
На рис. 122 наведено схему добування розбавленої HNO3 під атмосферним тиском.-^Система має шість абсорбційних, дві «санітарні»
1 одну окислювальну башти, контактний апарат об'єднаний з котлом-утилізатором.
Очищений газоподібний NH3 втягується вентилятором 3 в патрубок, де змішується з повітрям. Повітря втягується через скрубер /, що зрошується водою або розбавленим розчином соди, а для очищення від механічних домішок фільтрується крізь тканину у фільтрі 2.
Аміак і повітря, змішані у співвідношенні 10—12 об'ємних частин NH3 на 90—88 об'ємних частин повітря, вентилятором 3 подаються в систему. Якщо в системі використовується O2, то його додають до повітря перед очищенням, внаслідок чого вміст NH3 в суміші підвищується до 12,5%.
Газову суміш перед контактним апаратом ще раз фільтрують крізь поролітовий або картонний фільтр 4, розміщений у верхній частині контактного апарата 5.
Апарати такої конструкції характерні тим, що нітрозні гази після контактування з температурою 750—850° C надходять відразу на охолодження в котел-утилізатор б, в якому утворюється водяна пара з температурою 450° C під тиском 40 - 105 Па. У котлі-утилізаторі (див. рис. 106) газова суміш охолоджується до 150—160° С. В холодильниках 7 і 8 нітрозні гази охолоджуються до 40° C На виході з холодильника 7 утворюється конденсат, в якому міститься 2—3% HNO3.
