Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Мухленов И.П. -> "Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп." -> 23

Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.

Мухленов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов Д.А., Амелин А.Г., Тумаркина Е.С., Фурмер И.Э. Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп.: Учебник для вузов. Под редакцией И.П. Мухленова — M., «Высш. школа», 1977. — 288 c.
Скачать (прямая ссылка): genapplchem2.djv
Предыдущая << 1 .. 17 18 19 20 21 22 < 23 > 24 25 26 27 28 29 .. 127 >> Следующая


2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА HNO3

В основе процесса получения разбавленной азотной кислоты из аммиака лежат следующие реакции:

1. Контактное окисление аммиака до окиси азота:

4NHj ь 50, = 4NO+ 6H2O

2. Окисление окиси азота до двуокиси:

Выделяющаяся при этом окись азота вновь окисляется.

Контактное окисление аммиака — процесс экзотермический. В зависимости от условий между аммиаком и кислородом могут протекать следующие реакции:

Реакции (а) — (г) практически необратимы и поэтому направление процесса определяется соотношением скоростей реакций. В отсутствие катализаторов окисление аммиака идет в основном с образованием азота по реакции (в). Для производства азотной кислоты необходимо наиболее полное окисление аммиака по реакции (а), поэтому применяют катализаторы, избирательно ускоряющие ее. На практике степень окисления аммиака кислородом воздуха до окиси азота, т. е. селективность процесса, достигает 98%. Процесс окисления проходит только при высоких температурах, однако излишне высокая температура (свыше 900° С) приводит к образованию элементарного азота. В качестве избирательных катализаторов, ускоряющих процесс окисления аммиака до окиси азота, могут служить платина и ее сплавы с металлами платиновой группы, окислы железа, марганца, кобальта и др. До настоящего времени платина и ее сплавы являются непревзойденными по своей активности катализаторами для этой реакции. Поэтому большинство заводов, производящих азотную кислоту из аммиака, работает с применением платиновых катализаторов. Неплатиновые катализаторы, хотя и менее активные, но более дешевые также широко применяются во второй стадии окисления аммиака. Неплатиновые катализаторы (например, железохромовые) применяются в виде таблеток размером 5x4 мм, которые засыпаются в контактный

2NO 4 O2^ 2NO2

3.

Абсорбция двуокиси азота водой:

3NO2 + H2O = 2Н NOj + NO

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3 кДж 4NH3+ 4O2 = 2N2O+ 6H2O+ 1104,9 кДж 4NH3 + 302 = 2N2 + 6H20+ 1269,1 кДж 4NH3+ 6NO = 5N2+ 6H2O+1810 кДж

(а) (б) (в) (г)

аппарат слоем высотой 100—200 мм. Платиновые катализаторы применяются в виде сеток из то'нкой проволоки диаметром 0,06— 0,09 мм, имеющих 1024 ячейки в 1 см2. Применяются сетки из платииово-родиевого сплава (5—10%Rh), которые менее подвержены разрушению в процессе эксплуатации и имеют более продолжительный срок службы, чем сетки из чистой платины. В последнее время начали применять более активные сплавы, содержащие кроме платины 4% Pd и 3%Rh. Процесс окисления аммиака до окиси азота на платиновом катализаторе протекает с большой скоростью. Однако при значительном увеличении времени соприкосновения газа с катализатором выход NO сильно снижается за счет вредных побочных реакций. Оптимальное время контактирования колеблется в пределах от 0,0001 до 0,0002 с. Для обеспечения определенного времени соприкосновения воздушно-аммиачной смеси с поверхностью катализатора в контактный аппарат вставляются несколько сеток, наложенных друг на друга в виде пакета, причем газовая смесь последовательно проходит все сетки. Для установок, работающих под атмосферным давлением, обычно в пакет входят 3—4 сетки, при применении повышенного давления берут пакет из 15—20 сеток.

Общая скорость процесса окисления в зависимости от конструкции аппарата и технологического режима определяется диффузией аммиака из ядра потока к поверхности платины и лишь при очень сильном перемешивании — взаимодействием аммиака с кислородом, адсорбированным на платине. Напряженность катализатора исходя из диффузии аммиака в воздухе можно определить по уравнению

G = DfRTl, (III.1)

где G — напряженность катализатора, кг-моль/м2 -с - Па; D — коэффициент диффузии аммиака в воздухе, м2/с; R — газовая постоянная, м3-Па/кг-моль-град; T—температура поверхности катализатора, К; / —средняя длина пути молекулы в порах катализатора, м.

Платиновые катализаторы очень чувствительны к примесям, которые могут попадать в контактный аппарат с аммиачно-воз-душной смесью. Особенно сильным ядом является фосфористый водород, отравляющий платиновый катализатор необратимо даже при содержании его в газовой смеси 0,00001%. Соединения, содержащие серу, отравляют катализатор обратимо. Недопустимо попадание на поверхность катализатора пыли, ржавчины и смазочного масла из компрессора. В связи с этим воздух и аммиак перед контактным аппаратом тщательно очищаются. Однако небольшое количество примесей все же попадает в контактный аппарат; при этом постепенно активность катализатора снижается. Для восстановления активности катализатора его промывают слабыми растворами соляной и азотной кислот. В условиях процесса окисления аммиака платиновый катализатор постепенно становится рыхлым, теряет свою первоначальную прочность, и мельчайшие частицы его уносятся с газовым потоком. В установках, работающих

О 0,5 1 1,5 Z O2-NH3, моль г моль

Рис. 20. Зависимость выхода окиси азота от соотношения концентраций кислорода и

под атмосферным давлением и температуре около 800° С, потери платинового катализатора на 1 т HNO3 составляют 0,04—0,06 г. С повышением давления и температуры потери катализатора увеличиваются. Так, например, в установках, работающих под давлением 8•1O5 Н/м2 при 900° С, потери достигают 0,3—0,4 г платины на 1 т HNO3. Платину, уносимую нитрозными газами, частично улавливают, однако значительная часть ее безвозвратно теряется. Когда потери в массе сеток достигают примерно 30%, они направляются на переплавку. Платнно-родие-вые сетки в установках, работающих под атмосферным давлением, служат около 1,5 лет. Значительные потери платинового катализатора настоятельно требуют изыскания и применения активных неплатиновых катализаторов, а также разработки новых схем с их применением.
Предыдущая << 1 .. 17 18 19 20 21 22 < 23 > 24 25 26 27 28 29 .. 127 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed