ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ

При установившемся в денитрационной колонне ГБХ (поз.1) равновесном процессе, HNO₃ из смеси кислот, поступающей в колонну (поз.1) на тарелку испарения, частично уходит на нижележащие тарелки, откуда снова отгоняется на тарелку испарения. В процессе дистилляции, то есть отгонки HNO₃ из тройной смеси, поднимающиеся вверх пары обогащаются более летучим компонентом – HNO₃, а в движущуюся вниз жидкость переходит менее летучий компонент – вода.

Процесс испарения HNO₃ происходит /3/ главным образом в средней части колонны (поз.1). Серная кислота, пройдя эту зону, содержит в себе растворенные окислы азота, переходящие из тройной смеси. Даже если в тройной смеси не было бы растворенных окислов азота, то при частичном разложении HNO₃ происходит выделение окислов, которые взаимодействуя с H₂SO₄, образуют нитрозилсерную кислоту:

2H₂SO₄ + N₂O₃ = 2HNSO₅ + H₂O + 86250 Дж (2.1)

Диоксид или четырехоксид азота, реагируя с концентрированной H₂SO₄, образует нитрозилсерную кислоту и азотную кислоту:

2NO₂ + H₂SO₄ = HNSO₅ + HNO₃ (2.2)

Процесс разложения нитрозилсерной кислоты с выделением окислов азота характеризуется как процесс денитрации. Однако термин "денитрация" служит для обозначения процесса, обратного этерификации. В данном случае более правильно процесс разложения нитрозилсерной кислоты называть процессом гидролиза:

2HNSO₅ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + 2HNO₂ (2.3)

2HNO₂ = H₂O + N₂O_3(жид) (2.4)

N₂O_3(жид) = N₂O_3(газ) (2.5)

N₂O_3(газ) = NO _(газ) + NO_{2 (газ)} (2.6)

Азотистая кислота (HNO₂), образующаяся при гидролизе по реакции (2.3) неустойчива и распадается:

2HNO₂ = H₂O + HNO₃ + 2NO (2.7)

Нитрозилсерная кислота является довольно стойким соединением, которое при концентрациях H₂SO₄ выше 70% не разлагается полностью даже при температуре кипения. При разбавлении H₂SO₄ водой происходит гидролиз нитрозилсерной кислоты, степень которой увеличивается с понижением концентрации H₂SO₄ и повышением температуры.

Таблица 2.1 – Зависимость степени разложения HNSO₅ от концентрации H₂SO₄ при 15-20 ºС

Как видно из зависимости, начиная с концентрации 57,5% серной кислоты, нитрозилсерная кислота совершенно отсутствует. Отработанная серная кислота, выходящая из колонны (поз.1), должна содержать минимально возможное количество окислов азота. Это необходимо не только для исключения потерь N₂O₃, но и устранения нитрозилсерной кислоты, обладающей сильно разрушающими свойствами.

Поэтому гидролиз нитрозилсерной кислоы в колонне ГБХ (поз.1) /1/ является важной стадией процесса. С увеличением температуры, степень гидролиза нитрозилсерной кислоты увеличивается. Образующийся при разложении азотистой кислоты монооксид азота незначительно растворяется в разбавленной серной кислоте. Гидролиз нитрозилсерной кислоты ведут с помощью перегретого до 250 ºС водяного пара, который подается с таким расчетом, чтобы разбавление кислоты конденсатом соответствовало массовой доли H₂SO₄ 68 – 70 %. В отработанной серной кислоте содержится до 0,03% азотной кислотыи растворенных окислов азота. Последние образуют с серной кислотой до 0,01 % нитрозилсерной кислоты.

После стадии денитрации разбавленная серная кислота отправляется на стадию концентрирования /3/. В процессе концентрирования разбавленной серной кислоты, имеющиеся в ней примеси, в частности, продукты неполного сгорания топлива (когда концентрирование ведется непосредственным соприкосновением упариваемой кислоты с топочными газами), вызывают разложение серной кислоты вследствие ее восстановления до SO₂. Восстановление в основном идет за счет углерода, содержащегося в примесях и в топливе по реакции:

2H₂SO₄ + С = СО₂ + 2SO₂ + 2 H₂O (2.8)

За счет этого происходят некоторые потери кислоты при ее упаривании. В процессе разгонки тройной смеси в колонне образуются нитрозные газы, которые поступают на поглощение в абсорбер (поз.4). Наиболее распространенный способ поглощения нитрозных газов – водой с образованием слабой HNO₃. На поглощение поступают нитрозные газы различной степени окисления. Окислы азота, содержащиеся в нитрозных газах NO₂, N₂O₄, N₂O₃ реагируют с водой

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 116 кДж (2.9)

N₂O₄ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 59,2 кДж (2.10)

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₃ + 55,6 кДж (2.11)

Процесс поглощения нитрозных газов водой связан с растворением в ней диоксида азота, четырехоксида и трикосида азота с образованием HNO₃ и азотистой кислоты.

В газовой среде вследствие взаимодействия паров воды с нитрозными газами, также получается HNO₃ и азотистая кислота. Образовавшаяся при помощи нитрозных газов азотистая кислота – малоустойчивое соединение, которое разлагается по реакции:

2HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O – 75,8 кДж (2.12)

Суммарная реакция образования HNO₃:

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃ (2.13)

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + 2H₂O (2.14)

____________________________________

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO (2.15)

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₂ (2.16)

3HNO₂ = HNO₃ + H₂O + 2NO (2.17)

______________________

3N₂O₃ + H₂O = 2HNO₃ + 4NO (2.18)

Так как в нитрозных газах содержится незначительное количество триоксида азота, обычно технологические расчеты производят по NO₂. Как видно из реакций (2.12) – (2.18) 2/3 поглощенного диоксида азота идет на образование HNO₃, 1/3 его выделяется в виде монооксида азота.

Отсюда следует, что при поглощении водой нитрозных газов невозможно все количество NO₂ превратить в HNO₃, так как в каждом цикле всегда 1/3 NO _х будет выделяться в газовую фазу.

 Однако указанные поглощения не являются совершенными и нитрозные газы перед выбросом в атмосферу следует дополнительно очистить от окислов азота.

Отсюда следует, что в последнем абсорбере орошение ведется не водой, а азотной кислотой с массовой долей 5 %, которая до 0,003% поглощает окислы азоты. Выбрасываемые в атмосферу газы при этом соответствуют санитарным нормам, т.е. не превышают установленных ПДК.

Похожие работы

Регенерация азотной и серной кислоты

Скачать

135937

46

0

... Содержание прокаленного остатка, в % 0,4 4.      Содержание окислов азота N2O3, в %, не более 0,01 5.      Содержание железа, в %, не более 0,2 3. Отработанные и вытесненные кислоты представляют собой тройную смесь азотной и серной кислот, а также воды. Таблица №5 - Состав тройных смесей № Наименование составных частей Отработанной кислоты Вытесненной кислоты 1.      Азотная ...

Производство серной кислоты из серы

Скачать

22960

4

2

... еще не всегда осуществима. В то же время отходящие газы – наиболее дешевое сырье, низки оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является сера. Следовательно, для того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходящих ...

Производство серной кислоты

Скачать

15534

0

7

... между трубками теплообменников, расположенных в контактном аппарате между полками с контактной массой, нагревается до 450 °С и поступает на верхний слой катализатора, где 70...75 % Рис. 2.2. Схема производства серной кислоты контактным способом: 1, 2—промывные башни (полая и с насадкой); 3 — электрофильтр; 4 — башня с насадкой; 5 - турбокомпрессор; 6 - теплообменник; 7 — контактный аппарат; ...

Обеспечение экологической безопасности путем разработки малоотходного способа реутилизации сернокислых отходов аккумуляторных батарей

Скачать

45241

0

5

... 300 С ). Недостатком схемы является большой расход щелочи и сложность регенерации ее из шлама [ 3 ]. Глава 2. Обеспечение экологической безопасности путем разработки малоотходного способа реутилизации сернокислых отходов аккумуляторных батарей Экологическая безопасность и эффективное функционирование экономики каждого государства неразрывно связаны с транспортной отраслью. Транспортные ...