ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ
Қ.И.Сатбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті
Металлургия және полиграфия институты
Бейорганикалық заттардың химиялық технология
КУРСТЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Азот қышқылының өндірісі
Орындаған: Нурлыбаев Р.Е
ХТН-05-2к 3 курс
Қабылдаған: Алисултанова З.Т
Алматы 2007 ж
Жоспар
Кіріспе
Негізгі бөлім
2.1 Азот қышқылының өндірісі;
2.2 Азот қышқылының қолданылу
2.3 Азот қышқылын өндірудің физикалық-химиялық негіздері;
2.4 Азот оксидтерінің жұтылу жылдамдығы мен азот
2.5 Жоғары концентрлі азот қышқылын алу;
2.6 Қоюландырылған азот қышқылын алу;
2.7 Сұйытылған азот қышқылын алу өндірісі;
2.8 Азот қышқылын өндірудің түйдектелген жолдары;
2.9 Кюльман тәсілімен азот қышқылын алу;
2.10 Азот қышқылын концентрлеудің өндіріс схемасы;
2.11 Азот қышқылын концентрлеудің жаңа тәсілдері;
2.12 Азот оксидтерінен концентрлі азот қышқылын алудың жалпы
2.13 Сұйық азот қышқылының жартылай булану кезіндегі колоннаның
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер
Кіріспе
Таза азот қышқылы тұрақсыз және кәдімгі температурада ыдырайды.
Жоғары концентрлі азот қышқылын алу үшін концентрлі нитроз
Тікелей азот оксидтерінен концентрлі азот кышқылын алудағы қиыншылықтарды
Азот қышқылының өндірісі
Алдын ала қысымдалған және котализ алдындағы құбырдан тазалаудан
Үрдістің бірінші сатысы болып аммиактың ауадағы оттегімен
NH4+3O2=2N2+6H2O+Q
Платиналық котализаторлар бетінде негізінен басқа , қайтымсыз
NH4+5O2=4NO+6H2O+Q
Котализатор тор түрінде қолданылады. Оны, платинаның радий мен
Үрдістің екінші сатысы – азот тотығының NO2-ге тотығуы
2NO+O2=2NO2+Q
температураға қатты тәуелді.
Үшінші соңғы болып N2O4 және NO2
2NO2+H2O=HNO3+Q
N2O4+H2O=HNO3+HNO2+Q
және ары қарай (азотты қышқылдың тұрақсыздығы салаларынан )
3HNO2=HNO3+NO2+H2O+Q
Азот тотықтарының сумен әрекеттесуінің қосындылық теңдеулері:
3NO2+H2O=2HNO3+NO+Q
3N2O4+2H2O=4HNO3+2NO+Q
Осы экзотермиялық реакцияларыны осы экзотермиялық реакцияларының жүруі кезінде
Егер, сұйық N2O4-тің сумен әрекеттесуінің таза оттегінің
а) төмендегі реакйияның
3N2O4+2H2O=2HNO3+2NO
Сұйық сұйық сұйық
Тепе теңдігі сұйық N2O4 тотығын суға қатысты
2 N2O4+2H2O+O2=4HNO3+Q
реакцияның толық жүруіне әсер етеді.
Үрдістің бірінші сатысы болып аммиактың ауадағы оттегімен
Үрдістің екінші сатысы – азот тотығының NO2-ге тотығуы
Үшінші соңғы болып N2O4 және NO2
NH4+3O2=2N2+6H2O+Q
2NO+O2=2NO2+Q
2NO2+H2O=HNO3+Q
N2O4+H2O=HNO3+HNO2+Q
Платиналық котализаторлар бетінде негізінен басқа , қайтымсыз
NH4+5O2=4NO+6H2O+Q
Азот қышқылының қолданылуы
Бағдатта екі бірдей жарылыс болып, 8 бейбіт тұрғын
Азот қышқылының физикалық қасиеттері
Таза азот қышқылы тұрақсыз және кәдімгі температурада ыдырайды.
d=1,5492-0,00183 *t
Мұндағы t- температура, 0C 230-3000C аралығында
Cpбу= 25б64+1,427*10 -2 T-4,09*10 -5T2
Ал сұйық HNO3 жылу сыйымдылығы:
Cpсұйық=2,88+4,047*10 -2 T-2,407*10 -5 T2
HNO3 -H2O системасының кристалдану диаграммасы (1 суретте)
1 сурет. HNO3 -H2O кристалдану диаграммасы
Мұнда кристалдану температурасы -18 0C HNO3 *3H2O (53,8%
HNO3 -H2O-N2O4 cистемасындағы қату сызықтары (2
2 сурет. HNO3 -N2O системасының қату сызықтары
3 сурет. Азот қышқылының сулы ерітінділердің қайну температурасы.
HNO3 ерітіндісі бетіндегі су мен азот
4 сурет. Азот қышқылының сулы ерітінділерінің бетіндегі будың
5.сурет. Әртүрлі температурадағы азот қышқылы мен су буының
Температура мен сұйық фазаның құрамына байланысты HNO3
HNO3 - N2O4 системасының ерітінді бетіндегі
6.сурет. Әртүрлі температурадағы HNO3 - N2O4
N2O4 буының жалпы қысымы
Азот қышқылы ыдырағанда су, азот оксиді және оттегі
2 HNO3 = 2 NO2+ H2O+0,5O2
Қыздырылған таза азот қышқылы келесі реакция бойынша ыдырайды:
2 HNO3 = N2O3+O2+H2O
Температураны дейін көтерсе азот қышқылы толығымен ыдырайды
7.сурет. 2 HNO3 = N2O3+H2O реакциясы бойынша
Азот қышқылының ыдырау жылдамдығын (суреттен) байқауға болады. Температура
Газды фазада HNO3 ыдырау механизмі келесі
2 HNO3 =N2O5+H2O
N2O5= NO3+ NO2
NO3+ NO2= NO2+NO+O2
NO3+NO=2 NO2
NO3+NO3=2NO2+O2
99,67%-99,79% таза азот қышқылын, күкірт қышқыл нитраттар концентрлі
Азот оксидтерінің жұтылу жылдамдығы мен азот қышқылының түзілуі
Азот оксиді мен азот қышқылы арасындағы тепе -
Азот оксидтерінің азот қышқылымен жұтылу процесін реттейтін фактор
QNO2 = P
RTpbx
Мұнда:
Р, РN2O4 ,РNO2 , pb - газдың
N 2 O 4,, NO 2 - инертті
R- универсал газ тұрақтысы,
T-температура, K
x- қабыршықтың тиімді қалыңдығы, см
DN2O4 , DN2O4 - диффузия коэффициенті, см
Жұтылған NO 2 мөлшерін келесі теңдеуден де
Q NO 2 =вC N2O4 = вKC 2
Мұндағы:
К – тепе теңдік тұрақтысы, C N2O4
в – газдар үшін және сұйық үшін Рейнольдс
Азот оксидтерін сумен жұтуды химиялық процесс деп қарастырсақ,
- dCN2O4/dτ = k1 C N2O4*CH2O – k2C
Мұндағы:
k1, k2 – тура және кері рекцияның
Азот қышқылдың ыдырау реакциясының жүретінін және NO 2
1/√p1= {1/√p0 -2√Kpln p0/p1}+ ß τ
Мұндағы:
p0, p1 – бастапқы және соңғы газдағы
Kp - тепе –теңдік тұрақтысы, атм
ß – температураға тәуелді коэффициент
τ – абсорбциялау уақыты, сек
Абсорбция процесінде екі ауыспалы ауданның болатындығы анықталған. Біріншіде
Азот қос оксидін абсорбциялау жылдамдығы келесі теңдеумен анықталады:
G=K1* Cop (бірінші ауданда)
G=K2(Cop-C) (екінші ауданда)
Мұндағы :
G - NO2 жұту жылдамдығы, кмоль\(м2 *сек)
K1, K2- NO2 жұту коэффициенттері, кмоль\(м2 *сек)
Cop – газ фазадағы NO2 орташа концентрациясы
C- NO2 динамикалық тепе –теңдік концентрациясы, %
Динамикалық тепе –теңдік концентрациясының азот қышқылы концентрациясына тәуелділігі
C= 25*10 -3 CHNO3- 0,8
Мұндағы:
CHNO3 – HNO3 концентрациясы, сал. %
Абсорбция коэффициентінің азот қышқылы концентрациясына (20-60%) тәуелділігі
K2*10 7= 0,295 (C ‘HNO3- CHNO3)
Мұндағы:
C ‘HNO3 – азот қышқылы мен судың
Азот қышқылының сұйық ерітіндісінде азот қос оксидінің еру
-dp NO2/ dτ =kp NO2
0,2 және 0,4 м\сек газдың
9. сурет. 0,2 және 0,4
Газдың сызықтық жылдамдығы W=0,2-0,4 м\сек, қышқыл концентрациясы
kp= 5,2ω/ 0,84 + ω │0,253- (80CHNO3+C
3NO2+H2O=2HNO3+NO реакциясы бойынша азот қышқылы
Kn = 2,14ω/0,289 +ω │0,19-10 -5 (52,5CHNO3+2,12 C
Жоғары концентрлі азот қышқылын алу.
Концентрациясы 65-70% HNO3 аммоний селитрасын,
Жоғары концентрлі азот қышқылын алу үшін концентрлі нитроз
6,5 қысымда 50-65% HNO3 өнім қышқылының
C 2HNO3=6120- 19900/ CNO2
Мұндағы:
C 2HNO3 - өнім қышқылының концентрациясы,
CNO2 - абсорбциялық мұнараға баратын азот
Жоғары концентрлі азот қышқылын алу системасының абсорбциялық узелінің
10.сурет. Жоғарғы концентрлі азот қышқылын алу схемасының абсорбциялық
1- жылдам тоңазытқыш, 2- тоңазытқыш компенсатор,
3- сепаратор, 4- нитроздық газдар жолындағы реттеу тетігі
5- қосымша ауа тетік, 6- абсорбциялық колонна,
7- шығатын газды реттейтін тетік, 8- колоннаға
9- құйғыш қондырғы, 10- қышқыл деңгеін реттегіш,
11- өнім қышқылын өлшеуіштер, 12- қышқыл шығаратын
13- қышқыл ағатын тетік, 14- айналмалы қышқыл
Азот қышқылын алуға қолданылатын нитроз газ жақсы тотыққан
2 NO+O2 =2NO2
NO+ 2 HNO3 =3NO2+H2O
NO-ның тотығуына HNO3 жұмсалғандықтан және нитроз
Шығын газдардың құрамында азот оксидтерінің мөлшері 0,05%
Cұйытылған азот қышқылын алу өндірісі
Концентрациясы 45-72% дейін азот қышқылы өндірісінің
Атмосфералық қысымда алу
Жоғары қысымда алу
Аралас тәсілмен (амиактаконверсиелейтін қысым абсорбциялық системадағы қысымнан тқмен)
Атмосфералық қысымда істейтін системалар
Атмосфералық қысымда істейтін сұйытылған азот қышқылы өндірісінің технологиялық
11 сурет. Атмосфералық қысымда істейтін сұйытылған азот қышқылы
1- су скруббері, 2-сүзгіш,
3- аммиак ауа вентеляторы, 4- сүзгі,
5- беттеу аппараты, 6- бу котел утилизаторы,
7-жылдам салқындатқыш, 8- салқындатқыш клнденсатор,
9- нитроз газдарының вентиляторы, 10- абсорбциялық мұнара,
11- тотықтырғыш мұнара, 12- сілтілермен азот оксидтерін жұту
13- қышқыл салқындатқышы,14,15- насос.
Процестің брінші сатысында аммиак ауа қоспасын дайындайды. Егер
Өндіріске қолданылатын ауаны басқа газдармен ластанбаған таза жерден
Тазартылған аммиак пен ауа системаға сорғыш арқылы беріледі.
Егер системаға жылы ауа қажет етілсе, онда соңғы
Катализаторға барар алдында газ қоспасы таға бір рет
Конвертор тікелей котел утилизаторға бекітілген, сондықтан жылудың қоршаған
Тіке бағытта жұмыс істейтін котел утилизатор жылан түтік
Екінші салқындатқыш нитроз газдарын абсорбциялық системаға беретін
(7) және салқындатқыштарда нитроз газдарын салқындату мен
Салқындатылғаннан кейін нитроз газдары белгілі концентрациясы болатын қышқылдармен
Қышқылдың құрамында еріген азот оксидтері болады, олардың шығынын
Шығын газдарының құрамында шамамен 5% оттек болу
Азот қышқылын өндірудің түйдектелген жолдары
Азот қышқылын түйдектестен жолмен алу, өндірісте кең таралған
12-суретте схемасы келтірілген. Аммиакты тотықтыру атмосфералық қысымда жүргізіледі,
Котел-утилизатордан шыққан нитроз газдары жылдам салқындатқышқа
12-сурет. Түйдектелген жолмен сұйық азот қышқылын алу өндірісінің
1-жылдам-салқындатқыш; 2-салқындатқыш; 3-турбокомпрессор двигатлі; 4-редуктор; 5-турбокомпрессор; 6-турбостандер; 7-тотықтырғыш;
жоғарғы қысымда өте тез жылдамдықпен жүреді, сондықтан 250-270
Алдын-ала тотыққан салқындатылған нитроз газдары өнім қышқылын алу
1т HNO3 немесе 1т N2 үшін қажет заттар:
1т HNO3
Аммиак, т
Электр энергиясы, квт.с.................................... 265
Салқындатқыш су, м3.......................................
Платина, г............................................................ 0,049
Қаныққан бу (қысым 10 атм), Г кал
Қаныққан бу қалдығы (кысым 30-40 ат), Г кал
Кюльман тәсілімен азот қышқылын өндіру
Кюльман тәсілімен HNO3 алу өндірісінің жаңа схемасы
13 сурет . Кюльман тәсілімен азот қышқылын алу
Сүзгіде (1) өте жақсы
Аммиак ауа қоспасының құрамындағы аммиакты 11 %-ке тең
Салқындаған нитроз газдары турбокомпрессорда (16) 4 атм. дейін
Ал одан кейін нитроз газдары қабыршақ салқындатқышынан өтеді,
Салқындатқыштан (13) шыққан конденсат қышқыл концентрациясы конденсатпен бірдей
Қондырғыдан (14) кейін құрамында 0,05-0,01 % азот оксидтері
Азот қышқылын концентрлеудің өндіріс схемасы
Өндірісте азот қышқылынан
14 сурет. Сұйық азот қышқылын алдын ала кқнцентрлейтін
1 т 59 %-ті HNO3 алуға жұмсалатын заттар:
бу, Гкал.............................. 0,83
буды жууға, литр..................... 168-170
конденсациялауға, м3........ 25
Электрэнергиясы, квт•с .... 5-6
1 т HNO3 -ті бір сатымен айдау
Сұйық азот қышқылын концентрлеу схемаларының ішінде кең таралған
Күкірт қышқылы бактен (2) реттейтін қорап (4) арқылы
15 сурет. Күкірт қышқылын қатыстырып сұйық азот қышқылын
оксидтерінен айырылып қондырғыдан шығарылады. Салқындатқышта (8) салқындатылып дайын
Салқындатқышта суға айналмаған азот қышқылының буы, азот оксидтері
Қондырғыдан (6) шыққан НNО3 буының температурасы
Азот қышқылын концентрлеудің жаңа тәсілдері
80%-ті азот қышқылын алу тәсілінің схемасы 16
16 сурет. 55% HNO3 тен 80% ті азот
Абсорбция қондырғының (5) жоғары тәрелкесіне 55% -ті сұйық
Буландырғыштан газ күйіндегі азот оксидтері, оттек және ауадағы
Реакция
N2O4 + 2Н2О 4НNО3 +
бойынша концентрлі азот қышқылы түзілу үшін азот төрт
Азот қышқылы түзілерде бөлінетін азот оксидінің біраз бөлігін
Аппараттан (6) нитроз газдары 80 %-ті азот қышқылымен
Азот оксидтерінен концентрлі азот қышқылын алудың жалпы
Концентрациясы төмен нитроз газдарынан құрамы 65% жоғары
Егер нитроз газдарында өте аз
3NO2 + H2O -2HNO3 + NO
бойынша азот кос оксидін сіңіру, яғни азот қышкылының
Тікелей азот оксидтерінен концентрлі азот кышқылын алудағы қиыншылықтарды
Концентрлі азот қышқылының түзілуі механизмін келесі теңдеулер түрінде
N2O4 2NO2 -56,9 кДж
2 NO2 + H2O HNO3 +
3 HNO2 HNO3 + H2O
2 HNO2 + O2 2
2 NO + O2 2NO2
Реакцияның жалпы түрі:
2 NO + 2H2O + O2
Демек, концентрлі азот қышқылын алу
Концентрлі қышқылды синтездеуге жоғары
Сұйық азот төрт оксиді мен судың әрекеттесуі арқылы
Аммиакты ауамен тотықтырып алынған нитроз газдары қолданылса, онда
Нитроз газдарын салқындату және олардан артық суды бөліп
Азот оксидін азот қос оксидіне дейін тотықтыру;
Азот оксидін концентрлі күкірт қышқылымен сіңіру;
Алынған ерітіндіні ыдыратып одан таза азот оксидін бөліп
Азот төрт оксидін конденсациялау;
Азот төрт осидімен сұйық азот қышқылын оттектің қатысуында
Бірінші сатыны - нитроз газдарын салқындатуды алғашында
салқындатқышта, одан кейін салқындатқыш-конденсаторда жүргізеді. Бұл тәсілдің
Концентрлі оксидтерін қолданғанда концентрлі азот қышқылын
Нитроз газдарын салқындату және артық суды бөліп алу;
Азот оксидін тотықтыру, азот қос оксидін полимерлеу және
Қалған азот оксидтерін концентрлі азот қышқылымен сіңіру;
Сұйық азот төрт
Алынған азот қышқылын ағарту және айдалған азот оксидтерін
Сұйық азот қышқылының жартылай булану кезіндегі колоннаның
Егер колоннаға сұйық азот қышқылының жартысын HNO3
q1=117000\2=58500кДж.
Және буланған сұйық қышқылымен келетін жылу мөлшері өзгереді:
q1=1950000 *0.45=878000кДж.
Одан келетін жылу келесі статиялардан құралады:
Конценртлі күкірт қышқылын сұйылту
Салқын қышқылмен
Конценртлі күкірт қышқылымен
Қызған бумен
Буландырғыштан шыққан азот қышқылымен
Сорған ауамен
Конденсатордан шыққан концентрлі азот қышқылымен
Барлығы
Жалпы жұмсалған жылу
1300000+470х
Келген және жұмсалған жылуды теңестіреміз:
1018455+302.8х+2980у=1300000+470х
281545+167.2х- 2980у=0
Су балансының теңдеуі:
107.4 – 0.354х + у = 0
Екі теңдеуді бірге шешеміз:
Х=3900кг, у = 326 кг.
Материалдық баланс.
Кіріс
Сұйық азот қышқылымен
H2O
92%-ті күкірт қышқылымен H2SO4
H2O
Қыздырылған су буымен
Барлығы:
Шығыс
Концентрлі азот қышқылымен
H2O
Пайдаланылған күкірт қышқылымен H2SO4
H2O
Азот қышқылының шығыны
Барлығы:
Жылулық баланс.
Кіріс
Күкірт қышқылы сұйылтқаннан
Салқын азот қышқылымен
Концентрлі күкірт қышқылымен
Қыздырылған азот қышқылымен
Қызған бумен
Сорылған ауамен
Кон. Шыққан концентрлі азот қышқылымен
Барлығы:
Шығыс
Сұйық азот қышқылын концентрлеуге
Сұйық азот қышқылын қыздыруға
100% азот қышқылын буландыруға
2% суды буландыруға
Пайдаланылған күкірт қышқылын қыздыруға
Сорылған ауаны қыздыруға
98% - ті шығын азот қышқылымен
Шығын жылу
Барлығы
Қорытынды.
Қорытындылай келе, жоғарыда айтып өткендей азот қышқылы ыдырағанда
2 HNO3 = 2 NO2+ H2O+0,5O2
Қыздырылған таза азот қышқылы келесі реакция бойынша ыдырайды:
2 HNO3 = N2O3+O2+H2O
Демек, концентрлі азот қышқылын алу
Жоғарыдағы азот қышқылын концентрлеудің жаңа тәсілдері тақырыпшасында
Пайдаланылған әдебиеттер
Ә.Меңлібаев, Ж.К Шайдарбекова, Н.Ө.Әлиев, Д.Ә.Меңлібаева – Бейорганикалық заттардың
Меңілібаев Ә. Азот қышқылы өндірісіндегі қондырғыларды есептеу. Алматы:
Каленова А.С. Бейорганикалық қышқылдар мен негіздердің
Internet www. Google.ru
т.с.с
1