Referat Fabricarea Acidului Azotic
Mai jos puteti citi fragmente din
Referat Fabricarea Acidului Azotic si de asemenea puteti face
Download Referat Fabricarea acidului azoticCiteste fragmente din Referat Fabricarea Acidului Azotic
Fabricarea acidului azotic
I Generalitati
Unul din intermediarii necesari ai ingrasamintelor chimice este si
acidul azotic diluat (cu concentratie intre 47-65%). In tara noastra o
dezvoltare deosebita a fabricarii acidului azotic a fost dupa anul 1960
desi exista instalatii cu vechime mai mare. Datotrita cerintelor tot mai
mari de ingrasaminte chimice pe plan national si mondial s-a ajuns ca
numai in tara noastra sa se fabrice acid azotic de ordinul milioanelor
de tone pe an (exprimat in acid azotic 100%).Daca in anii 1950-1960
liniile de fabricatie nu depaseau 10-100 t/zi,azi se construiesc linii
de fabricatie de peste 1000 t/zi.
1.1. Acidul azotic este cunoscut inca din secolul al XVII-lea, cand s-a
obtinut prin incalzirea unui amestec de azotat de sodiu si sulfat de
fie. Procedeul care a fost insa intrebuintat in sec XIX, datorita
cerintelor tot mai mari de acid azotic,fost atacul acidului sulfuric
concentrat asupra azotului de sodiu.
Desi inca din anul 1839 se cunoastea ca un amestec de amoniac si aer
trecut printr-o masa de platina spongioasa duce in mediu apos la
formarea de acid azotic si azotos, folosirea metodei pe scara mai larga
s-a facut numai in anul 1900. Amoniacul folosit era obtinut din gazele
de cocserie, iar mai tarziu s-a obtinut din cianamida de calciu.
Acidul azotic nu are o intrebuintare prea larga datorita faptului ca
este coroziv. Cantitati mari sunt consumate in metalurgie la :
Prelucrarea metalelor mobile
Obtinerea uraniului si zirconiului
In industria de medicamente
Ca dizolvant in baile de prefilare pentru fibre sintetice.
Cantitatea cea mai mare, atat in tara noastra cat si pe plan mondial, se
foloseste la fabricarea ingrasamintelor chimice ca :
azotat de amoniu,
nitrocalcar si ingrasaminte complexe N.P.K. prin atacul rocii fosfatice
1.2. Oxizii azotului:
Azotul face parte din grupa V-a sitemului periodic.Se cunosc oxizi care
corespund formal tuturor valentelor de la unu la cinci. Ei sunt :
N2O- protoxid de azot
NO- oxid de azot
N2O3- trixid de azot
NO2- bioxid de azot
N2O4- tetroxid de azot
N2O5- pentoxid de azot.
In conditii normale protoxidul de azot este solid, iar restul oxizilor
sunt gazosi.
1.3. Proprietati fizico-chimice ale acidului azotic. Produsul finit al
fabricilor de acid azotic diluat din tara noastra este un acid de 47-62%
greutate.
Formula structurala este :H-O-N=O2
Masa moleculara 63,02. Denumire uzuala acid azotic diluat.
Proprietati fizice : -acidul azotic diluat este un lichid galbui,
limpede, fara particularitati in suspensie si cu miros iritant, culoare
galbuie este mai putin s-au mai mult pronuntata, functie de purificare
lui de temperatura si concentratie.Punctul de fierbere si de inghetare
variaza cu concentratia. Incalzirea la fierbere a acidului azotic
esteinsotita de o descompunere dupa reactia :
4HNO3+Q=2H2O+4NO2+O2
Vascozitatea acidului azotic scade cu cresterea temperaturii.
1.4. Proprietati chimice:-metalele, cu exceptia aerului, platinei,
rhodiului, iridiului, titanului si zantalului se dizolva in acid azotic.
Reactia are loc cu punerea in libertate a hidrogenului care, insa, nu se
degaja ci se consuma pentru reducerea excesului de acid. La acid
monobasic formeaza cu metalele azotati care sunt saruri stabile,
incolore si usor solubile in apa. In aceste reactii acidul azotic este
redus la monoxid si bioxid de azot.
II Maretiile prime folosite pentru fabricarea acidului azotic
2.1. Amoniacul
In majoritatea cazurilor se prefera ca fabricile de ammoniac si acid
azotic sa fie amplasate pe aceeasi platforma. Amoniacul se livreaza fie
sub forma gazoasa, fie sub forma lichida.
Odata cu costruirea unor instalatii de capacitate mare si la presiune
alimentarea amoniacului se face sub forma lichide. Pe langa conditiile
de calitate(puritate) impuse, importanta deosebita o are livrarea
amoniacului la o presiune constanta, adecvata procesului tehnologic.
Caracteristicile calitative obligatorii sunt:
concentratia in ammoniac minimum 99,8%;
ulei maximum 10 ppm;
apa maximum 0,2%;
continut de fier sub forma de combinatii maxim 0,0001%.
O importanta mai deosebita o are continutul da ulei, fier si apa. Din
punct de vedere al catalizatorului utilizat, cea mai periculoasa
impuritate este uleiul.
2.2 Aerul
Alimentarea cu aer se realizeaza chiar din zona instalatiei.
Important este ca aerul sa ajunga in instalatie cat mai curat si usor
supaincalzit.
In general, se recomanda ca la instalatiile care lucreaza sub presiune
la oxidarea amoniacului aerul la aspiratia compresorului sa aiba o
unitate relative de maximum 65-70%.
2.3 Apa
In procesul tehnologic se utilizeaza apa demineralizata si apa
industriala recirculata. Apa demineralizata este folosita in procesul de
absorbtie a gazelor nitroase si in sistemul de recuperare a caldurii de
reactie. Din punct de vedere al procesului de obsorbtie, o importanta
deosebita o are lipsa clorului din apa demineralizata.
Apa industriala reciculata se foloseste ca agent de racier-incalzire in
sistemul de oxidare-obsorbtie a gazelor nitroase si respective in
sistemul de evaporare a amoniacului lichid.
Conditia principal ace se impune apei de racier este lipsa depunerilor
pana la o temperature maxima de 29 C.
Daca in sistemul oxidare-absorbtie, prin constructia utilajelor in
domeniul economicului inca se pot evita depunerile, in sistemul de
evaporare si racier la condensatorul turbinei de abur acest lucru nu se
poate realize intotdeauna.
Existenta depunerilor sub temperature de 29 C la aceste utilaje, ultimo
mentionate, indica o calitate necorespunzatoare a apei de racier
recirculata.
Se impugn deci gospodaria de apa masuri deosebite pentru eliminarea
acesto depuneri, avandin vedere ca ele, dupa un timp, au actiune
nefavorabila asupra procesului tehnologic
III Procedee industriale si fazele principale de fabricare a acidului
azotic
3.1. Procedee industriale de fabricare a acidului azotic
Marimea fizica care deosebeste procedeele industriale de fabricare a
acidului azotic este presiunea.
La alegerea procedeului de fabricare a acidului azotic se urmareste
obtinerea unor avantaje economice care se pot reflecta fie prin economie
de catalizator, fie de energie electrica consumata.
Avand la baza criteriul presiunii, la noi in tara acidul azotic se
fabrica dupa urmatoarele procedee:
procedeul la presiune atmosferica- in care atat oxidarea amoniacului cat
si oxidarea si absorbtia oxizilor de azot au loc la o presiune aproape
de cea atmosferica.
Procedeul combinat tip CHIAP- la care oxidarea amoniacului are loc la
presiune atmosferica, iar oxidarea si obsorbtia oxizilor de azot la
presiune de 3,3 -3,5 atm. Capacitatea proiectata a unei linii este de
40.000 t acid azotic 100% pe an. Si acest tip de instalatie este uzata
moral si fizic, urmand ca in viitorul apropiat sa fie modernizata s-au
sa fie scoasa din functiune. Motivul principal il constituie consumul
mare de energie electric ape tona de acid azotic 100% produs.
Procedeul combinat tip Grande-Paroisse – in care oxidarea catalitica a
amoniacului are loc la presiune medie 3,5-4 atm iar oxidarea si
absorbtia oxizilor de azot la o presiune inalta (9-11 atm). Avand la
baza licenta initiala aceste instalatii au suferit modificari pentru a
realize atat economii din punctul de vedere al investitiilor cat si al
sigurantei in exploatare.
Procesul de presiune medie tip Stamicacban- in care atat oxidarea
catalitica a amoniacului cat si oxidarea si obsorbtia oxizilor de azot
are loc la aceeasi presiune 5 atm.
3.2. Fazele principale la fabricarea acidului azotic.
Procesul tehnologic al fabricarii acidului azotic de mai multe faze atat
din punct de vedere al proceselor chimice cat si al proceselor
fizico-chimice-mecanice care au loc.
Se allege ca criteriu de grupare procesele chimice de baza ale
procedeului de obtinere a acidului azotic, punct de vedere care duce la
urmatoarele faze tehnologice:
Oxidarea catalitica a amoniacului
Oxidarea si absorbtia oxizilor de azot
Poate surprinde cuprinderea in aceasi faza a procesului de oxidare si
absorbtie a oxizilor de azot.
Considerentul care a condus la acest lucru este faptul ca practice
oxidarea oxidului de azot la boixid de azot are loc permanent in
intreaga instalatie, dup ace gazelle au parasit catalizatorul de
platina, indifferent de punctual unde se afla faza se va vedea de
asemenea, ca acest process are loc ata in faza gazoaza cat si in faza
lichida.
3.2.1. oxidarea catalitica a amoniacului
Catalizatorul
In literature de specialitate sunt amintiti drept catalizatori ai
procesului de oxidare a amoniacului la oxid de azot diverse metale s-au
amestecuri de metale. Se fac cautari pentru a inlocui catalizatorul
Pt-Rh(platina-rhodiu), care este cel mai usual, din metale foarte
deficitare cu alte tipuri. Se amintesc numai doua dintre ele:
Catalizatorul neplatnic pe baza de oxid de fier cu diverse compozitii,
posibil a fi folosit la orice presiune de lucru in procesul de oxidare
catalitica;
Catalizatorul Girdler, posibil a fi folosit la presiuni inalte (7-11
atm) in procesul de oxidare catalitica.
Primul catalizator amintit se utilizeaza in special in U.R.S.S.,
literature de specialitate respective dand detalii dupa incercarile
reusite.
Al doilea catalizator mentionand deja cateva instalatii in functiune cu
acest catalizator.
Categoric, in acest domeniu pot aparea oricand noutati, dar asa cum
aratam si cum rezulta din literature de specialitate, catalizatorul de
platina-rhodiu este cel mai utilizat si cu cel mai mare success.
Influenta diferitilor factori asupra reactiei de oxidare a amoniacumlui.
Asupra procesului de oxidare a amoniacului au influenta o serie de
factori. Este de retinut ca nu se poate face din punct de vedere
economic o separare a influentei acestor factori. Este de retinut ca nu
se poate face din punct de vedere economic o separare a influentei
acestor factori. Obtinerea unei functionary optime rezulta din analiza
economico-tehnica corelata a acestora.
Influenta temperaturii.
Literature de specialitate mentioneaza ca
temperatura sitei catalitice este factorul ce influenteaza in cea mai
mare masura gradul de transformare a amoniacului in oxid de azot. Desi
reactia de oxidare este puternic exoterma, gradul de transformare creste
pana la o anumita limita cu temperature. Aceasta temperature este
intotdeauna o caracteristica a procesului tehnologic.
Temperature de lucru necesara in procesul de oxidare se atinge pe seama
caldurii reactiilor:
4NH3+5O2-4NO+6H2O+Q
4NH3+3O2-2N2+6H2O+Q
Atingerea temperaturii optime se realizeaza prin reglarea continutului
de amoiac in amestecul supus oxidarii si asigurarea unui temperature
marite a aerului sau prin preincalzirea amestecului.
Procesul de incalzire se face in prezenta amestecului ammoniac-aer si
dureaza cateva minute.
Influenta presiunii
cresterea presiunii la faza de oxidare
duce la scaderea randamentului. Intrucat utilizarea unei presiuni mai
ridicate este avantajoasa, din considerente economice s-a impus
eliminarea efectului nefavorabil pe care-l are randamentului de
transformare a amoniacului in oxid de azot duce insa la marirea
pierderilor de catalizator.
Influenta compozitiei catalizatorului
Catalizatorul de platina se utilizeaza sub forma de site
de forma circulara care se caracterizeaza prin numarul de ochiuri pe
centimetrul patrat si diametrul firului.Alegerea unor site cu diametrul
firului prea mare (0,092 mm) inseamna o creste a pierderilor de platina.
Trebuie retinut ca, cu cat diametrul firului sitei este mai mare cu atat
sunt mai mari pierderile de platina.
Influenta compozitiei amestecului supus oxidarii
Compozitia amestecului gazos supus oxidarii trebuie sa realizeze o
astfel de concentratie a oxigenului in amestec, ca adsorbtia activate pe
catalizator la functionarea la temperature optima de lucru sa asigure un
randament de oxidare maxima. Cantitatea de oxygen, theoretic, reiese din
reactia principala de oxidare: 4NH3+5O2=4NO+6H2O
Influenta impuritatilor chimice deoarece amplasarea fabricilor de acid
azotic se face intotdeauna pe platforme chimice complexe ca structura a
produselor fabricate, pot fi prezente in atmosfera diverse impuritati
chimice. Acestea pot fi: compusi ai fosforului, sulfului, arsenului sau
oxid de carbon, acetilena si altele. Avand in vedere posibilitatea
prezentei unuia sau a mai multor compusi din cei amintiti, instalatiile
de fabricare a acidului azotic sunt prevazute si cu filtrare umeda(prin
spalare cu apa) a aerului folosit in procesul tehnologic.Aceasta
filtrare elimina posibilitatea prezentei acestor compusi in amestecul de
reactie si, deci, scaderea randamentului reactiei. In acelasi timp
imbunatateste filtrarea particulelor mecanice.
3.2.2. Oxidarea si absorbtia oxidului de azot
Procesul de oxidare a oxidului de azot la bioxid de azot incepe imediat
dup ace gazelle parasc sita catalizatoare. Deoarece in majoritatea
cazurilor imediat dupa sita catalizatoare gazelle intalnesc in drumul
lor tevile unui system (cazan recuperator) de recuperare a caldurii,
temperature gazelor scade brusc la o valoare la care procesul de oxidare
a oxidului de azot la bioxid de azot poate sa aiba loc.
Reactiile care au loc sunt:
NO+1/2O2-NO2+Q
2NO2-N2O4+Q
Absorbtia oxizilor de azot. Prin oxidarea oxidului de azot la
temperaturi de 30-40 C se obtine bioxid de azot si trioxid de azot.
IV Tehnologii si instalatii industriale de fabricare a acidului azotic
Prezentarea sumara a unor procedee tehnologice
4.1. Procedeul combinat tip GHIAP
O linie de fabricatie cuprinde toate instalatiile necesare fabricii a
40.000 t/an acid azotic 100%, la concentratia de maxim 49%.
Oxidarea calitativa a amoniacului are loc la presiune atmosferica ceea
ce permite un randament bun la oxidar, in jur de 97-98% si un randament
bun la oxidare, in jur de 45-60 mg/t de acid azotic 100%.
Oxidarea si absorbtia are loc la o presiune de 3,3-3,5 atm. Comprimarea
aerului si a gazelor nitroase se face separate. Aerul se comprima cu
ajutorul unei turbosulfante, iar gazele nitroase cu ajutorul unui
compreson radial cu turbine de expansie.
Necesarul de energie este asigurat de un motor electric. Consumul de
energie este de 250KW/t de acid azotic 100%. Amoniacul folosit este
ammoniac gazos alimentat prin intermediul unui gazometru care mentine
presiunea constanta.
Aerului necesar oxidarii amoniacului este aspirat din atmosfera cu
ajutorul unei turbosuflante, pe aspiratia careia este montat un filtru
dublu de aer.
Reactia de oxidae are loc la o temperature de 760-800 C. Gazele
nitroase cu 55 C sunt aspirate de compresorul de gaze nitroase si
comprimate la o presiune de 3,3-3,5 atm.
Coloana de absorbtie este o coloana cu 40 tabele perforate, ceea ce
asigura regimul de strat spumant in procesul de absorbtie. Gazele
reziduale cu o presiune de 1,08 atm si o temperature de 30-40 C ies din
turbine de expansie si se elimina la duza.
Acidul azotic rezultat, care ajunge la o concentratie de 47% greutate
HNO3, la issirea din coloana trece printr-un ventil de reglare a
nivelului in baza coloanei, in degazorul de acid unde, cu ajutorul
aerului se desoarbe bioxidul de azot dizolvat.
Aerul aspirat din atmosfera trece in contracurent cu acidul si,
amestecul de aer si oxid de aot format este aspirat de compresorul de
gaze nitroase. Apa de alimentare cazan cu temperature de 130 C parcurge
sistemul cazan recuperator, format din: economizer, firbator, instalatie
de separare a emului apa-abur, unde are loc separarea aburului.
Apa de racier recirculata este utilizata pentru: racirea in sepentinele
coloanei de absorbtie si a racitoarelor spalatoare; racirea la garelor
motoarelor electrice, a pompelor, sulfantei si racitoarele de ulei de la
compressor.
O parte din apa de racier incalzita in serie in serpentinele coloanei de
absorbtie si in racitoarele spalatoare trece in coloana de spalare a
aerului.
4.2.2. Procedeul combinat tip Grande-Paroisse
Procedeul combinat tip Grande-Paroisse este conceput pe o singura linie
de fabricatie cu o productie anuala de 240.000 t/an acid azotic 100%.
Compresoarele sunt cuplate prin intermediul unui multiplicator si
antrenate de o turbine de expansie cuplata cu compresorul de gaze
nitroase si de o turbine de abur cuplata cu compresorul de aer.
Amoniacul folosit este ammoniac lichid de 12-16 atm, care intra in
evaporatorul principal si secundar de ammoniac, unde are lor evaporarea
lui.
Aerul necesar oxidarii catalitice a amoniacului este aspirat din
atmosfera cu ajutorul unor ventilatoare axiale si spalat, respective
filtrate, in statia de spalare a aerului. Gazele nitroase rezultate in
urma reactiilor de oxidare intra in cazanele recuperatoare, unde cedeaza
o parte din caldura de reactie.
Cazanele recuperatoare sunt cazane cu recirculare fortata a apei prin
fierbatoare. Apa demineralizata folosita in procesul de absorbtie se
depoziteaza intr-un rezervor intermediar, de unde cu ajutorul unei pompe
se trimite in varful coloanei de absorbtie si la spalarea
turbocompresorului de gaze nitroase.
Condensul de abur rezultat in evaporatorul secundar de ammoniac, in
supraincalzitorul de ammoniac, in supraincalzitorul de aer si in
bateriile statiei de spalare, se introduce in rezervorul degazorului.
4.3.3 Procedeul la presiune medie Stamicarbon
Procedeul la presiune medie Stamicarbon este conceput pe o singura
linie de fabricatie, cu o productie anuala de 240.000 t/an acid azotic
100%.
Presiunea de lucru este asigurata prin comprimarea aerului la presiunea
de 5 atm, cu ajutorul unui compressor de aer cuplat pentru antrenare cu
o turbine de abur cu condensatie si cu o turbine de expansie a gazelor
reziduale.
Amoniacul folosit este ammoniac lichid de 12-16 atm, care intra in
evaporatorul principal si secundar de ammoniac, unde are loc evaporarea
lui.
Aerul necesar oxidarii catalitice a amoniacului este aspirat din
atmosfera cu ajutorul unor ventilatoare asciole si spalat si filtrate in
statia de spalare a aerului.
Gazele nitroase rezultate in urma reactiilor de oxidare intra in
cazanele recupereaza sub forma de abur.
Coloanele de obsorbtie sunt coloane cu umplutura la racirea acidului se
face cu ajutorul unor racitoare cu placi.Acidul azotic produs, de 55%,
trece prin coloana de degazare, de unde prin racitorul de acid se
trimite in rezervoarele de depozitare.
Pentru absorbtia oxizilor de azot se utilizeaza condens impur rezultat
in procesul de fabricare a azotului de amoniu s-au apa demineralizata.
Condensul de abur rezultat in: preincalzitoarele de aer de la statia de
spalare, aspiratia compresorului si incalzitorul de apa demineralizata
se introduce in rezervorul degazorului.
PAGE
PAGE 1
ì¥Â@