Pengeluaran asid nitrik dalam industri: teknologi, peringkat, ciri

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Asid nitrik adalah salah satu jenis bahan mentah industri yang paling banyak diminta. Pengeluarannya boleh dilakukan dengan kaedah yang berbeza - bergantung pada varieti di mana asid harus dibekalkan kepada pelanggan. Apakah intipati teknologi yang berkaitan? Bagaimanakah ia dibandingkan dengan jenis asid nitrik yang dihasilkan di kilang?

Pengeluaran industri asid nitrik: sejarah perkembangan teknologi

Pertama sekali, adalah berguna untuk mengkaji fakta sejarah tentang bagaimana pengeluaran asid nitrik berkembang di Rusia. Dalam industri domestik, pelepasan bahan ini, mengikut maklumat yang ada, telah dimulakan di bawah Peter I. Selepas itu, M. V. Lomonosov mencadangkan kaedah untuk pengeluaran asid nitrik daripada s altpeter - bahan ini sebenarnya dianggap sebagai bahan mentah utama untuk pengeluaran bahan berkenaan sehingga awal abad ke-20.

Bersama-sama dengan s altpeter, pengeluaran asid nitrik dalam industri telah dijalankan menggunakan asid sulfurik. Kedua-dua bahan yang dipertimbangkan, berinteraksi antara satu sama lain, membentuk asid nitrik dan natrium sulfur oksida. Kelebihan inikaedahnya ialah keupayaan untuk mendapatkan asid nitrik pada kepekatan kira-kira 96-98% (tertakluk kepada penggunaan bahan mentah kualiti yang diperlukan).

Teknologi yang sepadan telah dipertingkatkan secara aktif - memihak kepada peningkatan kelajuan pemprosesan bahan mentah dan memastikan pengeluaran volum produk yang lebih besar. Tetapi secara beransur-ansur ia memberi laluan kepada konsep bahawa penghasilan asid nitrik dijalankan melalui pengoksidaan sentuhan ammonia.

Selain itu, kaedah telah dicipta di mana oksida nitrik, yang diperoleh melalui pengoksidaan arka gas yang sepadan daripada atmosfera, digunakan sebagai bahan mentah utama untuk penghasilan asid. Terdapat pandangan yang meluas bahawa kaedah pertama lebih menjimatkan kos.

Dengan penambahbaikan pendekatan teknologi untuk pengeluaran asid nitrik, pendekatan telah dibentuk mengikut mana pilihan paling optimum untuk pengeluaran bahan yang sepadan ialah penggunaan infrastruktur perindustrian yang beroperasi di bawah tekanan tinggi. Alternatif untuknya ialah penghasilan asid pada tekanan atmosfera, yang dianggap kurang menguntungkan dari sudut ekonomi.

Pelepasan bahan pada tekanan normal atau tinggi melibatkan penghasilan asid nitrik daripada ammonia. Terdapat juga kaedah gabungan yang menggabungkan kelebihan dua yang lain. Ciri-ciri pengeluaran asid nitrik dengan kaedah gabungan adalah, pertama, dalam pengoksidaan ammonia pada tekanan atmosfera, dan pelaksanaan penyerapannya - padameningkat.

Amoniak kini dianggap sebagai bahan mentah utama untuk pembebasan bahan berkenaan, bersama-sama dengan air dan udara atmosfera. Mari kita kaji spesifik penggunaannya dalam penghasilan asid dengan lebih terperinci.

Stok suapan asid nitrik

Jadi, bahan mentah utama yang digunakan dalam penghasilan bahan berkenaan ialah ammonia, udara, dan juga air.

Ini memerlukan penggunaan ammonia yang telah dimurnikan. Untuk melakukan ini, ia disucikan dalam peralatan penyejatan dan penyulingan khas dalam rangka kerja pelbagai kitaran pengeluaran. Begitu juga, udara bersih mesti digunakan semasa menyahcas asid nitrik. Ia juga ditapis menggunakan peralatan khas. Sebaliknya, air yang digunakan dalam penghasilan asid nitrik disucikan daripada kekotoran dan garam. Dalam kebanyakan kes, kondensat tulen mesti digunakan untuk mendapatkan bahan berkenaan.

Mari kita kaji jenis bahan yang dimaksudkan boleh dikemukakan, serta cara setiap jenis asid nitrik dihasilkan.

Pelbagai asid nitrik dan peringkat utama pelepasannya

Terdapat 2 jenis asid nitrik yang dihasilkan di loji industri moden - cair dan pekat. Pengeluaran asid nitrik cair dijalankan dalam 3 peringkat utama:

• penukaran ammonia (hasil akhirnya ialah nitrik oksida);
• menghasilkan nitrogen dioksida;
• pelaksanaan penyerapan nitrogen oksida padapenggunaan air.

Pengeluaran asid nitrik cair meluas dalam perusahaan perindustrian moden di bawah skim AK-72 yang dipanggil. Tetapi sudah tentu ada teknologi lain untuk pembebasan bahan ini.

Seterusnya, penghasilan asid nitrik pekat boleh dilakukan dengan meningkatkan tahap bahan yang sepadan dalam bentuk cair atau melalui sintesis langsung. Kaedah pertama, sebagai peraturan, memungkinkan untuk mendapatkan larutan asid pada kepekatan kira-kira 68%, yang mungkin tidak mencukupi untuk penggunaan bahan yang dipersoalkan di beberapa kawasan. Oleh itu, kaedah sintesis langsung juga biasa, yang memungkinkan untuk mendapatkan bahan dalam kepekatan kira-kira 97-98%.

Mari kita lihat dengan lebih dekat bagaimana asid nitrik dihasilkan dalam satu bentuk atau yang lain. Di atas, kami menyatakan bahawa pelepasan bahan cair boleh dilakukan mengikut skema AK-72. Mari kita kaji spesifiknya dahulu.

Penghasilan asid cair menggunakan teknologi AK-72

Skim yang dipertimbangkan, di mana pengeluaran asid nitrik dijalankan, melibatkan penggunaan kitaran tertutup, disertai dengan:

• penukaran ammonia;
• menyejukkan gas berkaitan pada tekanan kira-kira 0.42-0.47 MPa:
• melaksanakan penyerapan oksida di bawah tekanan tertib 1.1-1.26 MPa.

Produk akhir skim AK-72 ialah asid nitrik pada kepekatan kira-kira 60%. Pengeluaran asid nitrik dalamteknologi yang sedang dipertimbangkan dijalankan dalam rangka kerja peringkat seperti:

• memastikan pengambilan udara dari atmosfera ke dalam unit perindustrian dan pembersihannya;
• memampatkan udara, memisahkannya kepada aliran teknologi;
• penyejatan ammonia, penulenan gas yang sepadan daripada minyak dan kekotoran lain, serta pemanasan seterusnya;
• pencampuran ammonia dan udara tulen, penulenan seterusnya campuran ini dan pemindahannya kepada mangkin;
• mendapatkan gas nitrus dan penyejukannya;
• pengumpulan kondensat dengan asid nitrik;
• kepekatan dan penyerapan asid nitrik;
• menyejukkan dan membersihkan produk yang dihasilkan.

Asid siap dihantar ke simpanan atau pelanggan.

Seiring dengan teknologi yang sedang dipertimbangkan untuk pengeluaran asid nitrik - AK-72, satu lagi konsep popular untuk pelepasan bahan yang sepadan digunakan, yang melibatkan memastikan operasi infrastruktur perindustrian pada tekanan kira-kira 0.7 MPa. Pertimbangkan cirinya.

Teknologi keluaran produk di bawah tekanan 0.7 MPa: nuansa

Teknologi yang dimaksudkan menghasilkan asid nitrik tidak pekat sebagai alternatif kepada konsep AK-72. Ia melibatkan pelaksanaan peringkat berikut pelepasan bahan berkenaan.

Pertama sekali, seperti dalam teknologi sebelumnya, udara atmosfera dibersihkan. Untuk tujuan ini, sebagai peraturan, penapis dua peringkat digunakan. Selanjutnya, udara yang telah dibersihkan dimampatkandengan menggunakan pemampat udara - sehingga lebih kurang 0.35 MPa. Dalam kes ini, udara dipanaskan - sehingga suhu kira-kira 175 darjah, dan ia mesti disejukkan. Selepas masalah ini diselesaikan, ia pergi ke kawasan pemampatan tambahan, di mana tekanannya meningkat kepada kira-kira 0.716 MPa. Aliran udara yang terhasil, seterusnya, dipanaskan pada suhu tinggi - kira-kira 270 darjah melalui tindakan gas nitrus. Ia kemudian dicampur dengan ammonia di kawasan khas unit perindustrian. Bahan yang sepadan diaktifkan apabila asid dibebaskan pada mulanya dalam keadaan gas, yang terbentuk akibat penyejatan cecair. Di samping itu, ammonia mesti disucikan. Selepas penyediaan, gas dipanaskan dan dimasukkan ke dalam pengadun serentak dengan udara. Campuran ini juga ditapis dan, selepas penulenan, disalurkan kepada penukaran ammonia. Prosedur yang sepadan dijalankan menggunakan jerat aloi platinum dan rhodium pada suhu yang sangat tinggi - kira-kira 900 darjah. Kadar penukaran adalah kira-kira 96%.

Penghasilan asid nitrik lemah mengikut teknologi yang sedang dipertimbangkan melibatkan pembentukan gas nitrus. Mereka dibawa ke kawasan khas unit perindustrian, di mana ia disejukkan. Disebabkan ini, air yang disucikan tersejat dan rupa wap dengan tekanan tinggi. Dijalankan melalui kawasan unit perindustrian yang sesuai, gas nitrus bergerak ke dalam pengoksida. Perlu diingatkan bahawa pengoksidaan mereka sebahagiannya berlaku sudah pada sebelumnyalangkah penghasilan asid. Tetapi dalam pengoksida ia menjadi lebih sengit. Dalam kes ini, gas nitrus dipanaskan pada suhu kira-kira 335 darjah. Selepas itu, ia disejukkan dalam penukar haba khas, dan kemudian ia dihantar ke pemeluwap.

Selepas itu, asid nitrik terbentuk dalam kepekatan yang lemah. Ia adalah perlu untuk memisahkan gas nitrus yang tinggal daripadanya - pemisah digunakan untuk ini. Daripadanya, asid nitrik dimasukkan ke dalam kawasan penyerapan unit perindustrian. Asid kemudiannya mengalir ke kawasan radas di bawah. Pada masa yang sama, ia berinteraksi dengan nitrogen oksida, akibatnya kepekatannya meningkat. Pada output, ia adalah kira-kira 55-58%. Ia biasanya mengandungi oksida terlarut yang mesti dikeluarkan: untuk ini, bahan itu dihantar ke kawasan pembersihan unit. Dengan bantuan udara yang dipanaskan, oksida diekstrak daripada asid. Produk siap diletakkan di gudang atau dihantar kepada pelanggan.

Penghasilan asid pekat: sintesis langsung

Setelah mempertimbangkan bagaimana penghasilan asid nitrik cair dijalankan, kami akan mengkaji spesifik pembebasan bahan pekat. Pengeluaran asid melalui sintesis langsung daripada bahan mentah dalam bentuk nitrogen oksida adalah antara teknologi paling kos efektif yang digunakan di perusahaan dengan profil yang berkaitan.

Intipati kaedah ini adalah untuk merangsang tindak balas kimia antara bahan tertentu, air, dan oksigen di bawah tekanan kira-kira 5 MPa. Teknologi yang mana pengeluaran asid nitrik dijalankanjenis pekat berdasarkan yang cair, mempunyai nuansa: memastikan peralihan nitrogen dioksida ke dalam bentuk cecair adalah mungkin pada tekanan dan suhu yang hampir dengan atmosfera. Walau bagaimanapun, dalam sesetengah tindak balas, kepekatan bahan yang sepadan tidak mencukupi untuk memindahkannya kepada keadaan cecair pada tekanan normal, dan ia perlu ditingkatkan.

Penghasilan asid pekat berasaskan asid cair

Dalam kes ini, diandaikan bahawa asid tertumpu melalui bahan penyerap - seperti sulfurik, asid fosforik, pelbagai larutan nitrat. Langkah-langkah utama dalam penghasilan asid nitrik pekat berasaskan asid sulfurik cair adalah seperti berikut.

Pertama, bahan mentah dibahagikan kepada 2 aliran: yang pertama dimasukkan ke dalam penyejat, yang kedua - memasuki kawasan sejuk unit perindustrian. Asid sulfurik dimasukkan ke dalam kawasan radas di atas aliran asid nitrik cair kedua. Sebaliknya, stim dibekalkan ke bahagian bawah unit, yang memanaskan campuran yang digunakan, akibatnya asid nitrik menyejat daripadanya. Wapnya naik ke atas radas, selepas itu ia dikeluarkan ke peti sejuk. Di sana, wap asid terpeluwap - sehingga kepekatannya mencapai 98-99%.

Pada masa yang sama, beberapa oksida nitrogen yang terdapat semasa peringkat pengeluaran ini diserap oleh asid. Mereka mesti diekstrak daripada produk: selalunya, wap asid nitrik digunakan untuk tujuan ini, yang dihantar ke pemeluwap. Oksida nitrogen yang diekstrak, serta wap asid yang tidak membentuk kondensat, dihantar ke kawasan lain radas - untuk penyerapan, di mana ia dirawat dengan air. Akibatnya, asid cair terbentuk, yang sekali lagi disalurkan kepada pemeluwapan dan penyejukan. Produk siap dihantar ke gudang atau kepada pelanggan.

Ciri kepekatan dengan asid sulfurik

Tugas utama yang mencirikan pengeluaran asid nitrik dalam industri ialah pelaksanaan kepekatannya yang kos efektif dan cekap. Terdapat beberapa pendekatan untuk membangunkan skema optimum untuk menyelesaikannya. Adalah berguna untuk mempertimbangkan yang merupakan antara yang paling biasa.

Kami menyatakan di atas bahawa asid sulfurik boleh digunakan untuk menumpukan bahan yang dimaksudkan. Terdapat cara yang agak biasa untuk meningkatkan keberkesanan penggunaannya - peningkatan awal dalam kepekatan asid nitrik melalui penyejatan. Secara optimum, sebelum rawatan dengan asid sulfurik, bahan yang sepadan akan mempunyai kepekatan kira-kira 59-60%. Perlu diingatkan bahawa dalam amalan teknologi ini untuk pengeluaran asid nitrik dicirikan oleh tahap keramahan alam sekitar yang rendah. Oleh itu, sebagai alternatif kepada penggunaan asid sulfurik, penggunaan nitrat adalah perkara biasa. Mari kaji butirannya dengan lebih terperinci.

Kepekatan dengan nitrat

Lazimnya, magnesium atau zink nitrat digunakan untuk menyelesaikan masalah yang sedang dipertimbangkan, yang mencirikan penghasilan asid nitrik daripada ammonia. Pertama sekali, ia jauh lebih mesra alam daripada kaedahmelibatkan penggunaan asid sulfurik. Selain itu, teknologi ini memastikan kualiti tertinggi asid nitrik sebagai produk akhir.

Pada masa yang sama, ia mempunyai beberapa kelemahan, yang menentukan kemunculan kesukaran dalam aplikasinya yang meluas. Pertama sekali, ini adalah kos yang agak tinggi untuk proses pengeluaran. Di samping itu, teknologi ini dalam banyak kes melibatkan pengeluaran sisa pepejal, yang pemprosesannya boleh menjadi rumit.

Penggunaan mangkin dalam penghasilan asid nitrik

Adalah berguna untuk mempertimbangkan bahan lain yang digunakan bersama-sama dengan bahan mentah utama untuk pengeluaran produk yang dipersoalkan dalam pengeluaran perindustrian (paling kerap pemangkin dianggap sedemikian) bagi asid nitrik. Penggunaan bahan yang dimaksudkan adalah disebabkan oleh keperluan untuk meningkatkan keuntungan pengeluaran asid, meningkatkan dinamik pengeluarannya pada unit perindustrian.

Keperluan utama untuk pemangkin dalam pengeluaran produk yang dimaksudkan ialah pemilihan tindakan. Iaitu, ia mesti menjejaskan tindak balas kimia utama tanpa menjejaskan proses sampingan. Selalunya, pemangkin digunakan dalam penghasilan asid, yang mengandungi platinum.

Di atas, kami menyatakan bahawa apabila bahan pekat lemah dilepaskan pada tekanan tinggi, pemangkin berasaskan platinum dan rhodium digunakan. Dalam sesetengah kes, aloi dengan penambahan paladium juga digunakan. Tetapi logam utama di dalamnya adalahplatinum, kandungannya biasanya tidak kurang daripada 81%. Intipati pemangkin dalam kes ini adalah untuk merangsang laluan pantas tindak balas kimia utama. Sebagai peraturan, ia melepasi dalam bahagian resapan luaran.

Proses bergantung pada had resapan oksigen berbanding permukaan mangkin. Ciri ini menyebabkan kepekatan ammonia yang lebih tinggi, bahan mentah utama untuk penghasilan asid nitrik, pada permukaan satu atau kadangkala pemangkin, jika dibandingkan dengan kepekatan dalam udara. Adalah mungkin untuk meningkatkan graviti tentu pelbagai tindak balas sampingan di mana pengoksidaan tidak lengkap dan pembentukan nitrogen atau oksidanya diperhatikan. Dalam hal ini, oksigen berhampiran permukaan mestilah dalam jumlah yang mencukupi untuk menggantikan ammonia. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk mencapai pengoksidaan yang cukup dalam.

Boleh diperhatikan bahawa, bersama-sama dengan pemangkin platinum, bahan gabungan juga terlibat dalam penghasilan asid nitrik. Khususnya, besi-kromium. Ia boleh mengurangkan dengan ketara kos ekonomi yang mencirikan pengeluaran bahan berkenaan.

Jadi, kami telah mempertimbangkan kaedah penghasilan asid nitrik, mengenal pasti jenis utamanya. Berapa banyak peringkat pengeluaran asid nitrik yang perlu dilaksanakan bergantung pada jenisnya, serta teknologi khusus untuk pembebasan bahan yang sepadan. Adalah berguna sekarang untuk mempertimbangkan kesukaran yang menjadi ciri pengeluaran perindustrian produk ini, yang mendapat permintaan dalam banyak bidang ekonomi.

Masalah utama dalampenghasilan asid nitrik

Jadi, seperti yang kita sedia maklum, penghasilan asid nitrik melalui kaedah sentuhan - salah satu yang paling biasa dalam industri moden, melibatkan penggunaan mangkin untuk mempercepatkan pengoksidaan ammonia dan meningkatkan hasil produk. Masalah utama dalam pengeluaran produk yang sedang dipertimbangkan adalah harga yang agak tinggi bagi pemangkin yang sepadan. Walau bagaimanapun, selektivitinya tidak selalu mencapai nilai optimum. Di samping itu, sebahagian besar platinum yang digunakan sebagai elemen utama untuk mangkin boleh hilang semasa pengeluaran. Akibatnya, sekali lagi, keberkesanan kos keluaran produk berkurangan.

Masalah lain yang mencirikan penghasilan asid nitrik ialah alam sekitar. Di atas, kami menyatakan bahawa asid sulfurik boleh digunakan dengan kepekatan bahan mentah, dan apabila melalui kitaran pengeluaran yang sepadan, bahan berbahaya terbentuk. Alternatif dalam kes ini mungkin penggunaan nitrat - tetapi ini, sekali lagi, membayangkan peningkatan dalam kos ekonomi. Walau bagaimanapun, faktor persekitaran bagi pengeluar moden hari ini adalah sama pentingnya dengan tahap keuntungan pengeluaran.