отчет по практике. Производство неконцентрированной азотной кислоты. Стадия окисления аммиака. Мощность 380 тыс тг

• Название: Производство неконцентрированной азотной кислоты. Стадия окисления аммиака. Мощность 380 тыс тг
• Дата: 25.04.2022
• Размер: 1.63 Mb.
• Имя файла: отчет по практике.docx
• Тип: Отчет; #496418
• страница: 1 из 7

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Т.Ф.ГОРБАЧЕВА»

ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра химии технологии неорганических веществ и наноматериалов

ОТЧЕТ ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ, ПРЕДДИПЛОМНОЙ ПРАКТИКЕ

На тему «Производство неконцентрированной азотной кислоты. Стадия окисления аммиака. Мощность 380 тыс. т/г.

Выполнил:

Студент группы ХНб-161

Рахимов Б.Ю.

Руководитель от ИХНТ КузГТУ:

к.х.н. доцент ХТНВиН

Суровая В.Э.


Кемерово 2020

Оглавление

1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6

1.1. Аналитический обзор 6

1.2. Теоретические основы технологического процесса 18

1.3. Описание технологической схемы 33

2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 42

2.1. Материальный баланс 42

2.2. Тепловой баланс 51

2.3.Конструктивный расчет контактного аппарата 56

ВВЕДЕНИЕ

Азотная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности и по объему производства среди других кислот занимает второе место после серной кислоты. Большой объем производства азотной кислоты является свидетелем того, что данная кислота и ее соли имеют огромное значение в народном хозяйстве и в химической промышленности. Практическое применение HNO₃ во всяческих областях весьма разнообразны. Являясь одним из основных исходным продуктом в азотосодержащих веществ, практический до 70-80% ее расходуется на производство азотных и комплексных минеральных удобрений и различных нитратов. Помимо того, она затрачивается производством красителей, органическим синтезом и цветной металлургией. При всем при этом HNO₃ находить применение при получении взрывчатых веществ, нитратов и ряда других технических солей.

В настоящее время химическая промышленность производит концентрированную (97 – 99% HNO₃) и неконцентрированную (30 – 62%-ные растворы HNO₃) азотной кислоты. Кроме того, в малых объемах производятся реактивная и азотная кислота особой чистоты.

Ежегодно в мире производится около 200 млн. тонн химического соединения, на ринке производителей лидирует Россия, в стране сосредоточенно 17% мирового производства этого продукта.

Промышленный способ получения неконцентрированной азотной кислоты контактным способом состоит из окисления аммиака кислородом воздуха с получением NO с последующей окислением до NO₂ и абсорбцией водой с целью получения продукционной кислоты. Важно отметить, что основными стадиями производство неконцентрированной азотной кислоты являются подготовка и очистка поступающего сырья (аммиак и воздух) от пыли и механических загрязнений, каталитическое окисление аммиака с последующей утилизацией тепла производства, абсорбция оксидов азота, каталитическая очистка выхлопных газов.

Концентрированную азотную кислоту получают в основном двумя основными способами. Первый заключается в ректификации тройных смесей, содер-

жащих азотную кислоту, воду и водоотнимающие вещества (обычно серная кислота или нитрат магния). В результате получают пары 100%-ной азотной кислоты (которые конденсируют) и водные растворы водоотнимающего агента. Последние упаривают и возвращают в производство. Второй способ основан на реакции:



При давлении 5МПа и использовании чистого кислорода образуется 97-98%-ная кислота, содержащая до 30% (масс.) растворенных оксидов азота. Целевой продукт получают разгонкой этого раствора.

К новшествам прогресса технологии производства азотной кислоты относятся: обеспечение высокой прочности конструкций аппаратуры и агрегатов, увеличение степени абсорбции и равным образом повышение степени использования тепла химических реакций и КПД энергии сжатых газов, ускорение процесса на всех его стадиях, уменьшение вредоносных выбросов в атмосферу.

К тому же значительное воздействие на экономику производства оказывает мощность используемых установок, повышение которой приводит к уменьшению затрат на строительство азотных систем. Наиболее важной проблемой усовершенствования производства азотной кислоты является увеличение ее концентрации, что позволяет облегчить методы получения азотных удобрений в том числе аммиачной селитры.

Следовательно, выбранная тема работы на фоне новейшего прогресса химической промышленности является весьма актуальной. Целью работы является освоение и углубление теоретических и практических основ производства азотной кислоты.

В согласии установленной задачей необходимо решить последующие задачи: охарактеризовать состав и свойства HNO₃ в свою очередь сырья для её производства, освоить теоретические основы технологического процесса, описать технологическую схему производства, в практической части работы рассчитать материальный и тепловой балансы а также конструктивный расчет основного аппарата то есть контактного аппарата.

1. 
   ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
   

1. 
   Аналитический обзор
   

Азотную кислоту нынче в промышленных масштабах производят исключительно из NH₃ и таким образом, приблизительно 35% аммиака перерабатывается в HNO₃. На заводах и предприятиях по производству минеральных удобрений связанный азот получают в виде аммиака. Начальной стадией этого процесса является паровая конверсия метана на никелевых катализаторах:

(1)

Далее CO подвергается паровой конверсии на железохромовых и медьсодержащих катализаторах:

(2)

При взаимодействии водорода с азотом воздуха образуется аммиак:

(3)

Вследствие каталитической окислении аммиака кислородом воздуха:

(4)

с последующим гомогенным окислением монооксида азота:

(5)

и абсорбцией диоксида азота водой:

(6)

получают азотную кислоту [1].

Промышленные схемы производства неконцентрированной HNO₃ отличаются преимущественно по давлению в системе, при котором протекают главные стадии процесса. В соответствии используемого давления их можно условно подразделить на следующие технологические группы:

1. 
   Унифицированная комплексная линия УКЛ-7, работающая под единым
   

давлением 0,716 МПа, производительность агрегата которого составляет 120 тыс. тонн моногидрата в год. Содержание оксидов азота в отходящих газах после каталитической очистки не более 0,005% (об.). Агрегаты УКЛ-7 оснащены приборами автоматизации, которые позволяют управлять процессом из ЦПУ. В подобных агрегатах повышение давления гораздо интенсифицирует все химические реакции, способствует повышению эффективности теплообмена, сокращает объем арматуры и коммуникаций. Следовательно вышеперечисленные факторы снижают капитальные затраты на строительство установок. К недостаткам агрегата можно отнести то, что при повышении давления помимо основной целевой реакции ускоряются побочные реакции, также увеличивается энергозатраты. Решением данной проблемы является путь, по которому тепло, выделяющиеся при окислении аммиака, используется для получения пара энергетических параметров. Схема УКЛ-7 достаточно эффективна так как в этой схеме аппараты размещаются между компрессорной группой и газовой турбиной, что снижает энергозатраты. На таблице 1 приведены некоторые показатели технологического режима [2, 4].

Таблица 1

Основные показатели технологического режима

Наименование показателя	Нормы
Содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси, об. %	9,5-10,6
Давление воздуха на выходе из компрессора, МПа	0,23-0,33
Температура воздуха на выходе из компрессора, °С	до 175
Температура, °С:
газообразного аммиака после нагревателя	80-110
аммиачно-воздушной смеси	170-230
контактирования	880-910
Температура нитрозных газов, °С
на выходе из котла-утилизатора	230-285

Продолжение табл. 1

Наименование показателя	нормы
на входе в абсорбционную колонну	30-50
Давление пара из котлов-утилизаторов, МПа	1,3-1,5
Концентрация продукционной кислоты, мас. %	58-60
Платиноидный катализатор (безвозвратные потери), г	0,155
Вода оборотная, м3	159
Природный газ, м3	125-135

В схемах УКЛ-7 используется низкотемпературная (селективная) каталитическая восстановление оксидов азота с использованием аммиака, так как высокотемпературная очистка хвостовых газов от оксидов азота с использованием природного газа имеет определенные недостатки. Так, вследствие выделения большого количества тепла при выжигании кислорода его содержание в выхлопных газах ограничивают 2,5-3,0 об.%, значителен расход природного газа, необходимы затраты на утилизацию тепла. В связи с этим был разработан и применяется в различных производствах способ селективного восстановления оксидов азота. Особенностью этого процесса является взаимодействие используемого восстановителя только с оксидами азота. Таким реагентом, применяемым в промышленной практике, является аммиак. Процесс регенерации оксидов азота протекает до молекулярного азота при температурах 200-350°С по реакциям:

		(7)
		(8)

Широкое применение для этой цели получил алюмо-ванадиевый катализатор типа АВК-10, АВК-10М (технические требования, согласно ТУ 28-03-3001-90, приведены в таблице 2) [2, 4].

Таблица 2

Технические требования на катализатор АВК-10М

№ п/п	Наименование показателя	Нормы
1	Внешний вид	Гранулы цилиндрической формы желтого цвета
2	Массовая доля оксидов ванадия в пересчете на V2O5, %	13,5 ± 1,5
3	Массовая доля оксидов марганца в пересчете на MnO2, %	0,7 – 1,0
4	Насыпная плотность, г/дм3	500 - 650
5	Активность катализатора – степень восстановления оксидов азота аммиаком, %, не менее	96,5
6	Механическая прочность, %, не менее	97
7	Массовая доля мелочи размером менее 3,00 мм, %, не более	0,7
8	Размеры гранул, мм:
	а) длина, не более	18
	б) диаметр	5 ± 1