23.Производство нак. Сырье. Требования к качеству продукционной кислоты. Стадии производства.Балансовая реакция получения hno3 и расчет расходных коэффициентов. Стадия контактного окисления аммиака…

HNO3 - одно из исх в-в для пол-я N-сод-их продуктов, 70-80% - на про-во удобр-й. Пром-ть выраб-ет НАК (46-60% HNO₃) и конц (98-99% HNO₃). ВОАО «Азот» дей-т 3 агрегата по пр-ву НАК 120 тыс т /год кажд (в пересчете на HNO₃). Выпускают 57-59% HNO3. Треб-я:

1 – внешний вид - бесцвет или желтая ж-ть без мех-их примесей;

2 – мас. доля HNO₃, % не более: Высш.сорт - 57,0; 1 сорт – 56; 2 сорт –46;

3 – мас. доля окс азота, % не менее(в пересч на N₂O₄) Высш.сорт - 0,07; 1сорт - 0,1; 2 сорт - 0,2;

3 - мас. доля остатка после прокал-я, % не менее Высш.сорт 0,004; 1 сорт- 0,02; 2 сорт -0,06. Сырье для пр-ва НАК – NH3, воздух и ХОВ.

Вспом. мат-ы: Kt-ы окисл-я NH₃ и очистки хвост газов;фильтр-ие мат-ы ПГ;оборот вода;пар;эл.Е. Процесс пр-ва сос-т из 2 стадий:1-окис-е NH3 кислородом возд. с пол-ем NO; 2 - пер-ка NO в HNO₃. На 2 стад. снач идет окис-е NO до высших оксидов NO2 и N2O4 с поглощ-ем их водой и обр-ем HNO3.

Имеется и стадия каталит-кой оч-ки хвост.газов от NОх. Суммар-я р-я получ-я HNO₃: NH₃ + 2O₂ =HNO₃ +H₂O, Н= - 421(1).

Расходные коэффициенты На 1т HNO₃ для с/х под Р=0,716 Мпа требуется: 1) NH3 = 17*1000/63=269кг, 63 – мол.масса HNO3 ,практически расход-ся 293кг на 1т; 2) ХОВ для абс-и: для получения 58% HNO3 :63*42/58=45,62кг; необх-мо специально добавить 45,62 – 18 = 27,62кг; необх-мо добавить на 1т HNO3 27,62*100/63=438кг, практически 0,45м3; 3) Рt-й кт-р, потери 0,15г/т; Кт-р АВК-10М (в пересч на V2O5), безвозвр потери 0,014кг/т; 4)ХОВ для котлов: произ-ть 1-го котла 24т/ч, 2-го - 7,5т/ч, всего 31,5 т/ч. На 1 т HNO3: 31,5/14,8 = 2,13т/т, где 14,8 т/ч произв-ть по HNO3; практич-ки 2,2м3. 5) Вода оборотная 160м3; 6) ПГ (топлив) 60-70м3; эл.Е 20кВт*ч или 50-70МДж.

При окис-и NH3 в зав-ти от Kt и условий проц-са м. получить NO,N2O.N2 по р-ям: 4NH3+5O2 = 4NO+6H2O, Н=-907(2); 4NH3+4O2=2N2O+6H2O, Н=-1105 (3); 4NH3+3O2=2N2+6H2O, Н=-1269 (4). Все 3 р-ии идут почти до конца,поэтому состав конечных прод-в будет опред-ся избират-ной способ-стью Kt.

При получ-ии HNO3, целевая р-ей является (2), а (3) и (4) подавл-ся. Для направл-я пр-са по р-и (2) наилучший Kt из Pt-ого сплава (Pt - Pd - Ro - Ru), позволяющ.достиг.выс.степень превр-я NH3 именно в NO (97-98% при атм.Р; 95-96% при 0,8МПа и 880-920С).

Вычисл-ые при 900С конст-ты равн-я р-й (2-4) К2= РNO4*РH2O6/РNH34*РО25 =1053; K3 =1061 ; К4 =1067. Огром значения свидет-ют о практич. необр-ти. р-ии, т.е. в реал-х условиях окис-е NH3 м. опред-ся только скор-ю этих р-й. Образ-е NO идет только на пов-ти Kt. Pt хорошо адсор-рует О2, слабо NH3, поэтому ск-ть окис-я NH3 опред-ся ск-тью адсор-ции NH3, а последн. ск-тью диффузии NH3. Чтобы пов-ть Kt всегда была покрыта О-ом, необх. избыток по отнош-ю к стехиом. кол-ву в р-ии(2) (не > 30%, т.е. мольное или объемное от-е O2 к NH3 = 1,7-1,9). Содерж. NH3 в АВС поддерж-ся 9,5-10,6% об.

Задача №13.2 Скор-ть окисл. NH3 м. опред-ть по ур-ю 1-го порядка: - dPNH3/dτ = k*PNH3 ,где τ- время контактир.,с; k – конст. ск-ти р-ии, с-1; PNH3 - парц.давл. NH3 на входе в Kt, Па. С увелич. т-ры k увел-ся.

Время превр-я (конверсии) NH3 в NO на Kt при 900С очень мало и выраж-ся ур-ем (при 90-98% конверсии) lgτ = -0,107α+7,02*10-6*α³, где α - степень конверсии, %; τ - время конвер., с. Из-за огром ск-ти окис-я NH3 высоки показ-ли: нагрузка Kt и напряж-ть Kt. Нагрузка Kt - V или масса NH3, подаваемого в конт ап-т в ед-цу времени, м3/ч или кг/ч. Напряж-ть Kt - кол-во NH3 окисляемого на 1 м2 активн. пов. Kt в сутки, кг/м2*сут: g=gNH3*24/Fс , где gNH3 – час-ой расход NH3, кг/ч; Fс - суммар-я активн. пов-ть всех Kt-ых сеток, м2. Pt-ый Kt исп-ся в виде тончайших сеток с диам. нити 0,09мм, размер стороны ячейки 0,22мм. На 1 см2 сетки размещ-ся 1024 яч. Акт-ая пов-ть 1 м² сетки 1,809 м². Акт-ая пов-ть сетки, м2/м2: F = 2αdn1/2,где d – диам. проволоки сетки, см; n - число плетений на 1см2 сетки. Раб. площ. Kt-ой сетки S, м²: S=1,2*100*τ*V0*Tk*P/1,1*m*d*Pk*273(1-1,57*d*n1/2), где 1,2 - коэф-т, учит-ий не полный разлом сеток; V0 – объемн.ск-ть газа при н.у., м3; τ -время конверсии,с; Тk – темп. контакта, К; d – диам. проволоки сетки; Р – атм.давл., МПа; Рk – давл. в контакт. апп-те, МПа; n - число плетений на 1 см2; m - число сеток в комплекте; 1,1 - коэф-т учитыв-ий ур-е времени контакта за счет удлинения нитей при провисании. Pt-ные Kt-s чувствит. к ядам, мех. примесям, маслу, серн. соед-ям, фосфатам, фторидам, хлоридам. Ведутся поиски замены этих Kt-ов из-за их дороговизны, дефецита, отравл-ти, безвозвр.потерь. Из-за большого тепл. эффекта р-ии (2-4) окисл-е NH3 сопровожд-ся разогревом газов. смеси на 67-69С на кажд % окисл-ого NH3,т-ра НГ под сетками 880-920С.

Тепло НГ в начале утилиз. в пароперегр-ле, а оконч в котле-утилиз. При прохожд. газа через котел он перед. тепло питат. воде, котор. испар. и при этом образ-ся насыщ. пар под давл. 1,5 МПа. НГ при этом охлажд. до 250С.

Рассчет процесса парообраз. Пусть в котел-утилиз.(КУ) поступ. тепловой поток величиной 8000 МДж, 98% котор. расх. на получ. пара, а 2%-потери в окр.ср. Расчет массы обра-егося при этом пара рассч. по ф-ле: m=Q/(H11-H1), где Q - тепло для получ-я пара, кДж; H11 - энтальпия насыщ. вод. пара, кДж/кг; H1 - энтальпия питат. воды, кДж/кг (таблицы);

Прим.1.КУ выраб. насыщ. пар. с Р=4,8МПа. В КУ под-ся. питат. вода с темп. насыщ-я. Рассч. массу пара.. Q=8*106*0,98=7840000 кДж. H1=632,2 кДж/кг, H11=746 кДж (при р=4,8 атм.,t=150C). mп=7840000/(2746-632,2)=3709 кг.

Прим.2 КУ выраб. нас. пар с Р=4,8 атм. В КУ под-ся пит. вода с t-ой 30С. На нагрев питат. воды до t насыщ. и на испар. этой воды.: H11=2746 кДж/кг (при150С и Р=4,8атм). H1=126 кДж/кг(при 30С и Р=4,8атм).mп=7840000/(2746-126)=2992 кг Прим.3 КУ выраб пар с Р=4,8атм. и t=400С, пит. вода с t=30C. На нагрев воды до tнасыщ., испар. ее и на перегр. пара до t=400С: H11=3272,3 кДж/кг (при 4,8атм. и 400С), H1=126 кДж/кг (при 4,8атм. и 30С). mп=7840000/(372,3-126)=2491,8 кг.