Окисление оксида азота

Окисление оксида азота - гомогенная обратимая экзотермическая реакция:

При температурах ниже 400 К равновесие практически полностью сдвинуто в сторону образования NO₂ Данная реакция может протекать везде: в трубопроводах, теплообменниках и в других аппаратах. Установлено, что кинетическая модель отвечает стехиометрии реакции:

Как видно, давление значительно ускоряет реакцию, что также говорит в пользу его повышения в ХТС. Вследствие не очень высокой скорости реакции устанавливают окислитель - полый аппарат, обеспечивающий необходимое время пребывания реакционной смеси для завершения реакции.

Так как реакция окисления NO - экзотермическая, необходимо дополнительнос охлаждение нитрозного газа. При охлаждении конденсируется вода - ее образуется в 1,5 раза больше потребляемого аммиака. В результате взаимодействия конденсирующейся воды с нитрозным газом образуется азотная кислота. Целесообразно сократить время контакта газа с водой, для чего используют специальный скоростной теплообменник-конденсатор. Образующаяся в нем 30%-ная кислота направляется в соответствующее этой концентрации сечение абсорбционной колонны.

Абсорбция оксидов азота.

Физико-химические свойства процесса.

Диоксид азота взаимодействует с водой по схеме

Образующаяся по первой реакции азотистая кислота нестойка и сразу разлагается с выделением части NO в газовую фазу, Суммарно абсорбция представлена уравнением

Выбор оборудования. Для полноты поглощения в абсорбционной колонне необходим противоток жидкой и газовой фаз . Определим тип насадки в ней. Взаимодействие NO₂ с протекает быстро, так что между HNO₃ в жидкости и NO₂ в газе почти устанавливается равновесие. Последующее окисление NO (и в газовой, и в жидкой фазах) протскаст медленнее. Необходимо определенное время для его завершения и пространство. В основном окисление образовавшегося NO протекает в газовой фазе по реакции (6.13). Так как реакция (6.19) - гетерогенная газожидкостная, а реакция (6.13) - гомогенная, реактор образования азотной кислоты представляет абсорбционную колонну с переливными ситчатыми тарелками (рис. 6.53), пространство между которыми работает как газофазный окислитель основного количества выделившегося NO. Баобатаж в невысоком (на тарелке) слое жидкости обеспечивает интенсивный массообмен с газом, способствуя и поглощению компонентов газовой смеси и тем самым образованию HNO₃ и жидкофазному окислению NO. Можно считать, что в абсорбционной колонне протекает превращение, описываемое следующим брутто-уравнением, получен- Вода ным сложением уравнений (6.13) и (6.19):

Из общего балансового уравнения превращения NH₃ в HNO₃

видно, что на 1 объем NH₃ расходуется 2 объема кислорода. На стадии окисления аммиака с воздухом подается 1,8 объема О₂

Остальной кислород (воздух) надо подавать в абсорбционную колонну для полноты окисления NO, что и реализовано в технологической схеме на рис.6. 51.

С понижением температуры поглащение NO₂ улучшается. Для отвода теплоты реакции на тарелках установлены плоские змеевиковые холодильники с циркулируюшей в них водой.

Повышение давления способствует поглощению NO₂ и увеличению концентрации образующейся кислоты: 47-49%-ная HNO, получается при Р= 1 атм, 58%-ная - при Р = 7 атм, 62%-ная P-=11 атм.