ВСТУП

Нітратна кислота за об'ємом виробництва займає друге місце після сірчаної кислоти. Все зростаючий обсяг виробництва HNO₃ пояснюється величезним значенням нітратної кислоти і її солей для народного господарства.

Нітратна кислота є одним з початкових продуктів для отримання більшості азотовмісних речовин. Сфери застосування нітратної кислоти дуже різноманітні. Велика частина її (до 75-80%) витрачається на виробництво азотних і комплексних мінеральних добрив і різноманітних нітратів, 10-15% йде на отримання вибухових речовин і ракетного палива, решта кількості споживається виробництвом барвників, органічним синтезом і в кольоровій металургії.

Промисловістю виробляється неконцентрована (до 60-62% HNO₃) і концентрована (98-99% HNO₃) кислота. У невеликих об'ємах випускається реактивна і нітратна кислота особливої чистоти. У виробництві вибухових речовин нітрацією толуолу, уротропіну, ксилолу, нафталіну і інших органічних продуктів застосовують концентровану нітратну кислоту. Для отримання добрив споживається, як правило, розбавлена нітратна кислота.

Основними виробниками нітратної кислоти є США, Франція, ФРН, Італія, Іспанія, і Англія. На долю цих країн в 70-х роках доводилося понад 75% усієї виробленої тоді кислоти. До 80-х роках виробництво нітратної кислоти в капіталістичних країнах стабілізувалося.

Середньорічний темп світового попиту на промислові хімікати на основі нітратної кислоти складає 7%.

Зараз зростання виробництва відбувається за рахунок вдосконалення і оновлення технології, а також організації випуску нітратної кислоти в країнах, що розвиваються.

В Індії швидкими темпами (7% в рік) розвивається ринок концентрованої нітратної кислоти. Окрім споживання концентрованої нітратної кислоти підприємствами оборонного комплексу, продукт використовується у виробництві нітроароматичних з'єднань, акрилонітрильних волокон, пестицидів, ліків і барвників. Особливо відзначається зростання споживання нітратної кислоти для лікарських засобів і пестицидів.

Однієї з стадій виробництва нітратної кислоти є стадія окиснення аміаку, яка здійснюється в реакторі, який в виробничих умовах називається контактним апаратом.

Усі промислові способи отримання нітратної кислоти основані на контактному окисленні аміаку киснем повітря з подальшою переробкою оксидів азоту в слабку нітратну кислоту шляхом поглинання їх водою. [1, с. 5]

1. Методи виробництва продукту

Залежно від умов проведення виробничого процесу були наведені наступні типи систем:

1. Системи, працюючі при атмосферному тиску;

2. Системи, працюючі при підвищеному тиску (4-8ат);

3. Комбіновані системи, в яких окиснення аміаку проводиться при нижчому тиску, а абсорбція оксидів - при більш високому тиску.

Розглянемо переваги та недоліки кожної технологічні системи.

Системи, працюючі при атмосферному тиску.

Недоліки:

- Громіздка апаратура;

- Мала продуктивність;

- Накопичення деякої кількості хлору, який в системах кислої і лужної абсорбції чинить сильну корозійну дію на апаратуру, яку постійно доводитися замінювати, а це за собою веде великі економічні витрати.

Переваги схеми:

- Продуктивність системи, працюючої при атмосферному тиску до 250 тис. т/рік HN0₃

Комбіновані системи.

Основними перевагами цієї схеми є:

- Ці системи працюють без споживання енергії з боку, оскільки теплоти окиснення аміаку і окиснення оксиду азоту вистачає для отримання енергії на стискування повітря і нітрозних газів до потрібних тисків;

- Компактність устаткування;

- Продуктивність таких агрегатів складає 45тис. т/рік.

Недоліки схеми :

- При окисненні аміаку під тиском 9 ат. міра конверсії на 2-3% менша, ніж при атмосферному тиску, а втрати платинового каталізатора в 2-3 рази більші;

- Підвищення тиску в процесі конверсії аміаку.

Системи, працюючі під підвищеним тиском (4-8 ат. )

Переваги схеми :

- Агрегат компактний, усі апарати транспортабельні;

- Енергетичний цикл агрегату автономний і при відключенні хімічного виробництва залишається в праці до відключення його з щита управління;

- Управління агрегатом в робочому режимі автоматизовано;

- Фактична собівартість і енергоємність нітратної кислоти, вироблена на агрегатах єдиного тиску 0, 716 МПа, залишається найнижчими в порівнянні з агрегатом АК-72 і агрегатом, що працює за комбінованою схемою;

- Замість котла-утилізатора за контактним апаратом встановлюється високотемпературний теплообмінник для підігрівання вихлопних газів перед турбіною до 1120К;

- У схемі паралельно технологічним апаратам встановлена постійно включена камера згорання, що дозволяє зробити незалежну роботу машинного агрегату від технологічної лінії, а також забезпечити плавний перехід від роботи машини в холостому режимі до роботи машини при включеному процесі технології.

Недоліки схеми :

- У агрегаті протікає процес при підвищених температурах, що робить дуже великі навантаження на паладієвий каталізатор і він виходить з ладу;

- Потрібно дуже високу міру очищення повітря перед входом в ГТУ, оскільки продуктивність компресора по повітрю може знизитися до 10 % і ККД до 6 %.

- Потужність виробництва нітратної кислоти за схемою, працюючою під тиском 0, 716МПа, визначається числом агрегатів.

1.2 Фізико-хімічні властивості сировини, готової продукції,

напівпродуктів

Характеристика сировини:

Основною сировиною для виробництва неконцентрованої нітратної кислоти на сьогодні є аміак, повітря і вода. Допоміжними матеріальними і енергетичними ресурсами є каталізатори окиснення аміаку, природний газ, пара і електроенергія.

Аміак. У звичайних умовах є безбарвним газом з різким запахом, добре розчинним у воді і інших розчинниках, утворює моногідрати. Вміст домішок в рідкому аміаку регламентується ГОСТ 6221-82. Найбільш типовими домішками є вода, мастильні олії, каталізаторний пил, окалина, карбонат амонію, розчинені гази (водень, азот, метан). При порушенні ГОСТ домішки, що містяться в аміаку, можуть потрапити в аміачно-повітряну суміш і понизити вихід оксиду азоту (II), а водень і метан можуть змінити межі вибуху АПС.

Повітря. Для технічних розрахунків приймають, сухе повітря, яке містить [%, о]: N₂ - 78, 1, О₂ - 21, 0, Ar₂ - 0, 9; Н₂О - 0, 1-2, 8.

В повітрі можуть бути присутніми також сліди SO₂, NH₃, CO₂. У районі промислових майданчиків повітря забруднене пилом різного походження, а також різноманітними компонентами неорганізованих газових викидів (SO₂, SO₃, H₂S, С₂H₂, Cl₂ та ін. ). Кількість пилу в повітрі складає 0, 5-1, 0 мг/м³.

Вода. Використовується у виробництві нітратної кислоти для зрошування колони абсорбції, для вироблення пари при утилізації тепла в котлах-утилізаторах, для охолодження реакційних апаратів. Для абсорбції оксидів азоту використовують найчастіше паровий конденсат і хімічно очищену воду. У деяких схемах дозволено застосовувати конденсат сокової пари аміачної селітри. У будь-якому випадку вода, використовувана для зрошування колон, не повинна містити вільного аміаку і твердих суспензій, вміст хлорид - іона має бути не більше 2 мг/л, олії не більше за 1мг/л, NH₄NO₃ - не більше 0,5 г/л. Хімічно очищена вода для котлів-утилізаторів повинна відповідати вимогам ГОСТ 20995-75.

Кисень. Застосовується переважно у виробництві концентрованої нітратної кислоти по методу прямого синтезу. В окремих випадках використовується для збагачення АПС при отриманні неконцентрованої нітратної кислоти.

Оксид азоту NO - газ за нормальних умов, має парамагнітні властивості. Утворюється при каталітичному окисненні аміаку і є проміжною сполукою у виробництві нітратної кислоти.

Оксид азоту NO_2. При взаємодії з водою оксид азоту (IV) утворює нітратну і азотисту кислоти, з лугами - суміш нітратів і нітриту. Він добре поглинається сірчаною кислотою з утворенням нітрози сірчаної кислоти, має високу розчинність в концентрованій нітратній кислоті.

Обидва оксиди викликають загальну слабкість, запаморочення, оніміння ніг, при сильному отруєнні - нудоту, уповільнену дію, можливий смертельний результат.

Нітратна кислота НNO₃ - неконцентрована, рідина жовтуватого кольору з характерним запахом. Відносна молекулярна маса НNO₃ - 63, 0128. Нітратна кислота - одна з найсильніших кислот. З масовою долею нітратної кислоти 30-35% вона найбільш активна по відношенню до металів. Нітратна кислота має яскраво виражену окиснювальну властивість. Окиснюючи інші речовини, нітратна кислота віддає свій кисень, а сама при цьому розпадається з виділенням оксидів азоту.

Нітратна кислота необмежено розчиняється у воді, при розчиненні виділяється тепло, гігроскопічна. Пари її в 2, 2 разу важче за повітря. Пари нітратної кислоти токсичні. Питома вага 58%-ї HNO₃ при 20 ⁰С - 1, 356 г/см³. Нітратна кислота, потрапляючи на шкірний покрив або слизові оболонки, викликає опіки. Тваринні і рослинні тканини під дією нітратної кислоти руйнуються.

Пари нітратної кислоти, аналогічно оксидам азоту, викликають подразнення дихальних шляхів, задуху, руйнування зубів, при попаданні в очі викликає важкі опіки аж до омертвляння рогівки ока. Пари нітратної кислоти отруйні навіть при малих концентраціях, при великих концентраціях викликають задуху.

Гранично - допустима масова концентрація парі нітратної кислоти (ГДК) в робочій зоні виробничих приміщень - 2 мг/м³.

Кислота нітратна неконцентрована повинна відповідати вимогам, наведеними в таблиці 1.2.1

Таблиця 1.2.1

Основні вимоги для неконцентрованої нітратної кислоти

№	Найменування показника	Норма
1.	Зовнішній вигляд	Безбарвна або жовта рідина без механічних домішок.
2.	Масова доля нітратної кислоти, %, не менше	58
3.	Масова доля оксидів азоту(у перерахунку на N2O4), %, не більше	0, 15
4	Масова доля залишку після проколювання, %, не більше	0, 02

Таблиця 1.2.2

Характеристика початкової сировини, матеріалів і напівпродуктів

№ з/п	Найменування сировини, матеріалів і напівпродуктів	Міждержавний, державний або галузевий стандарт технічні умови регламент або методика	Показники, обов'язкові для перевірки (найменування і одиниця виміру)	Показники, які регламентуються з допустимими відхиленнями
1.	2.	3.	4.	5.
Сировина
1.	Аміак рідкий технічний	ГОСТ 6221-90 марка А	Масова частка аміаку, %, не менше Масова частка вологи, % Масова концентрація олії, мг/дм3 Масова концентрація заліза, мг/дм3	99, 9 Не більше 0, 1 Не більше 2 Не більше 1
2.	Повітря атмосферне		Масова доля пилу, мг/м3	Не більше 0, 007
Допоміжні матеріали
1.	Сітки каталізаторні з металів платинової групи		Приймаються по паспорту заводу – виробника
2.	Мастило турбінне марки Т-22,	ГОСТ 32-82 з змін. 1-4	Приймаються по паспорту заводу - виробника
3.	Мастило компресорне марки КП-8с	ТУ 38. 101543	Питома вага при 200С, г/дм3 в'язкість кінематична при 1000С, вміст водорозчинних кислот і лугів вміст механічних домішок Вміст води Температура спалаху у відкритому тиглі, 0С	Не більше 0, 885 6, 5 – 9, 0 Відсутність Відсутність Відсутність Не нижче 200
4.	Волокно марки БВ 6/В	ГОСТ 10727-91	Приймаються по паспорту заводу-виробника
5.	Склотканина марки СТФ(5)	ГОСТ 10146-74 з змін. 1-3	Приймаються по паспорту заводу-виробника (перед застосуванням прожарити)
6.	Природний газ	ГОСТ 5542-87
7.	Вода знесолена	СТП 3-61-2003	Масова концентрація хлорид-іонів, мг/дм3 Каламутність рН середовища	Не більше 0, 3 Відсутність 5, 5-7, 5
8.	Конденсат паровий	СТП 6-52-96	Молярна концентрація еквівалентів жорсткості, мкмоль/дм3	Не більше 15
Енергетичні ресурси
1.	Електроенергія	Регламент цеху електропостачання	1. Змінний струм: частота, Гц напруга, В 2. Постійний струм: напруга, В	50 6000, 380, 220 220