Факторы, влияющие на работу концентрационной колонны

1. Увеличение подачи острого пара:

   1. вызывает уменьшение концентрации НNO₃ и Н₂SO₄;

   2. повышается температура в зоне ввода купоросного масла за счет теплоты разбавления Н₂SO₄ и теплоты конденсации пара, что ведет к ускоренному испарению Н₂О и разбавлению НNO₃;

   3. температура в нижней части колонны почти не изменяется, т.к. здесь выделяется лишь тепло перегрева (температура снижается с 230 С до 100 С), а его немного.

2. Увеличение подачи купоросного масла:

   1. приводит к образованию тройной смеси с большей поглотительной способностью воды, что вызывает увеличение температуры на тарелках ниже ввода купоросного масла. Это ведет к увеличению содержания НNO₃ в парах;

   2. концентрация Н₂SO₄ в месте ввода увеличивается, что приводит к увеличению содержания НNO₃ в парах;

   3. концентрация отработанной Н₂SO₄ увеличивается.

3. Увеличение подачи пара в испаритель:

   1. вызывает увеличение температуры во всей колонне;

   2. в связи с п. а): увеличивается упругость паров воды и снижается концентрация НNO₃;

   3. уменьшается содержание оксидов азота в кислоте;

   4. концентрация отработанной Н₂SO₄ возрастает и уменьшается содержание в ней нитрозы.

4. Уменьшение подачи разбавленной азотной кислоты:

   1. приводит к повышению температуры по всей высоте колонны;

   2. из п. а): следует увеличение упругости паров воды и разбавление продукционной НNO₃, укрепление Н₂SO₄, снижение содержания в ней нитрозы (т.е. те же особенности, что и в п.3).

5. Увеличение концентрации разбавленной НNO₃:

   1. вызывает уменьшение температуры по всей высоте колонны;

   2. возрастает концентрация НNO₃;

   3. возрастает концентрация Н₂SO₄;

   4. увеличивается содержание NO_x в НNO₃ и нитрозы в Н₂SO₄.

Температура в колонне уменьшается вследствие уменьшения прихода тепла от разбавления Н₂SO₄ водой и увеличении расхода тепла на испарение моногидрата НNO₃.

6. Уменьшение подачи охлаждающей воды в конденсатор:

   1. приводит к возрастанию температуры в верхней части колонны (в зоне отдувки) от более горячего орошения;

   2. способствует уменьшению содержания N₂O₄ в продукционной кислоте;

   3. нагрузка абсорбционной системы возрастает, а концентрация продукционной кислоты снижается.

Из приведенных замечаний следует, что температура имеет решающее значение для процесса концентрирования НNO₃.

8.2. Концентрирование азотной кислоты с применением нитрата магния

Использование в процессе концентрирования HNO₃ серной кислоты достаточно эффективно, однако, применение ее в системах с выпаркой воды из отработанной Н₂SO₄ дымовыми газами приводит к загрязнению воздушного бассейна сернокислотным туманом, эффективная очистка от которого в настоящее время в промышленности не реализована. Это является основной причиной замены Н₂SO₄ другими водоотнимающими агентами.

Водоотнимающая способность единицы массы чистого вещества, исходя из равновесных зависимостей, соответствует следующему ряду:

Al(NO₃)₃>Fe(NO₃)₃>Mg(NO₃)₂>Ni(NO₃)₂>Н₂SO₄>LiNO₃>Al₂(SO₄)₃>

Zn(NO₃)₂>Ca(NO₃)₂>Н₃РO₄>Cd(NO₃)₂>NaNO₃>KNO₃.

Таким образом, видно, что использование в качестве дегидратирующих агентов растворов нитратов алюминия, железа и магния для концентрирования НNO₃ более эффективно, чем Н₂SO₄. При этом получается продукт высокой чистоты без токсичных выбросов (отсутствует сернокислотный туман).

Однако, учитывая низкую термическую устойчивость растворов нитратов алюминия и железа на первый план выдвигаются нитраты магния и цинка, которые можно концентрировать из отработанных растворов при температурах выше 100 С, что экономически и технологически выгодно.

Следует заметить, что применение в промышленном масштабе в качестве дегидратирующего агента Zn(NO₃)₂ ограничено его высокой токсичностью (ПДК для цинка и его соединений в рыбохозяйственных водоемах составляет 0,01 мг/л, в то время как для соединений магния – 50 мг/л).

Таким образом, наиболее подходящим водоотнимающим агентом, с учетом указанных ранее требований, является Mg(NO₃)₂, который и нашел практическое применение.

Как мы уже говорили применение водоотнимающего агента основано на взаимодействии его с водой и понижении парциального давления водяного пара в тройной системе. Только в этом случае мы можем получить содержание НNO₃ в паровой фазе выше, чем в точке азеотропа.