2789.Химическая технология неорганических веществ. Книга 1
.pdfПлав |
В настоящее время процессы с жидкост |
||||||
|
|
ным рециклом получили наибольшее распро |
|||||
|
|
странение. По ним газы дистилляции абсор |
|||||
|
|
бируют водой, а образовавшиеся концентри |
|||||
|
|
рованные растворы карбонатов аммония воз |
|||||
|
|
вращают на получение карбамида. Наиболее |
|||||
|
|
совершенными считаются |
процессы, |
согласно |
|||
|
|
которым дистилляцию плава, т.е. разложение |
|||||
|
|
карбамата аммония и отгонку аммиака, произ |
|||||
|
|
водят в токе аммиака или диоксида углерода |
|||||
|
|
при давлении синтеза |
карбамида. |
|
|||
|
|
П о л у ч е н и е к а р б а м и д а с п о л - |
|||||
й |
й |
н ы м ж и д к о с т н ы м |
р е ц и к л о м . Один |
||||
|
|
из вариантов получения карбамида с двухсту |
|||||
|
|
пенчатой дистилляцией плава и жидкостным |
|||||
|
|
рециклом приведен на рис. 10.49. |
|
||||
|
|
Газообразный диоксид углерода, |
получен |
||||
|
|
ный в качестве отхода в процессе очистки азо |
|||||
|
|
товодородной смеси, |
предварительно |
осушен |
|||
|
|
ный и очищенный от механических примесей, |
|||||
|
|
от сульфида водорода и сульфидсодержащих |
|||||
|
|
соединений, сжимается в четырехступенчатом |
|||||
|
|
компрессоре 1 до 20 МПа и при температуре |
|||||
|
|
95 — 100° С направляется |
в смеситель 6. Од |
||||
|
|
новременно в смеситель плунжерным насосом |
|||||
|
|
3 подается жидкий аммиак под давлением 20 |
|||||
|
|
МПа с температурой 90° С, а плунжерным на |
|||||
|
|
сосом |
7 — раствор |
карбонатов |
аммония |
||
|
Реагенты |
(/»95° С), в виде которого возвращаются в сис |
|||||
|
тему аммиак и диоксид углерода. В процессе |
||||||
Рис. 10.49. Колонна |
|||||||
перемешивания компонентов в смесителе при |
|||||||
синтеза карбамида: |
175° С начинается образование карбамата аммо |
||||||
1 — корпус |
колонны; 2 — фу |
||||||
теровка; 3 — коллектор конт |
ния, после чего реакционная масса [молярное |
||||||
роля футеровки; 4 — решетки; |
отношение М^СС^НгО = (3,8-И,5):1:(0,5-г-0,8)] |
||||||
5 — крышка; |
6 — штуцер для |
поступает в колонну синтеза 5, в которой при |
|||||
термопары |
180—230° С и давлении 12—25 МПа заверша ется образование карбамата аммония и его разложение до карбамида.
Колонна синтеза карбамида (рис. 10.49) представляет собой по лый цилиндрический аппарат со сферическим днищем, изготовлен ный из углеродистой низколегированной стали. Соприкасающиеся с плавом внутренние поверхности аппарата защищены листовой хромоникельмолибденовой сталью Х17Н16МЗТ или титаном. Многослой ный корпус высокого давления (25 — 30 МПа) изготовляется из лис товой углеродистой стали. Для контроля за состоянием футеровки в
относительно низкой температуре и, главное, предотвращает гидро лиз карбамида.
Один из видов стриппинг-процесса (рис. 10.50) включает синтез карбамида под давлением 13 МПа и 180— 190° С в реакторе-автокла ве б, разделенном 8— 10 ситчатыми перегородками для предотвраще ния продольной циркуляции реакционной массы в процессе подачи в аппарат свежего жидкого аммиака и водно-аммиачного раствора кар бамата аммония (/-170° С) из конденсаторов высокого давления 5 и 7. За период прохождения реакционной массы через автоклав (45—60 мин) достигается 90—95%-ная степень приближения к рав новесию. Выходящий из реактора плав при том же давлении (13 МПа) подвергают дистилляции в теплообменнике-дистилляторе 3, обогреваемом паром (2,5 МПа) с помощью свежего СОг, к которому добавляют воздух для подавления коррозии аппаратуры. Газы из дис тиллятора направляют в поверхностный конденсатор высокого давле ния 7, в котором под давлением синтеза образуется основное количе ство раствора карбонатов аммония, возвращаемое в колонну синтеза, и пар низкого давления (0,35 МПа). В конденсатор 7 центробежным насосом подают некоторое количество раствора карбамата из конден сатора низкого давления 12. Степень конденсации за счет подачи во ды поддерживают на уровне 80% для обеспечения автотермичности
Рис 10.50. Принципиальная схема синтеза карбамида и дистилляции плава (стриппинг-процессы):
/, 11, |
14 — сепараторы; 2 — компрессор; 3 — теплообменник-дистиллятор; 4 — насосы; 5. 7 — кон |
||
денсаторы высокого давления; б — реактор; 8 |
— дроссельный клапан; 9 — ректификационная ко |
||
лонна; |
10 — подогреватель; 1 2 — конденсатор |
низкого |
давления; 13, 17 — сборники; 15 — десор- |
|
бер; 16 — теплообменник; |
18 — скруббер |
процесса синтеза. Плав из теплообменника-дистиллятора 3 дроссели руют до 0,3—0,4 МПа и направляют в узел дистилляции II ступени, работающей аналогично описанной выше.
П е р е р а б о т к а |
р а с т в о р а |
к а р б а м и д а |
в ц е л е |
|
в о й |
п р о д у к т |
(рис. 10.51). |
Из сборника |
1 фильтруют |
74—75%-ный раствор на ФПАКМ 2 для очистки его от механиче ских примесей. Отфильтрованный раствор из напорного сборника 3 поступает на двухступенчатое выпаривание. С целью предотвраще ния образования биурета процесс упарки ведут в выпарных аппара тах пленочного типа при минимально возможных температуре и про должительности процесса упарки сначала при остаточном давлении 20—40 кПа и 118— 125° С до концентрации 92—95%, а затем при 2,5—6,5 кПа и 135— 140° С до 99,5—99,8%.
Выпарной аппарат I ступени состоит из греющей камеры 4 и сепаратора 5 сокового пара. Выпарной аппарат II ступени 11 ротор ного типа. В вертикальной испарительной трубе аппарата, находя щейся в паровой рубашке, имеется ротор — вертикальный вал с ра диально расположенными пластинами. В процессе его вращения выпариваемый раствор распределяется по поверхности нагрева в виде тонкой пленки.
Ватмосферу
Рис. 10.51. Схема получения гранулированного карбамида:
I — сборник раствора карбамида; 2 — фильтр ФПАКМ; 5, 16—»напорные сборники; 4 — греющая
камера выпарного аппарата |
I ступени; 5 — сепаратор; 6 — сборник упаренного раствора; 7 — по |
|||||||
верхностный |
конденсатор; |
8 — брызгоуловитель; |
9 — вакуум-насос; 10 — барометрический бак; |
|||||
II — ретурный выпарной аппарат II ступени; |
12 — барометрический конденсатор; |
13 — пароструй |
||||||
ный эжектор; |
14— гранулирующая |
башня; |
15— гранулятор; 17— вентилятор; |
18 — ленточный |
||||
транспортер; |
19 — холодильник с |
кипящим |
слоем |
гранул; 20 — элеватор; |
21 — грохот; 22 — рас |
|||
|
творитель |
пыли |
и |
крупных гранул; 23 — центробежный |
насос |
|
ты (рис. 10.52). Данные по |
|
||||
плотности безводной азотной |
|
||||
кислоты |
в |
зависимости |
от |
|
|
температуры |
приведены |
на |
|
||
рис. 10.53. Для водных рас |
|
||||
творов |
плотность при |
20° С |
|
||
составляет 1,0543 (10%-ная |
|
||||
кислота), 1,1150 (20%-ная), |
|
||||
1,3100 |
(50%-ная), |
1,4134 |
|
||
(70%-ная), 1,4826 (90%-ная). |
|
||||
На рис 10.54 приведены дан |
|
||||
ные по |
общему давлению р |
Рнс. 10.52. Диаграмма кристаллизации |
|||
паров HNO3 и Н2О над кон |
системы NHO 3 — НгО |
||||
центрированной азотной |
кис- |
|
лотой при 0— 100° С, а на рис. 10.55 приведены данные по температу ре кипения азотной кислоты при атмосферном давлении, а также по составу жидкой и паровой фаз. На рис. 10.56 видно, что наибольшую вязкость имеет азотная кислота при концентрации 65%.
Азотная кислота — сильнейший окислитель. Под ее действием ме таллы (за исключением Pt, Rh, Ir, Nb, Zr, Та, Au) превращаются в ни
траты |
или |
оксиды. Сера |
|
|
||||
энергично |
окисляется |
в |
|
|
||||
H2SO4, фосфор — в Р2О5, а |
|
|
||||||
органические |
соединения |
|
|
|||||
окисляются |
и |
нитруются. |
|
|
||||
В разбавленной |
азотной |
|
|
|||||
кислоте |
стойки хромони |
|
|
|||||
келевые |
стали, |
титан, |
в |
|
|
|||
концентрированной — чис |
|
|
||||||
тый |
алюминий, |
высоко |
|
|
||||
кремнистый чугун, хромо- |
|
|
||||||
никелькремниевые |
стали. |
|
|
|||||
Титан |
в |
среде |
концентри |
|
|
|||
рованной кислоты, |
содер |
|
|
|||||
жащей растворенные окси |
|
|
||||||
ды |
азота, |
приобретает |
|
|
||||
пирофорные |
свойства. |
В |
|
|
||||
азотной |
кислоте |
любой |
|
|
||||
концентрации стойки стек |
|
|
||||||
ло, кварц, фторопласт-4. |
|
-30 -20 -10 |
0 10 20 30 40 |
|||||
Для практических целей |
||||||||
применяют |
30—60%-ные |
|
Температура, “С |
|||||
водные |
растворы |
азотной |
Рис. 10.53. Плотность безводной азотной |
|||||
кислоты или 97—99%-ные |
кислоты в |
зависимости от температуры |
P. |
НЫОъ% |
|
(масс.) |
||
мм pm. cm. |
||
|
ГОООт |
г 80 |
8 ~ - |
|
Рис. 10.54. Общ ее давление паров H N 0 3 и Н20 над концентрированной азотной
кислотой при 0— 100е С
растворы (концентрированная азотная кислота). Смесь концентриро ванных азотной и хлороводородной кислот (соотношение по объему 1:3) называется царской водкой, растворяющей даже благородные ме таллы. Смесь 100%-ной HNO3 и 96%-ной H2SO4 при их соотношении по объему около 9:1 называется меланжем.
Неконцентрированная азотная кислота применяется в основном в производстве нитрата аммония и сложных минеральных удобрений, нитратов натрия, калия, кальция, бария и др., а также в гидрометал лургии. Концентрированная азотная кислота используется в произ водстве взрывчатых веществ, серной и фосфорной кислот, ароматиче ских нитросоединений и красителей. Она входит в состав ракетного топлива. Азотная кислота применяется также для травления метал лов, полупроводниковых материалов и др.