Содержание

1. Введение. Понятие энерготехнологической системы

2. Сырьевая база производства

3.Стадии производства и их физико-химические особенности

1) Конверсия аммиака

2) Окисление оксида азота (II

3) Абсорбция оксида азота (IV

4. Различные энерготехнологические системы, используемые для производства

1) Системы, работающие при повышенном давлении

Аппаратура систем, работающих при повышенном давлении

2) Система «АК-72

3) Система, производящая азотную кислоту по методу Кюльмана

4) Система, работающая под давлением 2,5 ÷ 5,5 ат

5. Технико-экономическое сопоставление различных способов производства (пример)

6. Оптимизация производства азотной кислоты (пример

Список использованных материалов

1. Введение. Понятие энерготехнологической системы.

В химико-технологических системах для протекания различных процессов, как правило, требуются значительные энергетические и материальные затраты. Однако зачастую выходные потоки имеют значительный запас энергии, представленной в том или ином виде (например, внутренней энергии, т.е. тепла), а также запас неиспользованного сырья или продуктов, которые можно в какой-либо ступени эффективно использовать, в том числе в самой системе. Естественно, что в этом случае экономически более рентабельно использовать эту энергию и продукты, снизив таким образом затраты. Поскольку химико-технологические системы обычно рассчитаны на многолетний период работы, за этот период экономия в любом случае окажется значительной.

Однако полной компенсации затрат по энергии добиться практически невозможно. Это обуславливается несколькими причинами. Во-первых, часть энергии необратимо теряется из-за термодинамической необратимости протекающих процессов. Например, необратимыми являются затраты на преодоление гидравлического сопротивления потоков в аппаратах и трубопроводах. Также часть теплоты теряется из-за общих тепловых потерь, к которым относятся испарение как средство поддержания температурного режима (например, в градирнях), естественные потери через стенки емкостей, сосудов и труб, вывод тех тепловых потоков, использование которых невыгодно и/или технологически невозможно. Для компенсации этих потерь можно использовать энергетический узел, потребляющий топливо.

Химико-технологическая система (ХТС), включающая энергетический узел, потребляющий топливо и вырабатывающий энергию для компенсации необратимых потерь с целью поддержания технологического режима и обеспечения функционирования системы, называется энерготехнологической системой. Такая система не потребляет энергию извне, она является энергетически автономной. Энергетический узел, компенсирующий потери энергии за счёт подводимого топлива, называется подсистемой ХТС.

В производстве азотной кислоты активно используются различные энерготехнологические схемы уже много лет. [3]

2. Сырьевая база производства.

Основным сырьем для производства неконцентрированной азотной кислоты в настоящее время являются аммиак, воздух и вода. Вспомогательными материальными и энергетическими ресурсами являются катализаторы окисления аммиака и очистки выхлопных газов, природный газ, пар.

Аммиак. В обычных условиях представляет собой безцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде и других растворителях, образует геми- и моногидраты. Поворотным этапом в развитии производства синтетического аммиака явилось применение главенствующего сейчас в промышленности метода получения водорода конверсией метана, содержащегося в природном газе, в попутных нефтяных газах и продуктах нефтепереработки.

Содержание примесей в жидком аммиаке регламентируется ГОСТ 6221-82. Наиболее типичными примесями являются вода, смазочные масла, катализаторная пыль, окалина, карбонат аммония, растворенные газы (водород, азот, метан). При нарушении ГОСТ содержащиеся в аммиаке примеси могут попасть в аммиачно-воздушную смесь и снизить выход оксида азота(II), а водород и метан могут изменить пределы взрываемости АВС.

Воздух.Для технических расчетов принимают, что сухой воздух содержит [%,об]: N2 - 78,1, О2 - 21,0, Ar2 - 0,9; Н2О- 0,12,8.

В воздухе могут присутствовать также следы SO2, NH3, CO2. В районе промышленных площадок воздух загрязнен пылью различного происхождения, а также разнообразными компонентами неорганизованных газовых выбросов (SO2, SO3, H2S, С2H2, Cl2 и др.). Количество пыли в воздухе составляет 0,5-1,0 мг/м3.

Вода. Используется в производстве азотной кислоты для орошения абсорбционной колонны, для выработки пара при утилизации тепла в котлах-утилизаторах, для охлаждения реакционных аппаратов. Для абсорбции оксидов азота используют чаще всего паровой конденсат и химически очищенную воду. В некоторых схемах разрешено применять конденсат сокового пара аммиачной селитры. В любом случае вода, используемая для орошения колонн, не должна содержать свободного аммиака и твердых взвесей, содержание хлорид-иона должно быть не более 2мг/л, масла не более 1мг/л, NH4NO3-не более 0,5 г/л. Химически очищенная вода для котлов-утилизаторов должна соответствовать требованиям ГОСТ 20995-75.

Техническая вода, предназначенная для отвода тепла в теплообменниках и охлаждения оборудования (оборотная вода), должна соответствовать следующим требованиям:

Жесткость карбонатная, мэкв/кг Не более 3,6

Содержание взвешенных веществ, мг/кг Не более 50

pH 6,5-8,5

[5]

3. Стадии производства и их физико-химические особенности.

1) Конверсия аммиака.

Окисление аммиака кислородом воздуха без катализатора возможно только до N2. При каталитическом окислении протекают следующие реакции:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; ΔH = -946 кДж (1)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O; ΔH = -1328 кДж (2)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O; ΔH = -1156 кДж (3)

Помимо этих, могут также протекать и побочные реакции:

4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O (4)

2NH3 = N2 + H2 (5)

2NO = N2 + O2 (6)

Технологическое значение имеет лишь реакция (1), а реакция (2) характеризуется наибольшей термодинамической вероятностью, не считая побочные. Однако вероятность реакции (1) с ростом температуры с 298 до 1173 К возрастает почти вдвое, а реакции (2) – почти не меняется. Реакции протекают с большой скоростью, почти до конца. Теплоты, выделяемой при реакции, вполне достаточно для автотермичности процесса.

Катализаторы должны обладать высокой селективностью по отношению к реакции (1). Наиболее селективен и активен для данной реакции сплав платины с палладием и родием. Процесс гетерогенно-каталитический, лимитируется диффузией NH3 к поверхности катализатора.