1 лекция. Химиялық технологияның жалпы түсініктері
жүктеу/скачать 3,64 Mb.
|
хим тех лекция
| 3 лекция. Күкірт қышқылының өндірісі
ДҮНИЕ ЖҮЗІНДЕ ЖЫЛ САЙЫН 100 МЛН. ТОННАДАН АСТАМ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ ӨНДІРІЛЕДІ. ОНЫҢ НЕГІЗГІ МӨЛШЕРІ МИНЕРАЛДЫ ТЫҢАЙТҚЫШТАР ӨНДІРУГЕ ЖӘНЕ МҰНАЙ МЕН МҰНАЙ ӨНІМДЕРІН ТАЗАРТУҒА ЖҰМСАЛАДЫ. СОНДАЙ-АҚ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ МЕТАЛЛУРГИЯДА, БОЯҒЫШТАР МЕН ПРЕПАРАТТАР, БАСҚА ҚЫШҚЫЛДАР МЕН ТҰЗДАР ӨНДІРІСІНДЕ, ЗЕРТХАНАЛЫҚ ТӘЖІРИБЕДЕ ТОТЫҚТЫРҒЫШ ЖӘНЕ СУСЫЗДАНДЫРҒЫШ РЕТІНДЕ ҚОЛДАНЫЛАДЫ. КОНЦЕНТРЛІ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ МЕН ОЛЕУМ НЕГІЗГІ ОРГАНИКАЛЫҚ СИНТЕЗ ӨНЕРКӘСІБІНДЕ ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫ СУЛЬФИРЛЕУ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАДЫ. ХИМИЯ ӨНЕРКӘСІБІ: 75% H2SO4 БАР МҰНАРА КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН; КУПОРОСТЫ МАЙ (92,5-94% H2SO4); ҚҰРАМЫНДА 18,5-24% КҮКІРТ АНГИДРИДІ SO3 БАР ОЛЕУМДІ ШЫҒАРАДЫ. КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН ӨНДІРУГЕ АРНАЛҒАН ШИКІЗАТ: КҮКІРТ КОЛЧЕДАНЫ FeS2 (ФЛОТАЦИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ҚАРАПАЙЫМ), ЭЛЕМЕНТАРЛЫ КҮКІРТ, МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ПЕШТЕРДЕН ШЫҒАТЫН ГАЗДАРЫНАН АЛЫНАТЫН КҮКІРТ ДИОКСИДІ, МҰНАЙ ӨҢДЕУ, КОКСТЫ ЖӘНЕ БАСҚА ГАЗДАРДАН АЛЫНҒАН КҮКІРТ СУТЕГІ. НЕГІЗГІ ШИКІЗАТ: ПИРИТ МИНЕРАЛЫНАН ЖӘНЕ ҚОСПАЛАРДАН ТҰРАТЫН КҮКІРТ КОЛЧЕДАНЫ БОЛЫП ТАБЫЛАДЫ. ТАЗА ПИРИТ FeS2 ҚҰРАМЫНДА 53,4% S және 46,6% Fe БАР. КОЛЧЕДАНДАҒЫ ҚОСПАЛАР КҮКІРТТІҢ МӨЛШЕРІН 35%-ҒА ДЕЙІН ТӨМЕНДЕТЕДІ. ТҮСТІ МЕТАЛДАРДЫҢ (МЫС ЖӘНЕ МЫРЫШ) СУЛЬФИДТІ КЕҢДЕРІНІҢ ФЛОТАЦИЯЛЫҚ БАЙЫТУ ПРОЦЕСІН КЕНІНЕН ЕНГІЗГЕННЕН КЕЙІН ҚҰРАМЫНДА КҮКІРТІ БАР ШИКІЗАТ РЕСУРСТАРЫ АРТТЫ. БҰЛ ПРОЦЕСТІҢ ҚАЛДЫҒЫ – 40%-ҒА ДЕЙІН S БАР ФЛОТАЦИОНДЫ КОЛЧЕДАН. ӨНЕРКӘСІПТЕ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН АЛУ ҮШІН ЕКІ НЕГІЗГІ ӘДІС ҚОЛДАНЫЛАДЫ: 250 ЖЫЛДАН АСТАМ ӨМІР СҮРГЕН НИТРОЗДЫ ЖӘНЕ 20 ҒАСЫРДЫҢ БАСЫНДА КЕҢ ТАРАҒАН КОНТАКТІЛІ. КОНТАКТІЛІ ӘДІС АНАҒҰРЛЫМ ПРОГРЕССИВТІ, ӨЙТКЕНІ ОЛ КОНЦЕНТРЛІ ТАЗА КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН, СОНЫМЕН ҚАТАР 20-60% ОЛЕУМ АЛУҒА МҮМКІНДІК БЕРЕДІ. КОНТАКТІЛІ ӘДІСІ ТӨРТ НЕГІЗГІ КЕЗЕҢДІ ҚАМТИДЫ. ҚҰРАМЫНДА КҮКІРТІ БАР КЕНДЕРДІ НЕМЕСЕ КҮКІРТТІ, КҮКІРТТІ СУТЕКТІ ЖАҒУ АРҚЫЛЫ КҮКІРТ ДИОКСИДІН АЛУ. КҮЙДІРЕТІН ГАЗДЫ ҚОСПАЛАРДАН ЖӘНЕ ЖАНАСАТЫН УЛАРДАН АРНАЙЫ ТАЗАРТУ. КҮКІРТТІ ГАЗДЫҢ КҮКІРТ АНГИДРИДІНЕ ДЕЙІН КОНТАКТІЛІ ТОТЫҒУЫ. КҮКІРТ АНГИДРИДІН СІҢІРУ ЖӘНЕ КОНЦЕНТРЛІ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ МЕН ОЛЕУМ АЛУ. КҮКІРТ ДИОКСИДІН АЛУ: ҚЫШҚЫЛДЫ ӨНДІРУ ӘДІСІНЕ ҚАРАМАСТАН, ӨНДІРІСТІҢ БІРІНШІ КЕЗЕҢІ ӘРҚАШАН КҮКІРТТІ ГАЗДЫ ӨНДІРУ БОЛЫП ТАБЫЛАДЫ. КҮКІРТ ДИОКСИДІ НЕ КОЛЧЕДАНДЫ КҮЙДІРУ АРҚЫЛЫ, НЕ КҮКІРТТІ, КҮКІРТТІ СУТЕКТІ ЖАҒУ АРҚЫЛЫ АЛЫНАДЫ. 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑ S+O2=SO2↑ 2H2S+3O2=2SO2↑+2H2O ТЕХНИКАДА КҮКІРТТІ ГАЗ ДЕП ҚҰРАМЫНДА 7-15% SO2 БАР ГАЗ ҚОСПАСЫН АТАЙДЫ. КҮКІРТТІ КОЛЧЕДАНДЫ КҮЙДІРУ ӘРТҮРЛІ КОНСТРУКЦИЯЛЫ ПЕШТЕРДЕ 850-1000 0С ТЕМПЕРАТУРАДА ЖҮРГІЗІЛЕДІ. ПЕШТЕР НЕГІЗІНЕН ЕКІ ТҮРГЕ БӨЛІНЕДІ: 1) ВХЗ ТИПТІ МЕХАНИКАЛЫҚ КӨП СӨРЕ ПЕШТЕРІ; 2) ҚАЙНАТЫЛҒАН (ҚАЛҚЫП ТҰРҒАН) ҚАБАТТА КОЛЧЕДАНДЫ КҮЙДІРУГЕ АРНАЛҒАН ПЕШТЕР. КҮКІРТТІ ЖАҒУ КОЛЧЕДАНҒА ҚАРАҒАНДА ҚАРАПАЙЫМ ЖӘНЕ ЖЕҢІЛ. КҮКІРТТІ ЖАҒУ ҮШІН АРНАЙЫ ФОРСУНКАЛЫ ПЕШТЕР ЕҢ КӨП ПАЙДАЛАНУДЫ ТАПТЫ. БҰЛ ПЕШТЕРДЕ ҚҰРАМЫНДА 18% ДЕЙІНГІ SO2 БАР ТАЗА КҮКІРТ ДИОКСИДІН АЛАДЫ. ҚЫШҚЫЛ ӨНДІРІСІНІҢ ЕКІНШІ КЕЗЕҢІ КҮКІРТ ДИОКСИДІН ШЛАК (ОГАРКА) ШАҢЫНАН ТАЗАРТУ БОЛЫП ТАБЫЛАДЫ. ГАЗДЫ ЦИКЛОНДЫҚ АППАРАТТАРДА, СОДАН КЕЙІН ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЛЕРДЕ ТАЗАРТАДЫ. ШАҢНАН ТАЗАРТЫЛҒАН КҮКІРТ ДИОКСИДІ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН НИТРОЗДЫ ӘДІСПЕН АЛУ ӨНДІРІСІНЕ БЕРІЛЕДІ. ЦИКЛОНДА ҮЛКЕН ШАҢ БӨЛШЕКТЕРІН МҰҚИЯТ ТАЗАЛАУ. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРДЕ ҰСАҚ ШАҢ БӨЛШЕКТЕРІН МҰҚИЯТ ТАЗАЛАУ. ҚЫШҚЫЛДЫ КОНТАКТ ӘДІСІМЕН АЛУ ҮШІН ГАЗ АРНАЙЫ ТАЗАРТУДЫ ҚАЖЕТ ЕТЕДІ. КҮКІРТ ДИОКСИДІН АРНАЙЫ ТАЗАРТУ: As2O3, SeO2 шаңдарынан, күкірт қышқылының буы және су қалдықтарынан жүргізіледі. АЛДЫМЕН 1-2 МҰНАРАЛАРДА КҮКІРТТІ ГАЗ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫМЕН ЖУЫЛАДЫ. БҰЛ МҰНАРАЛАРДА ШАҢНЫҢ НЕГІЗГІ БӨЛІГІ ЖӘНЕ ЖАРТЫЛАЙ МЫШЬЯК ПЕН СЕЛЕН ОКСИДТЕРІ, СОНДАЙ-АҚ ТҰМАНДЫ ҚЫШҚЫЛДЫҢ 20% ҰСТАЛЫНАДЫ. МЫШЬЯК ПЕН СЕЛЕННЕН ТОЛЫҚ ТАЗАРТУ, СОНДАЙ-АҚ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫНЫҢ ТАМШЫЛАРЫН БӨЛУ ҮШІН ГАЗДЫ ДӘЙЕКТІ ТҮРДЕ ДЫМҚЫЛ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРГЕ, ЫЛҒАЛДАНДЫРҒЫШ МҰНАРАҒА ЖӘНЕ ДЫМҚЫЛ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРГЕ (5) БАҒЫТТАЙДЫ. СОДАН КЕЙІН ГАЗДЫ 95-98% КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫМЕН АРНАЙЫ КЕПТІРУ МҰНАРАСЫНДА КЕПТІРЕДІ ЖӘНЕ ТУРБОКОМПРЕССОРМЕН КОНТАКТІЛІ АППАРАТҚА ЖІБЕРЕДІ. КҮКІРТ ДИОКСИДІНІҢ КОНТАКТІЛІ ТОТЫҒУЫ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН АЛУДЫҢ НЕГІЗГІ КЕЗЕҢІ БОЛЫП ТАБЫЛАДЫ. 2SO2+O2=2SO3+Q Бұл процесс гетерогенді катализдің мысалдарының бірі. Процесс қайтымды. Ле Шателье принципіне сәйкес реакцияның тепе-теңдігі температураның төмендеуімен және қысымның жоғарылауымен күкірт ангидридінің түзілуіне қарай ығысады. Процесс катализатор қатысында жүреді. Катализатор ретінде - V2O5. КҮКІРТ ДИОКСИДІНІҢ ТОТЫҒУЫ ӘРТҮРЛІ КОНСТРУКЦИЯЛАРДЫҢ КОНТАКТІЛІ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫНДА ЖҮЗЕГЕ АСЫРЫЛАДЫ. РЕАКЦИЯ 420-450С ТЕМПЕРАТУРАДА БАСТАЛАДЫ; ТЕМПЕРАТУРА 580-620С ДЕЙІН КӨТЕРІЛЕДІ. КҮКІРТ АНГИДРИДІНІҢ СІҢІРІЛУІ: КОНТАКТІЛІ ӘДІСІМЕН КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН АЛУДЫҢ СОҢҒЫ САТЫСЫ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН ТҮЗУ ҮШІН ГАЗ ФАЗАСЫНАН КҮКІРТ АНГИДРИДІН АБСОРБЦИЯЛАУ (СІҢІРУ) БОЛЫП ТАБЫЛАДЫ. 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑ S+O2=SO2↑ 2SO2+O2=SO3 SO3+H2O=H2SO4 ОЛЕУМДІ АБСОРБЕР ДЕП АТАЛАТЫН БІРІНШІ МҰНАРАДА (6) SO3 АНГИДРИДІ 18,5% ОЛЕУММЕН, МОНОГИДРАТТІ АБСОРБЕР ДЕП АТАЛАТЫН ЕКІНШІ МҰНАРАДА (7) 98,3% КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫМЕН ЖҰТЫЛАДЫ. КЕПТІРГІШ МҰНАРА СУ БУЫНАН ЫЛҒАЛДАНДЫРУ (КЕПТІРУ) ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАДЫ. ЖЫЛУ АЛМАСТЫРҒЫШ ТАЗАРТЫЛҒАН КҮЙДІРІЛГЕН ГАЗ КОНТАКТІЛІ АППАРАТЫНАН ШЫҒАТЫН ГАЗДАРДЫҢ ЖЫЛУЫ АРҚЫЛЫ КОНТАКТІЛІ АППАРАТЫНА КІРЕР АЛДЫНДА ҚЫЗДЫРЫЛАДЫ. КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ ӨНДІРІСІНІҢ НИТРОЗДЫ ӘДІСІ. ӘДІСТІҢ МӘНІ: ШАҢНАН ТАЗАРТЫЛҒАН КҮЙДІРІЛГЕН ГАЗДЫҢ ҚҰРАМЫНДА БОЛАТЫН КҮКІРТ ДИОКСИДІ СУДЫҢ ҚАТЫСЫНДА АЗОТ ОКСИДТЕРІ АРҚЫЛЫ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫНА ДЕЙІН ТОТЫҒАДЫ. ПРОЦЕСС МҰНАРАЛАРДА ЖҮРЕДІ ЖӘНЕ МҰНАРАЛЫҚ ТӘСІЛ ДЕП АТАЛАДЫ. МҰНАРАЛАРДА КҮРДЕЛІ АБСОРБЦИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ДЕСОРБЦИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР ЖҮРЕДІ. 1. ДЕНИТРАТОР-МҰНАРАДА НИТРОЗИЛКҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫНЫҢ ГИДРОЛИЗІ ЖҮРЕДІ HSNO5+H2O→H2SO4+HNO2 – Q 2. СОНЫМЕН ҚАТАР, КҮКІРТТІ ГАЗДЫҢ СУМЕН ӘРЕКЕТТЕСУІ ЖҮРЕДІ, НӘТИЖЕСІНДЕ КҮКІРТТІ ҚЫШҚЫЛ ТҮЗІЛЕДІ. SO2+H2O→H2SO3+Q 3.КҮКІРТТІ АНГИДРИДТІҢ ТОТЫҒУЫ СҰЙЫҚ ФАЗАДА ЖҮРЕДІ H2SO3(С)+2HNO2(С) →H2SO4+2NO +H2O ӨНІМДІЛІК МҰНАРАЛАРДА ДЕСОРБЦИЯЛАНҒАН АЗОТ (ІІ) ОКСИДІ ТОТЫҚТЫРҒЫШ МҰНАРАҒА ЖІБЕРІЛЕДІ. БҰЛ МҰНАРАДА АЗОТ (ІІ) ОКСИДІ, АЗОТ (ІҮ) ОКСИДІНЕ ДЕЙІН ТОТЫҒАДЫ. 2NO+O2→2NO2+Q ТОТЫҚТЫРУ НӘТИЖЕСІНДЕ 1:1 ҚАТЫСЫНДАҒЫ АЗОТ ОКСИДТЕРІНІҢ ҚОСПАСЫ АЛЫНУ КЕРЕК ЖӘНЕ АЗОТТЫ АНГИДРИД ТҮЗІЛУ ТИІС NO2+NO→N2O3+Q АБСОРБЦИОНДЫ МҰНАРАЛАРДА АЗОТ ОКСИДТЕРІНІҢ СІҢІРУІ БОЛАДЫ ЖӘНЕ НИТРОЗИЛКҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ ТҮЗІЛУ РЕАКЦИЯСЫ ЖҮРЕДІ N2O3+2 H2SO4→ 2HSNO5+ H2O+Q НИТРОЗИЛКҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫ КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫНДА ЖАҚСЫ ЕРИДІ ЖӘНЕ НИТРОЗАНЫ ТҮЗЕДІ. ҚР күкірт қышқылы өндірісі Қызылорда облысы, Жаңақорған ауданы, Кейден ауылы. СКЗ-И күкірт қышқылын өндіретін зауыт. Өндіріс орны 2007ж құрылды. Кәсіпорын 2011ж пайдалануға берілді. №4 лекция Аммиак өндірісі Аммиак азот қышқылын, аммиак селитрасын, мочевинаны, аммоний сульфатын, сұйық тыңайтқыштарды алу үшін қолданылады. Сонымен қатар, медицинада, тоңазытқыш техникада қолданылады. Синтетикалық аммиак өндірісінің негізгі шикізаты азот пен сутегі. Қазіргі уақытта сутегі мен азот сутекті қоспасын алу үшін табиғи газды қолданады. Ал азоттың негізгі көзі - ол атмосфералық ауа. Азот сутекті қоспаны дайындау үшін азотты ауаны сұйылту әдісімен алады. Екіншілік ректификация әдісі қолданылады. Атмосфералық қысым астында азот t=-195,8°C температурада, оттегі t=-183°C температурада қайнайды. Температура айырмасы -12,8°С. Сутегінің алу әдістері 1) метанның конверсиясы (не оның газ тәрізді гомологтары), метанның су буымен конверсиясы; 2) көміртегі (ІІ) оксидінің су буымен конверсиясы; 3) судың электролизі; 2H2O=2H2↑+O2↑ (Катод) 2H+ +2e→H°2 (Анод) 2O-2 -4e→O°2 4) кокс газының бөлінуі. Әдістің бірімен алынған газдар нақты қатынаста араластырылады және аммиак синтезіне жіберіледі. N2:H2=1:3 Азот сутекті қоспаның метан конверсиясымен алынуы келесіге негізделген: метанның су буымен, оттегімен және түзілген СО2 мен әрекеттесуіне негізделген: CH4+H2O=CO+3H2+207кДж (а) CH4+0,5O2=CO+H2+35кДж (б) CH4+CO2=2CO+2H2-248кДж (в) а реакциясында метанның көп мөлшерде конверсиясы жүреді. Каталитикалық реакция. Ni катализатор. t=1000-1050°C жүреді. Әр реакцияда түзілген СО су буымен әрі қарай тотығады: CO+H2O=CO2+H2+41кДж (г) Бұл реакция катализатор қатысында жүреді. Fe катализатор. t=470-520°С жүреді. CH4+2H2O=CO2+4H2-166кДж (д) - метанның сумарлы реакциясы. а-в конверсияның бірінші сатысы. г конверсияның екінші сатысы. Түзілген азот сутекті газды белгілі қысымға дейін қысады. Көміртегі оксидтерінен және күкірт сутегінен тазартады да, синтез колоннасына жібереді. Аммиак синтезінің теориялық негізі N2+3H2=2NH3+112 кДж Аммиак синтезінің теориялық негізінде ең алдымен процестің жылдамдығының технологиялық параметрлерге тәуелділігін зерттейді және реакция тепе-теңдігінің тәуелділігін қарастырады. Аммиак синтезінің процесінің негізінде қайтымды экзотермиялық реакция жатыр. Ле-Шателье ұстанымы бойынша тепе-теңдік аммиактың түзілу бағытына ығысады. Төмен температурада жүргізеді, қысымды арттырады. Аммиактың шығымы температураны төмендеткен жағдайда артады. Бірақ бұл жағдайда катализ процесінің жылдамдығы төмендейді. Жоғары температурада азот молекулаларын активті энергетикалық тосқауылы жоғары болады және аммиактың түзілуі өте баяу жүреді. Активация процесінің энергиясын төмендету үшін синтезді қатты катализаторда жүргізеді t=400-500°C. Қазіргі уақытта өнеркәсіпте әртүрлі метал катализаторлар қолданылады. Соның ішінде Pt,Ro,Ni,Fe. Ең арзаны және тиімдісі темір. Al2O3, H2O, CaO және SiO2 белсендірілген түрде қолданылады. Аммиактың түзілу процесіне катализатордың зонасында газдардың болу уақыты әсер етеді. Аммиак синтезі типтік, циклдік процесс. Циклдік процестерде көлемдік жылдамдық артады. Аммиак синтезінің өнеркәсіптік тәсілдері Өнеркәсіпте қолданатын қысымға байланысты аммиак синтезін келіс тәсілдермен жүргізеді: 1) төмен қысымда 100-150Атм 2) орта қысымда 250-360 Атм 3) жоғары қысымда 450-1000 Атм Үш тәсілдің ішінде ең тиімдісі процесті орташа қысымда жүргізу. Дайындалған азот сутекті қоспаны N2:H2=1:3 қатынаста синтез колоннаға жібереді. Колоннадан шығатын азотты сутекті қоспаның құрамында 15-18% аммиак болады. Аммиак сулы тоңазытқышқа және сепараторға жіберіледі. Сепараторда конденсацияланған аммиактың көп бөлігі бөлініп шығады. Сепаратордан әрекеттеспей қалған азот-сутекті қоспа циркуляциялық компрессорға жіберіледі. Бұл компрессорда әрекеттеспей қалған азот-сутекті қоспа жаңа азот сутекті қоспаның порциясымен әрекеттеседі. Фильтр арқылы аммиакты тоңазытқышқа жіберіледі. Аммиактың тоңазытқышта газ қоспасынан аммиактың қалған бөлігі конденсацияланады. Әрі қарай азот-сутекті қоспа қайтадан синтез колоннасына жіберіледі. Цикл аяқталады. Жоғары қысым астында аммиак синтезі Синтез 500-550°С температурада жүргізіледі және өте жоғары газдың көлемдік жылдамдығында жүреді 4500-6000 нм3/сағ. Әрекеттескен газдың құрамында аммиактың мөлшері 20-26% құрайды. Ерекшелігі: аммиактың конденсациясы тек қана бір сулы тоңазытқышта жүргізіледі. ҚР аммиак өндірісі "ҚазАзот" Қазақстандағы аммиак және аммиак селитрасын өндіретін жалғыз кәсіпорын. 1959ж құрылған. ҚР Маңғыстау облысы, Ақтау қаласында орналасқан. Аммиак синтез колоннасы Синтез колоннасц синтетикалық аммиак өндіруге арналған қондырғының негізгі, ең маңызды аппараты болып табылады. Ол болаттан жасалады. Болатқа енетін сутегінің әсерінен жоғары температурада болатты көмірсіздендіру қауіпті. Аммиак синтезі колоннасының қамтамасы хром-ванвдийлі болаттан жасалған. Синтез колоннаның ішкі құрылғысы әдетте қос жылу алмасу түтіктері бар құбырлы контактілі аппарат түрінде жасалады. Колонна қабырғасының қалыңдығы 176-200 мм, биіктігі 12-20м болатын цилиндр болып табылады. Қазіргі колоннада ішкі диаметрі 1,0-2,8 м. Колонна тігінен орналасқан. Жоғарғы және төменгі бөліктері фланецтермен күшейтілген болат қақпақтармен жабылған. Орташа қысымды колоннада жоғары бөлігінде катализатор қорабы, ал төменгі бөлігінде автотермиялық процесті қамтамасыз ететін жылу алмастырғыш орналасқан. Колонна корпусында жылу оқшаулағыш бар. Ол колоннаның ішкі және сыртқы беттері арасындағы температура айырмашылығынан туындайтын дене қабырғасында жылу кернеулері пайда болу мүмкіндігін болдырмайды. Азот-сутек қоспасы синтез колоннасына жоғарыдан түсіп, негізгі корпус қабырғалары мен катализатор қорабы арасындағы сақиналы кеңістікте төмен өтіп, колонна корпусын қылудан сақтайды және жылу алмастырғыштың сақиналы кеңістікте төменнен жоғары қарай түседі. Содан кейін орталық құбыр арқылы катализатор қабатына батырылған қос құбырларға түседі. Катализатор қабатындағы гидродинамикалық режим идеалды орын ауыстыруға жақын, ал температуралық режим әдетте изотермиялық. №5 лекция Азот қышқылының өндірісі Химиялық өндіріс азот қышқылының екі түрін шығарады: сұйытылған HNO3 (45-55%) және конц HNO3 (96-98%). Сұйытылған қышқылды негізінде азотты минералды тыңайтқыштар өндірісінде қолданылады (өте көп мөлшерде аммиакты селитраны алу үшін қолданылады). Концентрлі азот қышқылы жарылғыш заттар өндірісінде, синтетикалық бояғыш, пластикалық массалар, дәрілік препараттар және басқа маңызды өнімді алу үшін қолданылады. Өнеркәсіптік жағдайда сұйытылған HNO3-ті 3 тәсілмен алады: 1. Атмосфералық қысым астында 2. Р=6-8 атмосфер алады 3. Комбинирленген 1ші тәсіл бойынша 2 сатысында, яғни аммиактың тотығуы және азот оксидтерінің сумен сіңірілуі атмосфералық қысым астында жүргізіледі. Бұл тәсіл төмен энергиялық шығымымен және оңай, қарапайым құрал жабдықтармен сипатталады. Кемшілігі сіңіргіш мұнараларға қаражат көп кетеді, өйткені олар өте үлкен. 2ші тәсіл бойынша аммиактың тотығу және азот оксидтерінің сумен сіңірілуі Р=6-8 атмосфер тең болғанда жүргізіледі. Бұл тәсіл аппараттардың жоғары өнімділігімен және түзілген HNO3 тің жоғары концентрациямен сипатталады. Кемшілігі ол өте жоғары энергиялық шығымын талап етеді және платинаның жоғары мөлшері қажет болады. 3ші тәсіл комбинирленген әдіс. Бұл әдісте аммиактың тотығуы атмосфералық қысым астында жүргізіледі. Ал азот оксидтерінің тотығуы мен сіңірілуі жоғары қысым астында жүргізіледі. Бұл тәсілде 2 әдістің артықшылығы ескеріледі. 1сі платинаның төмен жұмсалуы, 2сі аппараттардың жоғары өнімділігі. Азот қышқылы өндірісінің физико-химиялық негізі Сұйытылған азот қышқылының өндірісі аммиактан алынады және 3 сатыда тұрады. 1. Аммиактың контактілі тотығуы, нәтижесінде азот оксидтері түзіледі: 4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q (1) Катализатор ретінде платина мен родий балқымалы қолданылады. Платиналық емес катализаторлар қолданылады. Олар арзан: темір, хром, кобальт оксидтерінің негізіндегі катализаторлар. Негізгі реакциямен қатар аммиактың тотығуында келесі қосымша реакциялар жүруі мүмкін 2NH3+2O2=N2O+3H2O+Q (2) 4NH3+3O2=2N2+6H2O (3) 1ші реакция бойынша 800°С температурада аммиактың 97-98% тотығады. Ал 3ші реакция бойынша 2-3% тотығады. Аммиактың азоттың (ІІ) оксидіне дейін максималды тотығуы дәрежесі келесі оптималды жағдайда жүреді: 1) газдың температурасы 800°С болуы керек 2) газдың қоспадағы аммиак концентрациясы көлем бойынша 10-12% құрайды 3) аммиакты ауа-қоспаның катализатормен әрекеттесу уақыты 0,0001-0,0002 с құрайды 4) аммиакты қоспаны каталитикалық улы заттардан тазарту. Каталитикалық улы заттар (фосфин РН3, күкіртті сутегі Н2S және т.б). Сондықтан контактілі әдіске жетпей тұрып аммиак қоспасы таза болуы керек. Азоттың ІІ оксидінің NO максималды шығымы компоненттердің келесі молярлық қатынасында болады. NH3:O2=1:1,8-2 2 сатысы. Азоттың ІІ оксидінің азоттың ІҮ оксидіне дейін тотығуы және азоттың ІҮ оксидінің жартылай полимеризациясына ұшырайды 2NO+O2=2NO2+Q(112) (4) 2NO2=N2O4+Q(57) (5) Азоттың ІІ оксиді мен азоттың ІҮ оксиді бір-бірімен әрекеттесіп азотты ангидридті түзеді NO+NO2=N2O3+83кДж (6) 1ші және 2ші сатысында аммиактың тотығу процесінде түзілген газдар нитрозалық газдар деп аталады. Нитрозалық газдың құрамында w(NO)=10-11%, молекулярлы азот, оттегі (5-5,5%), азот және су буы. 4ші, 5ші реакциялар қайтымды реакциялар болып саналады. Бұл реакциялар көлемнің азаюымен және жылудың бөлінуімен жүреді. Сонымен нитрозалық газдардың температурасын төмендетуі, қысымды арттыруы тепе-теңдікті NO2 және N2O4ке қарай ығыстырады. 3 сатысы. Азоттың ІҮ оксидінің және азоттың димерінің өздігінен тотығуы, өздігінен тотықсыздануы жүреді. Бұл жағдайда NO2, N2O4 сумен әрекеттесіп сұйылтылған HNO3 түзеді. 2NO2+H2O=HNO3+HNO2+Q (7) N2O4+H2O=HNO3+HNO2+Q (8) түзілген азотты қышқыл тұрақсыз және HNO3 пен NO ға ыдырайды. 3HNO2=HNO3+2NO+H2O-Q (9) Азоттың ІҮ оксидінің сумен әрекеттесуінің суммарлы реакциясын келесі түрде көрсетуге болады 3NO2+H2O=2HNO3+NO (10) Осы реакцияда түзілген NO қайтадан NO2ге дейін тотығады да сумен абсорбцияланады 10шы реакция типтік хемосорбциялық процесс. Хемосорбциялық процесс газ-сұйық жүйеде жүреді. Процесс қайтымды, гетерогенді, экзотермиялық. Ле-Шателье принципі бойынша тепе-теңдікті HNO3 түзілуі жаққа ығыстыру үшін температураны төмендетеміз қысымды арттырамыз. Азот қышқылының аммиактан алынуының реакциясы келесі түрде жазылады NH3+2O2=HNO3+ H2O (11) Азот қышқылының комбинирленген тәсілімен алынуы Бұл тәсіл аммиак тотығу процесі жоғарыда көрсетілген жолмен жүреді. Нитрозалық газдар 2 тоңазытқышта бірізді суытылады. Кептірілген нитрозалық газдар турбокомпрессор арқылы қысылып ары қарай контактілі аппаратқа жіберіледі. Турбокомпрессордан кейін газдардың қысымы 7 атмосферға дейін жоғарылайды. Температура 120-130°С жоғарылайды. Ары қарай газдар NO2 газға дейін тотығып, температура 200-220°С дейін жоғарылайды. Тотықтырылған және суытылған нитрозалық газдар абсорбциялық колоннада HNO3ке дейін өндіріледі. Түзілген қышқылдың концентрациясы 58-60% құрайды. жүктеу/скачать 3,64 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|