Вопрос 23. Сырье и требов-я к качеству продукционной азотной кислоты. Стадии производства. Балансовая р-ция получения HNO3. Контактное окисление аммиака: р-ции и равновесие проц

HNO3 - одно из исх. в-в для получ-я N-сод-х продуктов, 70-80% - на про-во удобр-й. Пром-ть выраб-ет НАК (46-60% HNO₃) и конц (98-99% HNO₃). Требования к неконцентрированной азотной кислоте

Сырье для пр-ва НАК – NH3, воздух и ХОВ.

Вспом. мат-ы: Kt окисл-я NH₃ и очистки хвост. газов; фильтр-е мат-ы ПГ;оборот. вода; пар; эл.Е. Процесс пр-ва сос-т из 2 стадий:1-окис-е NH3 кислородом возд.с пол-ем NO; 2 - пер-ка NO в HNO₃. На 2 стад. снач идет окис-е NO до высших оксидов NO2 и N2O4 с поглощ-ем их водой и обр-ем HNO3.

Имеется и стадия каталит-кой оч-ки хвост.газов от NОх.

Суммар-я р-я получ-я HNO₃: NH₃ + 2O₂ =HNO₃ +H₂O, ΔН= - 421кДж(1).

Контактное окисление аммиака: реакции и равновесие процесса.

При окис-и NH3 в зав-ти от Kt и условий проц-са м. получить NO,N₂O,N₂ по р-ям: 4NH₃+5O₂↔4NO+6H₂O, Н=-907(2); увеличение V

4NH₃+4O₂↔2N₂O+6H₂O, Н=-1105 (3); без изменения V

4NH₃+3O₂↔2N₂+6H₂O, Н=-1269 (4). увелич-е V

Все 3 р-ии сильно экзотермич., идут почти до конца, поэт. состав конечн. прод-в будет опред-ся избират-ной способ-стью Kt.

При получ-ии HNO₃, целевой р-ей является (2), а (3) и (4) подавл-ся. Для направл-я пр-са по р-и (2) наилучший Kt из Pt-ого сплава (Pt -Pd - Ro - Ru), позволяющ.достиг.выс.степень превр-я NH₃ именно в NO (97-98% при атм.Р; 95-96% при 0,8МПа и 890-920С).

Вычисл-е при 900С конст-ты равн-я р-й (2-4): Кр₂= (Р⁴_NO*Р⁶_H2O)/(Р⁴_NH3*Р⁵_О2)=10⁵³; Kр₃ =10⁶¹; Кр₄ =10⁶⁷.

Огром. знач-я конст-т свидет-т о практич. необр-ти. этих р-ий, т.е. в реал. усл-ях окис-е NH₃ опред-ся только скор-ю этих р-й. Т оказывает наибольшее влияние на выход NO. При повышении Т выход NO растет, причем сущ-т оптим-я Т (для чист. Pt 900 – 920⁰С), при к-й достигается max выход. Б. знач-е имеет Т зажигания Kt, к-ая зависит от его состава. На платине р-я начинается при 195⁰С. Выход достигает значения 96% на чистой платине и 99% на сплавах. Проведение проц-а при высоких Т помимо увелич-я выхода монооксида азота имеет и др. «+»: растет скорость р-ции окисления аммиака и уменьшается время контактирования. Но при повышении Т увелич-ся потери дорогостоящей Pt, т.е. ухудшаются экономические показатели проц. С ростом давления наблюдается снижение выхода оксида азота (II). Вместе с тем использование высокого Р позволяет повысить производит-ть агрегата, уменьшить размеры ап-тов.Проц-с осуществл-ся под p=0,41–0,73 МПа. Основным усл-ем получ-я высок. выходов NO под Р являются повыш-е Т и времени контактирования (увеличение числа сеток).

При стехиометрическом соотнош-и O₂:NH₃ = 1,25 даже при атмосф. Р выход оксида азота не превышает 60 – 80%. Кроме того, пришлось бы работать в обл-ти взрывоопасных концентраций. При увелич-и соотнош-я O₂:N до 1,7 что соотв-т содерж-ю аммиака в смеси 11,5%, выход NO возрастает. Для получ-я высок. выхода NO необходим 30%-ный избыток кислорода сверх стехиометрич.. Это связано с тем, что пов-ть Pt-Kt должна пост-но быть попытка О₂, иначе уже при 500 ⁰С NH₃ начинает разлаг-ся на N и O₂.