Перераб-ка оксидов азота в азотную к-ту: р-ции, равновесие, кинетика и парам-ры процесса

Оксиды N взаим. с водой по р-ям: 2NO2г+H2Oж↔HNO3р+HNO2р, DН=-116 (1) N2O4г+H2Oж↔HNO3р+HNO2р, DН=-59кДж (2); N2O3г+H2Oж↔HNO2р, DН=-56кДж (3). Р-ии 1-2 идут с выс. скор. HNO₂ – малоуст-е соед-е и распад-я на HNO₃ и NO: 3HNO2р↔HNO3р+2NO+H2Oж, DН=75,8 (4). Ск-ть (4) невелика. Для перераб. NOх в HNO₃ необх. ↓t, а для разлож-я HNO₂ -↑ее, поэт. в ускор-и распада HNO₂ важно интенс. перемеш. р-ра на тарелке и окис-е HNO₂ в жид ф. р-ром О2 по р-и: 2HNO2р+O2г 2HNO3ж, DН=-8,96(5)

Зав-ть ск-ти р-и (4) от t выраж. ур-м: lgk= -6250/T+22,65. Сум. р-я образ-я АК склад. из ур-й (1-4): 3NO2г+H2Oж=2HNO3г+NOг, DН=-136,2 (6). В АК превр. только 2/3 NO₂, а 1/3 возвр. в газ. форму в виде вторич. монооксида азота. Используется абс-я кол. с бол. кол-вом тарелок и объем-ми межтар-ми расст-ми для гомог. окисл. вторич. NO по р-ии 2NO+O2 Û 2NO2, -114 (7).

Из 4NH3+5O2=4NO+6H2O, DН=-907 (8), Из реакц. (6 и 7) => что Р-давл по-разн. влияет на пр-сы окисл. NH₃ и перераб. NОх в к-ту. (8) идет с ↑V, => Р на стад. окисл. нужно ↓.(6 и 7) прох-т с ↓V, поэт для глуб. перераб. NOх Р необ.↑. Конст. равн. р-ии (6) K= P_NO* P_HNO3²/ P_NO2³*P_H2O, рассм-ся как произв. 2-х частных const К=K₁^*K₂, где K₁= P_NO / P_NO2³; K₂= P_HNO3²/P_H2O. Пр-сс абс-ии осущ. в многотар-й абс-й кол. Перераб. NOх в HNO₃ происх. в ГЖ-м слое ситч. тар. в абс к-е. На тар. пост. НГ.

Для расч. эф-ти пр-са перераб. NO на тар. нужно знать предельные (равнов-е) знач. парц-х Р NO, NO₂, и N₂O₄ кот-е лишь теорет. возм. при дан. t и нач.Р_.

Для практических целей расчет равновесия реакции (6) удобнее проводить по частной константе К₁. Расчёт К₁ в интервале Т 20 - 80ºС и в интервале 40 – 70%масс выполняется по уравнению:

где К₁ – атм^-1; - концентрация азотной кислоты, %масс.

Кинетика взаимодействия NO_х с водными р-рами азотной к-ты предст-т собой сложный массообменный проц. Скорость взаимодействия NO_х с водой зависит от ф-х и гидродинамических условий абсорбции. Из рисунка следует, что скорость абсорбции NO_х удовлетворительно описывается основным уравнением массопередачи:

Рис. Завис-ть скорости поглощения NO₂ от движущей силы пр-са (среднелогарифмической разности парц. давлений оксидов азота) при различной линейной скорости газа.

где V – скорость поглощения NO_х в пересчёте на НNO₃, кг/м²·ч; К – коэф-т массопередачи, кг/м²·ч·МПа; Δр – ср. движущая сила пр-са, МПа; р´ - фактор, учитыв-й насыщение жидкой фазы оксидами азота.

В промышл-х усл-х скорость абсорбции NO₂ лимитируется скоростью её диффузии.

Эффективность процесса массопередачи определяется КПД, т.е. степенью достижения равновесия между NO_Х и раствором НNO₃ на тарелке:

где р_Н и р_К – парциальное давление NO_Х на входе в тарелку и в выходе из тарелки; р_Р – равновесное парциальное давление NO_Х над раствором кислоты.

Величина кпд зависит от многих факторов и в технологических расчётах определяется по формуле:

где - общее давление газа, атм.; - общая концентрация NO_Х в нитрозном газе на входе в тарелку, %об.; - степень окисленности NO_Х, доли ед.; - высота перелива жидкости на тарелке (высота слоя пены), м; - концентрация НNO₃, %масс.; - скорость газа в полом сечении колонны, м/с; - диаметр отверстий ситчатой тарелки, м; - доля свободного сечения тарелки, доли ед.; - температура раствора на тарелке, К.

 

 

28. Оборуд-е стадии абс-и нитрозн. газов. Абсорбер НАК: Нитрозный газ из холод-ков-конденс-ров поступает под первую тарелку абсорбционной колонны. В колонне размещены 47 ситчатых тарелок. НГ, проходя через отверстия в тарелках, барботирует через слой к-ты, ограниченный переливным устр-вом, создавая при этом пенный режим с большой пов-ю контакта фаз. Р-ции в абсорб-й колонне происходят в 2 фазах: жидкой и газообр-й. в 28 про колонну абсорбционную лучше так написать: Нитрозный газ из холодильников-конденсаторов поступает под первую тарелку абсорбционной колонны. В колонне размещены 47 ситчатых тарелок с отверстиями диаметром 2 мм и шагом между ними 10 мм. Нитрозный газ, проходя через отверстия в тарелках, барботирует через слой кислоты, ограниченный переливным устройством, создавая при этом пенный режим с большой поверхностью контакта фаз.
Показать полностью.. Реакции в абсорбционной колонне происходят в двух фазах: жидкой и газообразной.
47 ситч тар улучшают гидродинамический режим в колонне, при проходе газа через отверстие на тарелке образ-ся пена, что способств. интенсификации абс-ции, На тарелках колоны расположены теплоотводящие змеевики, охлаждаемые оборотной водой. Двенадцать верхних и некоторые средние тарелки колонны не имеют змеевиков. Нитрозный газ поступает в «куб» колонны под первую тарелку, проходит последовательно тарелки снизу вверх. На 46 тарелку для орошения абсорбционной колонны подается химочищенная вода или паровой конденсат с температурой не более 35 0С. Образование азотной кислоты происходит, начиная с верхней тарелки. По мере прохождения через тарелки сверху вниз происходит увеличение массовой доли азотной кислоты. На выходе из абсорбционной колонны массовая доля азотной кислоты должна быть не менее 57 %. Из абсорбционной колонны выходит хвостовой газ с объемной долей окислов азота не более 0,11 %, объёмной долей кислорода не менее 1,7 % и с температурой не более 35 0С.
абс колонна продувочная колонна
На тарелках с высотой перелива от 150 до 40мм обеспечивается пенный режим контакта фаз. На входе в колонну к НГ добавляется воздух, кислород к-го участвует в окислении «вторичного» NO до NO2 в межтарельчатых пространствах колонны. Колонна орошается химочищенной водой с темп-рой 25÷30оС. В зоне активного кислотообразования – на 31 нижних тарелках – тепло всех экзотермических реакций отводится оборотной водой через змеевики, уложенные на этих тарелках.
Концентрация кислоты на тарелках колонны увеличивается «сверху-вниз», и из куба колонны выпускается 58÷59%-ная азотная кислота. Однако эта кислота насыщена физически растворёнными оксидами азота (до 1,5%масс.), имеет бурую окраску и поэтому подаётся в продувочную (отбелочную) колонну 18. Высота колонны 46 метров, диамтр 3,2м.47 ситч тар улучшают гидродинам. режим в колонне, при проходе газа через отверстие на тарелке образ-ся пена, что способств. интенсиф-и абс-ции, На тарелках колоны располож. теплоотводящ. змеевики, охлажд-е оборотн. водой. НГ поступ-т в «куб» колонны под 1ю тарелку, проходит последовательно тарелки снизу вверх. На 46 тарелку для орошения абсорб-й колонны подается химочищ. вода или паровой конденсат с Т не более 35⁰С. Образов-е азотной к-ты происх-т, начиная с верхн.тарелки. По мере прохожд-я через тар. сверху вниз происх-т увел-е массовой доли азотной кислоты. На выходе из абсорб-й колонны массов. доля азотной к-ты д. б. не менее 57 %. Из абсорб-й колонны вых-т хвостовой газ с об. долей окислов азота не более 0,11%, об. долей О₂ не менее 1,7 % и с Т не более 35⁰С. Однако эта к-та насыщена физически раствор-ми оксидами N (до 1,5%масс.), им-т бур. окраску и поэт. под-ся в продувочн. (отбелочную) колонну.

2) колонна продувочная. для отдувки оксидов N из продукц. азотной к-ты. Отдувка оксидов N происх-т на 3-х тарелках за счет поступл-я технолог-го воздуха в продувочную колонну. Матер-л сплав титана BTI-0. 4 ситчатые тарелки располож-е на расст-и 600мм др. от др., раб-е при умерен. нагрузках по газу и ж-ти

3) Холодильники-конденсаторы нитрозных газов (2 шт). Предназначены для охлаждения нитрозных газов. Нитрозные газы, проходя через трубки холодильников, охлаждаются оборотной водой, которая поступает в межтрубное пространство. Сконденсировавшаяся кислота из нижней части холодильников-конденсаторов отводится в абсорбционную колонну. Материал сталь 12Х18Н10Т имеет 703 трубы наружным диаметром 0,038м и длиной 6 метров. Аппарат имеет высоту 8,26м, длину 1,6м.