Регенерация азотной и серной кислоты
Отсюда следует, что при поглощении водой нитрозных газов невозможно все количество NO2 превратить в HNO3, так как в каждом цикле всегда 1/3 NOх будет выделяться в газовую фазу. Монооксид азота для дальнейшей переработки должен быть окислен кислородом до двуокиси азота по уравнению:
2NO + O2 = 2 NO2
Получающаяся двуокись азота опять реагирует с водой, превращаясь на 2/3 в HNO3, а выделившаяся окись азота снова должна быть окислена. Таким образом, весь процесс поглощения распадается на ряд последовательно протекающих реакций окисления NO в NO2 и образования HNO3 из NO2.
Однако указанные поглощения не являются совершенными и нитрозные газы перед выбросом в атмосферу следует дополнительно очистить от окислов азота. Отсюда следует, что в последнем абсорбере орошение ведется не водой, а концентрированной серной кислотой, которая до 0,003% поглощает окислы азоты, выбрасываемые в атмосферу газы соответствуют санитарным нормам.
В результате поглощения получается нитрозилсерная кислота:
2 H2SO4 +N2O3 = 2 NHSO5 + H2O + 20611 кал.
H2SO4 + 2 NO2 = NHSO5 + HNO3 + 5709 кал.
2.5 Инженерные решения
В данный дипломный проект вводится ряд изменений, направленных на улучшение технологии переработки кислот и очистки отходящих газов.
1. На фазе улова окислов азота и паров азотной кислоты предусматривается внедрение дополнительной абсорбции отходящих газов концентрированной H2SO4. серная кислота реагирует с окислами азота, образуя нитрозилсерную кислоту, которая затем снова направляется в колонну ГБХ для переработки. Отходящие газы с небольшим содержанием окислов азота, выбрасываются в атмосферу.
2. Процесс регенерации отработанной кислоты переведен на автоматизированное управление с применением УВМ, что значительно снижает опасность технологического процесса и повышает качество продукции. Подача кислот в колонну ГБХ автоматизирована. Предусмотрено автоматическое отключение подачи компонентов в случае аварии.
2.6. Расчет материального баланса отделения концентрирования HNO3 [1]
Отделение денитрации и концентрирования азотной кислоты.
Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию:
а) от нитрации HNO3 16-26%
H2SO4 46-66%
H2O 18-28%
б) от абсорбционной установки
HNO3 50%
H2O 50%
Исходные данные для расчета
- концентрация крепкой азотной кислоты – 98%
- концентрация серной кислоты, поступающей в колонну – 91%
- концентрация отработанной кислоты, выходящей из колонны – 70%
Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей в колонну ГБХ, учитывая, что ОК – 80%, а смесь азотной кислоты и воды – 20%.
Выбираем средний состав кислот:
HNO3 27%
H2SO4 45%
H2O 28%
Принимаем, что в отработанной кислоте 3% АК в виде окислов азота связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции (1):
2H2SO4 + N2O3 2HNSO5 + H2O (1)
Пересчитав состав кислот, получим:
HNO3 - 25%
H2SO4 - 45%
H2O - 26,1%
N2O3 - 0,9%
HNSO5 - 3%
Всего - 100%
В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO5 в колонне протекают следующие реакции:
- разложение HNSO5
2HNSO5 + H2O = 2H2SO4 + NO2 (2)
- разложение HNO3
2HNO32NO2 + H2O + 1/2O2 (3)
2HNO3N2 + H2O + 2*1/2 O2 (4)
- разложение N2O3
N2O3(газ) NO (газ) + NO2 (газ) (5)
В колонну ГБХ поступает:
1. Отработанная кислота в количестве 1000 кг,
В том числе:
HNO3 - 250 кг
H2SO4 - 450 кг.
H2O - 261 кг.
N2O3 - 9 кг.
HNSO5 - 30 кг.
2. Купоросное масло 91% - х кг.
3. Перегретый пар – у кг.
4. Воздух, подсасываемый из помещения
Из колонны выходит:
1. Разбавленная 70% H2SO4=кг
2. Крепкая 98% HNO3 = =242,3 кг
3. Нитрозные газы
а) в колонне 1/2 количества (1,5%) HNO3 разлагается до NO2 по реакции (3)
242,3х0,015 = 3,64 кг.
При этом образуются газообразные вещества:
NO2==2,65 кг
H2O ==0,52 кг
O2 = =0,46 кг.
б) по реакции (4) разлагается ½ количества (1,5%) HNO3 до N2:
N2==0,81 кг.
H2O = =0,52 кг.
O2 = =2,3 кг
в) при разложении N2O3 по реакции (5):
NO2==5,45 кг
NO = = 3,55 кг
г) при разложении HNSO5 по реакции (2):
NO2==5,43 кг
NO = = 3,54 кг
Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав отработанной кислотной смеси и доля ее в последней составит 450кг.
д) с нитрозными газами уносится 1% HNO3:
242,3х0,01 = 2,42 кг.
В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха):
g, кг |
u, нм3 | |
NO2 |
13,5 |
6,87 |
NO |
7,09 |
5,29 |
N2 |
0,81 |
0,65 |
O2 |
2,76 |
1,93 |
HNO3 |
2,42 |
0,86 |
Всего |
26,58 |
15,6 |
Подсос воздуха uпод через неплотности соединений царг колонны принимаем равным 100% объема сухих газов
uпод = 15.6 нм3, в том числе:
N2=0,78*15,6=12,17 нм3;
O2=0,21*15,6=3,28 нм3;
или
N2==15,21 кг;