Факторы, влияющие на выход NO

Время контакта аммиака с катализатором.

Оптимальное время контакта 0,0001-0,0002с. При увеличении времени контак-та выход NO падает из-за вредных побочных реакций.

Соотнощение O₂ : NH₃

Сотнощение O₂ : NH ₃ по стехиометрии составляет 1:1,25

Выход NO очень сильно зависит от соотношения O₂ : NH₃

При использовании платинового катализатора и Р=1атм выход NO составляет:

В промышленности для повышения выхода NO и увеличения скорости реакции соотношение O₂ : NH₃ обычно поддерживают на уровне 1,8-2,0, то есть содержание NH₃ в воздушно-аммиачной смеси равно 10-12%.

Аммиачно-воздушная смесь при определенной концентрации аммиака становится взрывоопасной. С повышением температуры область взрывоопас-ности расширяется. Однако, в производственных условиях работают с приме-нением составов, находящихся за пределами взрывоопасности.

Температура.

Повышение температуры до определенного предела благоприятно влияет на скорость процесса

Оптимальной является температура 700-900⁰С (при давлении 1 ат) и 800-900⁰С (при давлении 10 ат)

Давление.

Количество газа в левой части ненамного меньше, чем в правой. Поэтому уве-личение давления приводит к смещению равновесия влево, что нежелательно, однако смещение это незначительно, поэтому процесс ведут как при атмо-сферном давлении, так и при повышенном.

II. Окисление NO до NO₂

Окисление NO до NO₂ идет по следующей реакции:

2NO + O₂ ↔ 2NO₂ + 112.3 кДж

Эта реакция идет с уменьшением объема и выделением тепла, следовательно уменьшение температуры и повышение давления будут смещать равновесие вправо и увеличивать выход NO₂.

Ниже 150 ⁰С эта реакция практически полностью протекает в сторону об-разования NO₂ . При повышении температуры равновесие сдвигается влево и при t>800⁰С идет только обратная реакция. Эта реакция является исключением из общего правила, так как с ростом температуры ее скорость падает.

Объяснение этому факту: считают, что окисление NO в NO₂ идет в две ста-дии:

1-я стадия 2NO ↔ (NO)₂+ Q – идет образование димера

2-я стадия (NO)₂ + O₂ ↔ 2 NO₂ + Q

1стадия - процесс обратимый и экзотермический, поэтому повышение темпе-ратуры смещает равновесие влево и, как следствие, понижается концентрация димера.

Скорость же второй стадии зависит от концентрации димера: чем она меньше, тем меньше скорость реакции.

В процессе окисления NO в NO₂ протекает еще ряд побочных реакций, например, образование ассоциатов, N₂O₃ и т.д.

2NO₂ ↔ N₂O₄ + 57кДж

NO + NO₂ ↔ N₂O₃ + 40,2кДж

В результате протекания всех этих реакций образуется смесь нитрозных газов: NO, N₂O₃ , NO₂ , N₂O₄ , N₂O, H₂O. Состав смеси может сильно меняться, но основным компонентом всегда является NO₂ .

III. Абсорбция NO₂ водой

Абсорбция NO₂ водой – конечная стадия процесса. В процессе абсорбции протекают следующие реакции:

2NO₂ + H₂O ↔ HNO₃ + HNO₂ +116 кДж

N₂O ₄ + H₂O ↔ HNO₃ + HNO_{2 +} 59 кДж

Азотистая кислота неустойчива. Она распадается:

3HNO₂ → HNO₃ + 2 NO + H₂O -75,8 кДж

Поэтому суммарное уравнение этого процесса имеет вид:

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO +136 кДж

Из оксидов азота, присутствующих в нитрозной смеси также взаимодей-ствуют с водой:

N₂O₃ + H₂O → 2 HNO₃

NO, N₂O с водой не взаимодействуют

Для повышения степени абсорбции NO₂ водой необходимо увеличение давле-ния и уменьшение температуры. При атмосферном давлении удается получить азотную кислоту с концентрацией не более 50%, а при 10 атм - до 62%.

Технологическая схема производства разбавленной азотной кислоты.

Технологическая схема производства разбавленной азотной кислоты представлена на рис.5.

Аммиак очищается от механических примесей и масла в коксовом 1 и картонном 2 фильтрах. Воздух очищается в картонном фильтре 3. Смесь воз-духа, аммиака и добавочного кислорода подается вентилятором 4 через фильтр 5 в колонну синтеза 6. Степень окисления аммиака до NO составляет 97-98%. Температура газов на выходе из колонны составляет 800 ⁰С. Газ из колонны поступает в котел-утилизатор 7, где его температура падает до 250 ⁰С. Затем смесь нитрозных газов охлаждают водой в теплообменниках 8 и 9 примерно до 30 ⁰С, при этом происходит частичная конденсация паров воды и начинает-ся окисление NO в NO₂ .

Степень окисления в первом теплообменнике незначительна, поэтому образуется кислота с концентрацией 3%. Во втором тепло-обменнике образуется 25% кислота.

Нитрозные газы из теплообменника 9 через гидрозатвор 10 подаются в абсорбционное отделение, которое состоит из 6-8 последовательно включен-ных башен с насадкой 12-14. Башни снабжены холодильниками 15 для охлаж-дения вытекающих растворов и насосами 16 для циркуляции этих растворов.

Вода движется противотоком газу. Из башни 12 выводится 50%-ная азотная кислота. В кислотных башнях перерабатывается около 92% оксидов азота, поступивших на абсорбцию. Газ, содержащий NO, из башни 14 поступа-ет в окислительную башню 17, где NO превращается в NO₂, туда же подается кислород для окисления. Затем этот газ поступает на щелочную абсорбцию в башню 18 раствором соды. При этом идет следующая реакция:

2 NO₂ + Na₂CO₃ → NaNO₂ + NaNO₃ + CO₂

При этом исключается выделение NO в атмосферу. Башен щелочной аб-сорбции обычно 2-3 и процесс идет противотоком. Раствор выводится из пер-вой по ходу движения газа башни. Далее газ выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу 19.

Дата добавления: 2014-01-03