Күкірт ангидридін абсорбциялау

• So2 алу
  

• So2 сіңіру
  

• So2 –нің нитрозамен тотығуы

  
  

• Нитрозаны азот оксидтерінен босату

  
  

• Газ фазасында нитрозадан бөлінген азот оксидінің оттегімен отығуы

  
  

• Ахот оксидтерін күкірт қышқылымен сіңіру

  
  

3NO2+2SO2+H2O--- 2NOHSO4+NO

H2SO3+N2O3----H2SO4+2NO

NO2+NO----N2O3

Сұйытылған азот қышқылы өндірісі процесі екі сатыда өтеді. Бірінші сатысында аммиак азот (ІІ) оксидіне дейін тотығады:

4NH3+5O2=4NO+6H2O

Екінші сатыда азот (ІІ) оксиді азот (ІV) оксидіне тотығады:

2NO+O2=2NO2

және алынған азот қостотығын сумен абсорбциялап азот қышқылын алу:

3NO2+H2O = 2HNO3 +NO

Бос қалпында бөлінген NO диоксидіне тотықтырып, қайтадан абсорбцияланады.

Аммиактың тотығуы

Аммиак пен оттек әрекеттескенде жағдайға байланысты әр түрлі тотығу өнімдері түзіледі:

4NH3+5O2=4NO+6H2O +216700 кал

4NH3+4O2=2N2O+6H2O +263900 кал

4NH3+3O2=2N2+6H2O + 303100 кал

Катализатор қатысынсыз аммиак әрқашан азотқа дейін тотығады. Әртүрлі катализаторлар қолданып, температура мен процестің басқа шарттарын өзгерте отырып, реакция өнімі ретінде N2O немесе NO алуға болады.

Азот қышқылын өндіру зауыттарында азот тотығы шығымы 96-98% болатын аммиакты тотықтыру процесі жүргізіледі.

Аммиак тотығуы реакциясын зерттегенде жеке өнімдердің шығымдары мен процестің өту шарттары арасындағы тәуелділікті анықтау негізгі мәселе болып табылады.

Аммиак тотығуы реакциясын азот тотығы түзілу жағына бағыттау үшін таңдамалы катализатор қолданылады. Катализатор ретінде 4% Pd және 3% Ru араластырылған платинаның жіңішке (0,04-0,09 мм) сымынан тоқылған жиі тор (1 см2 ауданда 1000-3500 түйін бар) қолданылады. Контакт аппаратында пакет түрінде орналасқан, егер аммиак тотығу процeci атмосфера қысымында жүретін болса, пакеттегі тор саны 3-4, егер қысым атмосфера қысымынан жоғарылау болса,тор саны 18-ге дейін болады, тор санын азайту мақсатымен аммиакты тотықтыру процесін екі сатыда жүргізуге болады: 6ipіншi сатыда платина катализаторын қолданса, екінші сатыда темip немесе хром оксидінің кобальт тұздарымен араласқан қоспаларын қолданады.Атмосфера қысымында аммиак тотыққанда әp6ip тонна азот кышкылын өндіргенде 0,04-0,06 г платина аз шығындалады, жоғарылау кысымда аммиак тотыққанда платина шығыны он есе артады. Осы шығын азот қышқылының өзіндік құнын жоғарылатады. Өндіріс жағдайында аммиактың тотығу пpoцесі өте аз мерзімде аяқталады.

Аммиактың тотығу процесіне катализатордан баска температура, қысым және газдар қоспасының құрамы әсер етеді. Температура жоғарылаған сайын реакция

жылдамдығымен қатар газдардың диффузиялық коэффициенттері де артады, 6ipaқ температура 800-850°С-тан асып кетсе, азот (II) оксидінің шығымы төмендейді де, азот шығымы артады. Осы себептен платина катализаторының қатысуымен жүретін аммиактың тотығу процесінде атмосфералық қысымда оңтайлы температура 800°С, жоғарылау қысымда 900°С, осы температурада жанасу уақыты тым аз болғандықтан ,жанама реакциялар жүріп үлгермейді.

Активтігі төмен металл оксидтерін қолданғанда жанасу уақыты он есе өciп, платина катализаторымен салыстырғанда, оңтайлы температура 700-750°С дейін төмендейді.

Қысым жоғарылаған сайын реакция көлeмiндeгi реакцияласушы реагенттердің концентрациясы көтеріледі, сонымен қатар газдар қоспасының көлемінің кішіреюі қысымға тура пропорционал болғандықтан, катализатор өнімділігі артады, бipaқ қысымның жоғарылауы катализатор шығымын көбейтеді, демек бұл жағдай аппаратура құны мен қышқыл құнын арттырады. Осы себептен азот қышқылын өндіргенде қысым 0,2-1,0 МПа шамасында болады.

Өндірісте естен шығармайтын жағдай - дағдылы жағдайда аммиак пен aya қоспасының құрамындағы аммиак 16-27% аралығында болса, мұндай қоспа - «қопарылғыш». Температура жоғарылаған сайын қопарылыс беретін интервал кеңейе береді. Мысалы, 250°С температурада 14-30,5% аммиак, егер қоспа аммиак пен оттектен тұрса, атмосфера қысымында 18°С температурадағы қопарылғыш қоспа интервалы - 15,3-79% NH3. Қысым көбейген сайын мұның төменгі шегi төмендейді.

Азот (II) оксидінің азот (IV) диоксидіне тотығуы

Аммиакты тотықтырғанда пайда болған нитроз газдарының құрамындағы азот (II) оксидінің мөлшері 20% шамасында, қалғандары - оттек, азот және су буы. Азот қышқылын өндіру үшін азот (II) оксидін диоксидке мына қайтымды реакциямен тотықтырады:

2NO+О2 <-> 2NО2+112 кДж

Процесс солдан оңға қарай жүргенде жылу бөлінеді, көлем кішірейеді. Ле-Шателье принципі бойынша қысым жоғарылап температура төмендеген сайын реакция оңға қарай ығысады.

Температура 700°С және одан әpi көтерілгенде тотығу реакциясы жүрмейді. Контакт аппаратынан шыққан нитроз газының құрамында NО2 болмайды, сондықтан NО2 алу үшін ыстық газ қоспасын 100°С-дан төмен температураға салқындатады.

Азот (II) оксидінің тотығу реакциясының бір ерекшелігі - реакция жылдамдығы температура өскен сайын төмендейді. 130°С температурадағы жылдамдықпен салыстырғанда 0°С температурада 12 есе, ал 300()С температурада реакция жылдамдығы 30 есе төмендейді. Мұндай аномал жағдайда былай түсінік беріледі. Азот (II) оксидінің тотығуы аралық процестер арқылы жүреді - димер оксиді түзіледі, бұл процесс экзотермиялык, қайтымды. Температура жоғарылағанда димер концентрациясы төмендейді, димер концентрациясының төмендеуі тотығу реакциясының жылдамдығын төмендетеді:

2NO (NО)2+Q

(NО)2 + O2 NO2 +Q

Азот қышқылын өндіру процесіндегі ең баяу жүретін процесс - азот (II) оксидінің тотығуы.

NO2-тоңазытқанда NO2 полимеризацияланады: 20°С температурада полимеризациялану дәрежесі 92%.

2NO2 N2O4+57 кДж

Полимеризациялану жылдамдығы өте жоғары. Абсорбцияға келетін нитроз газ құрамында: N02, N204, 02, N20, NO, N2, су буы және басқалар болады.

Азот диоксидінің және оның димерінің абсорбциялану

сұлбасы
2N02+H20 HN03+HN02+116 кДж

N204+H20 НNO3+ HN02+59 кДж
Азотты қышқыл тұрақсыз, ол ыдырайды:

3NO2 + H20 HN03+2NO + 136 кДж

Азот диоксидінің суда сіңірілуі -типтік хемосорбциялық газ сұйықтық, жүйесіндегі процесс.

Тепе-теңдікті азот қышқылына қарай ығыстыру мақсатымсн температураны төмендетіп, қысымды жоғарылатады. Азот оксидін абсорбциялауға қарама-қарсы принципті қолданады, яғни концентрлі газ концентрлі азот қышқылымен кездесіп, соңында бос калған N02 сұйытылған азот қышқылымен абсорбцияланады.

Абсорбциялык процесс экзотермиялык процесс болғандықтан, өндірілген азот қышқылының температурасы 50°С, концентрациясы (атмосфера қысымында түзілген) 50% болды, егер өндіріс қысымы 0,6-0,8 МПа шамасында болса, азот қышқылының концентрациясы 58-60%-ға жетеді.

Өндіpic қысымын 5 МПа дейін көтеріп тікелей синтез қондырмасында азот оксиді мен оттек қоспасынан концентрлі 98% азот қышқылын өндіруге болады.

N204 (с)+2H20(с) +О2 4HN03(c) + 59,5 кДж

Сұйытылған азот қышқылын концентрлеу

Сұйытылған азот қышқылының ерітіндісін буландыру арқылы 68,4%-ды азот қышқылының epiтіндісін (азеотропты қоспа - құрамы және қайнау температурасы өзгермей айдалатын epiтінді) алуға болатыны белгілі. Осы себептен сұйытылған азот қышқылын концентрлеу суды өз құрамына өте жақсы қосып алатын концентрлі күкірт қышқылының қатысуымен тәрелке тәрізді барботаждау (газды немесе буды сұйықтық қабатынан қысым күші арқылы өткізе отырып, бөлшектеу) құбырларында немесе қондырмалы құбырларда орындалады. Kүкірт қышқылы сұйытылған азот қышқылындағы суды өзіне байланыстырып 100%-ды азот қышқылынан қайнау температурасы жоғары күкірт қышқылының гидратын түзеді. Осы себептен азот және күкірт қышқылдарының қоспасын қыздырғанда қоспадан бу қалпында тек қана азот қышқылы болатын жағдай орындауға болады. Концентрлеу құбырына берілетін сұйытылған азот қышқылы екіге бөлінеді, бip бөлігі буландырғыш арқылы буға айналып барботаждау құбырының оныншы (барлық тәрелкенің саны - 20) тәрелкеге беріледі, сұйытылған азот қышқылының екінші бөлігі тікелей оныншы тәрелкеден жоғары орналасқан барботаждау құбырындағы тәрелкеге жіберіледі. 92-94%-ды концентрлі күкірт қышқылы жоғары орналасқан тәрелкенің бipeyiнe жіберіледі. Қоспаны жылытуға құбырдың төменгі жағынан өткір су буы (250°С температурадағы) енгізіледі. Азот қышқылының буы аз мөлшерде су буы және азот қышқылының ыдырауынан пайда болған азот оксидтері құбырдан тоңазытқыш конденсаторына жіберіліп, азот қышқылы конденсацияланады, ал нитроз газдарын (азот оксидтері) бөліп алып, азот қышқылын өндіретін цехта жартылай шикізат ретінде қолданады. Азот оксидтерінің бірсыпырасы конденсацияланған азот қышқылында ериді, солардан азот қышқылын тазарту үшін ол қышқыл конденсатордан қайтадан құбырдағы жоғарыда орналасқан тәрелкелерге қайта келіп төменнен көтерілген бу қалпындағы азот қышқылы мен азот оксидтерінің қоспасымен үрленіп оксидтерден тазартылып тоңазытқышқа келіп салқындап өнім ретінде тұтынушыларға ұсынылады.
Пайдаланылған сұйытылған 68%-ды күкірт қышқылы ректификациялау құбырының төменгі шетінен шығарылып ыстық қалпында буландырылып 92-94%-ды концентрлі қышқылға айналдырылады.

Әрбір тонна азот қышқылын концетрлеуге үш-төрт тонна күкірт қышқылы шығындалады. Ректификациялау құбырын дайындауға кышкылға төзімді ферросилид (құрамында 14-18% кремний бар шойын) қолданылады.