Sanoatda nitrat kislota ishlab chiqarish: texnologiyasi, bosqichlari, xususiyatlari

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Azot kislotasi sanoat xom ashyosining eng koʻp talab qilinadigan turlaridan biridir. Uning ishlab chiqarilishi turli usullar bilan amalga oshirilishi mumkin - mijozga kislota etkazib berilishi kerak bo'lgan xilma-xillikka qarab. Tegishli texnologiyalarning mohiyati nimada? Ular zavodda ishlab chiqarilgan nitrat kislota turi bilan qanday taqqoslanadi?

Azot kislotasining sanoat ishlab chiqarilishi: texnologiyaning rivojlanish tarixi

Avvalo, Rossiyada nitrat kislota ishlab chiqarish qanday rivojlanganligi haqidagi tarixiy faktlarni oʻrganish foydali boʻladi. Mahalliy sanoatda ushbu moddaning chiqarilishi, mavjud ma'lumotlarga ko'ra, Pyotr I davrida boshlangan. Keyinchalik M. V. Lomonosov selitradan nitrat kislota olish usulini taklif qildi - bu modda aslida ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo hisoblangan. 20-asr boshlarigacha koʻrib chiqilayotgan modda.

Selitra bilan bir qatorda sanoatda nitrat kislota ishlab chiqarish sulfat kislota yordamida amalga oshirilgan. Ko'rib chiqilayotgan ikki modda bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashib, nitrat kislota va natriy oltingugurt oksidini hosil qildi. Buning afzalligiusul taxminan 96-98% konsentratsiyada nitrat kislota olish qobiliyati edi (kerakli sifatli xom ashyolardan foydalanish sharti bilan).

Tegishli texnologiya faol takomillashtirildi - xom ashyoni qayta ishlash tezligini oshirish va katta hajmdagi mahsulot ishlab chiqarishni ta'minlash foydasiga. Ammo asta-sekin u nitrat kislota ishlab chiqarish ammiakning kontaktli oksidlanishi orqali amalga oshirilgan degan tushunchaga o'z o'rnini bosdi.

Shuningdek, kislota ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo sifatida atmosferadagi tegishli gazni yoy oksidlanishi natijasida olingan azot oksidi ishlatilgan usul ixtiro qilindi. Birinchi usul tejamkorroq degan fikr keng tarqalgan.

Azot kislotasini ishlab chiqarishga texnologik yondashuvlarning takomillashtirilishi munosabati bilan tegishli moddani ishlab chiqarishning eng maqbul varianti yuqori bosim ostida ishlaydigan sanoat infratuzilmasidan foydalanish bo'lgan yondashuv shakllandi. Bunga muqobil atmosfera bosimida kislota ishlab chiqarish bo'lib, iqtisodiy nuqtai nazardan unchalik foydali emas.

Oddiy yoki yuqori bosimda moddaning chiqishi ammiakdan nitrat kislota ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi. Qolgan ikkitasining afzalliklarini birlashtirgan birlashtirilgan usul ham mavjud. Kombinatsiyalangan usulda nitrat kislota ishlab chiqarishning o'ziga xos xususiyatlari, birinchi navbatda, atmosfera bosimida ammiakning oksidlanishida va uning so'rilishini amalga oshirishda - at.ortdi.

Ammiak endi suv va atmosfera havosi bilan bir qatorda ushbu moddani chiqarish uchun asosiy xom ashyo hisoblanadi. Keling, ulardan kislota ishlab chiqarishda foydalanishning o'ziga xos xususiyatlarini batafsil o'rganamiz.

Azot kislotasi xomashyosi

Demak, koʻrib chiqilayotgan moddani ishlab chiqarishda ishlatiladigan asosiy xom ashyo ammiak, havo, shuningdek, suvdir.

Bu tozalangan ammiakdan foydalanishni talab qiladi. Buning uchun u turli ishlab chiqarish davrlari doirasida maxsus bug'lanish va distillash uskunalarida tozalanadi. Xuddi shunday, nitrat kislotani tushirishda ham toza havodan foydalanish kerak. Bundan tashqari, maxsus uskunalar yordamida filtrlanadi. O'z navbatida, nitrat kislota ishlab chiqarishda ishlatiladigan suv aralashmalar va tuzlardan tozalanadi. Ko'p hollarda ko'rib chiqilayotgan moddani olish uchun sof kondensatdan foydalanish kerak.

Keling, koʻrib chiqilayotgan moddaning qanday turlarini taqdim etish mumkinligini, shuningdek, har bir turdagi nitrat kislota qanday ishlab chiqarilishini oʻrganamiz.

Azot kislotasining navlari va uni chiqarishning asosiy bosqichlari

Zamonaviy sanoat korxonalarida 2 xil nitrat kislota ishlab chiqariladi - suyultirilgan va konsentrlangan. Suyultirilgan nitrat kislota ishlab chiqarish 3 asosiy bosqichda amalga oshiriladi:

• ammiakning konversiyasi (uning yakuniy mahsuloti azot oksidi);
• azot dioksidi ishlab chiqaradi;
• da azot oksidlarining yutilishini amalga oshirishsuvdan foydalanish.

Suyultirilgan nitrat kislota ishlab chiqarish zamonaviy sanoat korxonalarida AK-72 deb ataladigan sxema bo'yicha keng tarqalgan. Lekin, albatta, bu moddani chiqarish uchun boshqa texnologiyalar ham mavjud.

O'z navbatida, konsentrlangan nitrat kislota ishlab chiqarish suyultirilgan shakldagi tegishli moddaning darajasini oshirish yoki to'g'ridan-to'g'ri sintez orqali amalga oshirilishi mumkin. Birinchi usul, qoida tariqasida, taxminan 68% konsentratsiyada kislota eritmasini olish imkonini beradi, bu ko'rib chiqilayotgan moddani bir qator sohalarda qo'llash uchun etarli bo'lmasligi mumkin. Shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri sintez usuli ham keng tarqalgan bo'lib, bu moddani taxminan 97-98% konsentratsiyada olish imkonini beradi.

Keling, nitrat kislotaning u yoki bu shaklda qanday ishlab chiqarilishini batafsil ko'rib chiqaylik. Yuqorida biz suyultirilgan moddaning chiqarilishi AK-72 sxemasiga muvofiq amalga oshirilishi mumkinligini ta'kidladik. Keling, avval uning xususiyatlarini oʻrganamiz.

AK-72 texnologiyasi yordamida suyultirilgan kislota ishlab chiqarish

Azot kislotasini ishlab chiqarish amalga oshiriladigan ko'rib chiqilayotgan sxema quyidagi bilan birga yopiq tsikldan foydalanishni o'z ichiga oladi:

• ammiak konversiyasi;
• bog'langan gazlarni taxminan 0,42-0,47 MPa bosimda sovutish:
• 1,1-1,26 MPa tartibli bosim ostida oksidlarning yutilishini amalga oshiradi.

AK-72 sxemasining yakuniy mahsuloti taxminan 60% konsentratsiyadagi nitrat kislotadir. Ichida nitrat kislota ishlab chiqarishKo'rib chiqilayotgan texnologiya quyidagi bosqichlar doirasida amalga oshiriladi:

• atmosfera havosidan sanoat blokiga kirishni va uni tozalashni ta'minlash;
• siqilgan havo, uni texnologik oqimlarga ajratish;
• ammiakning bug'lanishi, tegishli gazni neft va boshqa aralashmalardan tozalash, shuningdek uni keyinchalik isitish;
• tozalangan ammiak va havoni aralashtirish, bu aralashmani keyinchalik tozalash va uni katalizatorga o'tkazish;
• azotli gazlarni olish va ularni sovutish;
• nitrat kislota bilan kondensat yig'ish;
• nitrat kislotaning konsentratsiyasi va singishi;
• hosil boʻlgan mahsulotni sovutish va tozalash.

Tayyor kislota saqlash yoki mijozga yuboriladi.

Azot kislotasini ishlab chiqarish bo'yicha ko'rib chiqilayotgan texnologiya - AK-72 bilan bir qatorda, tegishli moddani chiqarishning yana bir mashhur kontseptsiyasi qo'llaniladi, bu sanoat infratuzilmasining taxminan 0,7 MPa bosim ostida ishlashini ta'minlashni o'z ichiga oladi.. Uning xususiyatlarini ko'rib chiqing.

0,7 MPa bosim ostida mahsulot chiqarish texnologiyasi: nuanslar

Koʻrib chiqilayotgan texnologiya AK-72 kontseptsiyasiga muqobil sifatida konsentratlanmagan nitrat kislota ishlab chiqaradi. Bu ko'rib chiqilayotgan moddaning quyidagi bosqichlarini amalga oshirishni o'z ichiga oladi.

Avvalo, avvalgi texnologiyadagidek, atmosfera havosi tozalanadi. Shu maqsadda, qoida tariqasida, ikki bosqichli filtr ishlatiladi. Bundan tashqari, tozalangan havo siqiladihavo kompressori yordamida - taxminan 0,35 MPa gacha. Bunday holda, havo isitiladi - taxminan 175 daraja haroratgacha va uni sovutish kerak. Ushbu muammoni hal qilgandan so'ng, u qo'shimcha siqilish maydoniga o'tadi, bunda uning bosimi taxminan 0,716 MPa ga oshadi. Olingan havo oqimi, o'z navbatida, azotli gazlar ta'sirida yuqori haroratga - taxminan 270 darajaga qadar isitiladi. Keyin sanoat birligining maxsus maydonida ammiak bilan aralashtiriladi. Tegishli modda, kislota suyuqlikning bug'lanishi natijasida hosil bo'lgan gazsimon holatda dastlab chiqarilganda faollashadi. Bundan tashqari, ammiakni tozalash kerak. Tayyorgarlikdan so'ng gaz isitiladi va havo bilan bir vaqtning o'zida mikserga beriladi. Bu aralashma ham filtrlanadi va tozalashdan so'ng ammiakning konversiyasiga beriladi. Tegishli protsedura juda yuqori haroratda - taxminan 900 daraja platina va rodyum qotishma mashlari yordamida amalga oshiriladi. Konvertatsiya darajasi taxminan 96%.

Ko'rib chiqilayotgan texnologiya bo'yicha kuchsiz azot kislotasini ishlab chiqarish azotli gazlarning hosil bo'lishini o'z ichiga oladi. Ular sanoat birligining maxsus maydoniga keltiriladi, ular sovutiladi. Shu sababli, tozalangan suv bug'lanadi va yuqori bosimli bug' paydo bo'ladi. Sanoat blokining tegishli maydoni orqali amalga oshiriladigan azotli gazlar oksidlovchiga o'tadi. Shuni ta'kidlash kerakki, ularning oksidlanishi qisman oldingi holatda sodir bo'ladikislota ishlab chiqarish bosqichlari. Ammo oksidlovchida u yanada kuchliroq bo'ladi. Bunday holda, azotli gazlar taxminan 335 daraja haroratgacha isitiladi. Keyinchalik, ular maxsus issiqlik almashtirgichda sovutiladi va keyin ular kondensatorga yuboriladi.

Bundan keyin zaif konsentratsiyada nitrat kislota hosil bo'ladi. Undan qolgan azotli gazlarni ajratish kerak - buning uchun ajratuvchi ishlatiladi. Undan nitrat kislota sanoat blokining assimilyatsiya maydoniga beriladi. Kislota keyinchalik apparatning quyida joylashgan joylariga oqadi. Shu bilan birga, u azot oksidi bilan o'zaro ta'sir qiladi, buning natijasida uning kontsentratsiyasi oshadi. Chiqishda u taxminan 55-58% ni tashkil qiladi. U odatda olib tashlanishi kerak bo'lgan erigan oksidlarni o'z ichiga oladi: buning uchun modda jihozning tozalash maydoniga yuboriladi. Issiq havo yordamida kislotadan oksidlar olinadi. Tayyor mahsulot omborga joylashtiriladi yoki mijozga jo'natiladi.

Konsentrlangan kislota ishlab chiqarish: bevosita sintez

Suyultirilgan nitrat kislota ishlab chiqarish qanday amalga oshirilishini ko'rib chiqib, biz konsentrlangan moddaning ajralib chiqish xususiyatlarini o'rganamiz. Xom ashyodan azot oksidi shaklida to'g'ridan-to'g'ri sintez qilish yo'li bilan kislota ishlab chiqarish tegishli profildagi korxonalarda qo'llaniladigan eng tejamkor texnologiyalardan biridir.

Ushbu usulning mohiyati taxminan 5 MPa bosim ostida belgilangan modda, suv va kislorod oʻrtasidagi kimyoviy reaksiyani ragʻbatlantirishdan iborat. Azot kislotasini ishlab chiqarish texnologiyasisuyultirilgan asosidagi konsentrlangan tur bir nuancega ega: azot dioksidining suyuq holatga o'tishini atmosferaga yaqin bosim va haroratda ta'minlash mumkin. Biroq, ba'zi reaktsiyalarda, mos keladigan moddaning konsentratsiyasi uni normal bosimda suyuq holatga o'tkazish uchun etarli emas va uni oshirish kerak.

Suyultirilgan kislota asosida konsentrlangan kislota ishlab chiqarish

Bunday holda, kislota changni yutish moddalar - masalan, sulfat, fosforik kislota, nitratlarning turli xil eritmalari yordamida konsentratsiyalangan deb taxmin qilinadi. Suyultirilgan sulfat kislota asosida konsentrlangan nitrat kislota ishlab chiqarishning asosiy bosqichlari quyidagilardan iborat.

Birinchidan, xom ashyo 2 oqimga bo'linadi: birinchisi evaporatatorga beriladi, ikkinchisi - sanoat birligining sovuq maydoniga kiradi. Sulfat kislota ikkinchi suyultirilgan nitrat kislota oqimi ustidagi apparat mintaqasiga beriladi. O'z navbatida, bug 'agregatning pastki qismiga etkazib beriladi, bu esa ishlatiladigan aralashmani isitadi, buning natijasida nitrat kislota undan bug'lanadi. Uning bug'lari apparatga ko'tariladi, shundan so'ng ular muzlatgichga olib tashlanadi. U erda kislota bug'lari kondensatsiyalanadi - uning konsentratsiyasi 98-99% ga yetguncha.

Shu bilan birga, ushbu ishlab chiqarish bosqichida mavjud bo'lgan azot oksidlarining bir qismi kislota tomonidan so'riladi. Ular mahsulotdan olinishi kerak: ko'pincha bu maqsadda nitrat kislota bug'lari ishlatiladi, ular kondensatorga yuboriladi. Olingan azot oksidi, shuningdek, kondensat hosil qilmagan kislota bug'lari qurilmaning boshqa joyiga - so'rilish uchun yuboriladi, u erda ular suv bilan ishlov beriladi. Natijada suyultirilgan kislota hosil bo'ladi, u yana kondensatsiya va sovutish uchun beriladi. Tayyor mahsulot omborga yoki mijozga yuboriladi.

Sulfat kislota bilan konsentratsiyaning xususiyatlari

Sanoatda nitrat kislota ishlab chiqarishni xarakterlovchi asosiy vazifa uni tejamkor va samarali konsentratsiyani amalga oshirishdir. Uni hal qilishning optimal sxemasini ishlab chiqishning bir necha yondashuvlari mavjud. Eng keng tarqalganlarini ko'rib chiqish foydali bo'ladi.

Biz yuqorida koʻrib chiqilayotgan moddani konsentratsiyalash uchun sulfat kislotadan foydalanish mumkinligini taʼkidlagan edik. Uni qo'llash samaradorligini oshirishning juda keng tarqalgan usuli mavjud - bug'lanish orqali nitrat kislota konsentratsiyasini oldindan oshirish. Optimal ravishda, sulfat kislota bilan ishlov berishdan oldin, mos keladigan modda taxminan 59-60% konsentratsiyaga ega bo'ladi. Shuni ta'kidlash kerakki, amalda nitrat kislota ishlab chiqarishning ushbu texnologiyasi ekologik tozalikning past darajasi bilan ajralib turadi. Shuning uchun sulfat kislotadan foydalanishga muqobil ravishda nitratlardan foydalanish keng tarqalgan. Keling, ularning xususiyatlarini batafsil o'rganamiz.

Nitratlar bilan konsentratsiya

Ko'pincha magniy yoki sink nitratlar ammiakdan nitrat kislota ishlab chiqarishni tavsiflovchi muammoni hal qilish uchun ishlatiladi. Avvalo, bu usuldan sezilarli darajada ekologik tozasulfat kislotadan foydalanishni o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, ushbu texnologiya yakuniy mahsulot sifatida nitrat kislotaning eng yuqori sifatini taʼminlaydi.

Shu bilan birga, u bir qator kamchiliklarga ega bo'lib, uni keng qo'llashda qiyinchiliklar paydo bo'lishini oldindan belgilab beradi. Birinchidan, bu ishlab chiqarish jarayonining ancha yuqori narxi. Bundan tashqari, ushbu texnologiya ko'p hollarda qattiq maishiy chiqindilarni ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi, ularni qayta ishlash murakkab bo'lishi mumkin.

Azot kislotasi ishlab chiqarishda katalizatorlardan foydalanish

Nitrat kislotasini sanoat ishlab chiqarishda (ko'pincha katalizatorlar ko'rib chiqiladi) ko'rib chiqilayotgan mahsulotni ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo bilan bir qatorda boshqa qanday moddalar ishlatilishini ko'rib chiqish foydali bo'ladi. Ko'rib chiqilayotgan moddalardan foydalanish kislota ishlab chiqarish rentabelligini oshirish, sanoat birligida uni ishlab chiqarish dinamikasini oshirish zarurati bilan bog'liq.

Ko'rib chiqilayotgan mahsulotni ishlab chiqarishda katalizatorga qo'yiladigan asosiy talab - bu harakatning selektivligi. Ya'ni, u yon jarayonlarga ta'sir qilmasdan asosiy kimyoviy reaktsiyaga ta'sir qilishi kerak. Ko'pincha katalizatorlar platina o'z ichiga olgan kislota ishlab chiqarishda ishlatiladi.

Yuqorida biz kuchsiz konsentratsiyali modda yuqori bosimda chiqarilganda platina va rodiyga asoslangan katalizatorlar ishlatilishini ta'kidladik. Ba'zi hollarda palladiy qo'shilgan qotishmalar ham qo'llaniladi. Ammo ulardagi asosiy metallplatina, uning tarkibi odatda 81% dan kam emas. Bu holda katalizatorning mohiyati asosiy kimyoviy reaktsiyaning tez o'tishini rag'batlantirishdir. Qoida tariqasida, u tashqi diffuziya bo'limidan o'tadi.

Jarayon kislorod diffuziyasining katalizator yuzasiga nisbatan chegaralariga bog'liq. Bu xususiyat havodagi konsentratsiyaga nisbatan bir yoki ba'zan katalizator yuzasida nitrat kislota ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo bo'lgan ammiakning yuqori konsentratsiyasini keltirib chiqaradi. To'liq bo'lmagan oksidlanish va azot yoki uning oksidi hosil bo'lishi kuzatiladigan turli xil yon reaksiyalarning solishtirma og'irligini oshirish mumkin. Shu munosabat bilan, sirt yaqinidagi kislorod ammiakni siqib chiqarish uchun etarli miqdorda bo'lishi kerak. Bunday holda, etarlicha chuqur oksidlanishga erishish mumkin bo'ladi.

Ta'kidlash mumkinki, nitrat kislota ishlab chiqarishda platina katalizatorlari bilan bir qatorda birlashgan moddalar ham ishtirok etadi. Xususan, temir-xrom. Ular ko'rib chiqilayotgan moddani ishlab chiqarishni tavsiflovchi iqtisodiy xarajatlarni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.

Shunday qilib, biz nitrat kislota ishlab chiqarish usullarini ko'rib chiqdik, uning asosiy turlarini aniqladik. Nitrat kislota ishlab chiqarishning qancha bosqichlarini amalga oshirish kerakligi uning turiga, shuningdek, tegishli moddani chiqarishning o'ziga xos texnologiyasiga bog'liq. Iqtisodiyotning ko‘plab sohalarida talab yuqori bo‘lgan ushbu mahsulotni sanoat ishlab chiqarishi qanday qiyinchiliklar bilan tavsiflanishini hozir ko‘rib chiqish maqsadga muvofiq bo‘lardi.

Asosiy muammolarnitrat kislota ishlab chiqarish

Shunday qilib, biz allaqachon bilganimizdek, nitrat kislotani kontakt usuli bilan ishlab chiqarish - zamonaviy sanoatda eng keng tarqalgan usullardan biri, ammiakning oksidlanishini tezlashtirish va hosildorlikni oshirish uchun katalizatordan foydalanishni o'z ichiga oladi. mahsulot. Ko'rib chiqilayotgan mahsulotni ishlab chiqarishdagi asosiy muammo - tegishli katalizatorning ancha yuqori narxi. Biroq, uning selektivligi har doim ham optimal qiymatga etib bormaydi. Bundan tashqari, katalizator uchun asosiy element sifatida ishlatiladigan platinaning muhim qismi ishlab chiqarish jarayonida yo'qolishi mumkin. Natijada, yana mahsulot ishlab chiqarishning iqtisodiy samaradorligi pasayadi.

Azot kislotasini ishlab chiqarishni tavsiflovchi yana bir muammo - bu ekologik. Yuqorida biz sulfat kislotani xom ashyo konsentratsiyasi bilan ishlatish mumkinligini va tegishli ishlab chiqarish tsiklidan o'tib, zararli moddalar hosil bo'lishini ta'kidladik. Bu holatda alternativa nitratlardan foydalanish bo'lishi mumkin - ammo bu yana iqtisodiy xarajatlarning oshishini anglatadi. Biroq, bugungi kunda zamonaviy ishlab chiqaruvchilar uchun ekologik omil ishlab chiqarish rentabelligi darajasi kabi muhimdir.