Produksyon ng nitric acid sa industriya: teknolohiya, mga yugto, mga tampok

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang Nitric acid ay isa sa mga pinaka-hinihiling na uri ng pang-industriyang hilaw na materyales. Ang produksyon nito ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng iba't ibang pamamaraan - depende sa iba't kung saan ang acid ay dapat ibigay sa customer. Ano ang kakanyahan ng mga nauugnay na teknolohiya? Paano sila maihahambing sa uri ng nitric acid na ginawa sa pabrika?

Industrial production ng nitric acid: isang kasaysayan ng pag-unlad ng teknolohiya

Una sa lahat, magiging kapaki-pakinabang na pag-aralan ang mga makasaysayang katotohanan tungkol sa kung paano nabuo ang produksyon ng nitric acid sa Russia. Sa domestic na industriya, ang pagpapalabas ng sangkap na ito, ayon sa magagamit na impormasyon, ay pinasimulan sa ilalim ni Peter I. Kasunod nito, iminungkahi ni M. V. Lomonosov ang isang paraan para sa paggawa ng nitric acid mula sa s altpeter - ang sangkap na ito ay talagang itinuturing na pangunahing hilaw na materyal para sa produksyon. ng sangkap na pinag-uusapan hanggang sa simula ng ika-20 siglo.

Kasama ang s altpeter, ang paggawa ng nitric acid sa industriya ay isinagawa gamit ang sulfuric acid. Ang dalawang sangkap na isinasaalang-alang, na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, ay nabuo ng nitric acid at sodium sulfur oxide. Ang bentahe nitoang pamamaraan ay ang kakayahang makakuha ng nitric acid sa konsentrasyon na humigit-kumulang 96-98% (napapailalim sa paggamit ng mga hilaw na materyales ng kinakailangang kalidad).

Ang kaukulang teknolohiya ay aktibong napabuti - pabor sa pagtaas ng bilis ng pagproseso ng mga hilaw na materyales at pagtiyak ng output ng mas malaking dami ng produkto. Ngunit unti-unti itong nagbigay daan sa konsepto na ang paggawa ng nitric acid ay isinasagawa sa pamamagitan ng contact oxidation ng ammonia.

Gayundin, naimbento ang isang paraan kung saan ang nitric oxide, na nakuha sa pamamagitan ng arc oxidation ng kaukulang gas mula sa atmospera, ay ginamit bilang pangunahing hilaw na materyal para sa paggawa ng acid. Mayroong malawak na pananaw na ang unang paraan ay mas matipid.

Sa pagpapabuti ng mga teknolohikal na diskarte sa paggawa ng nitric acid, nabuo ang isang diskarte kung saan ang pinakamainam na opsyon para sa paggawa ng kaukulang sangkap ay ang paggamit ng pang-industriyang imprastraktura na tumatakbo sa ilalim ng mataas na presyon. Ang isang alternatibo dito ay ang paggawa ng acid sa atmospheric pressure, na itinuturing na hindi gaanong kumikita mula sa isang pang-ekonomiyang punto ng view.

Ang paglabas ng isang substance sa normal o mataas na presyon ay kinabibilangan ng paggawa ng nitric acid mula sa ammonia. Mayroon ding pinagsamang pamamaraan na pinagsasama ang mga pakinabang ng dalawa pang iba. Ang mga tampok ng paggawa ng nitric acid sa pamamagitan ng pinagsamang pamamaraan ay, una, sa oksihenasyon ng ammonia sa presyon ng atmospera, at ang pagpapatupad ng pagsipsip nito - sanadagdagan.

Ang Ammonia ay itinuturing na ngayon ang pangunahing hilaw na materyal para sa pagpapalabas ng pinag-uusapang sangkap, kasama ng tubig at hangin sa atmospera. Pag-aralan natin ang mga detalye ng paggamit ng mga ito sa paggawa ng acid nang mas detalyado.

Nitric acid feedstock

Kaya, ang pangunahing hilaw na materyales na ginagamit sa paggawa ng pinag-uusapang substance ay ammonia, hangin, at tubig din.

Ito ay nangangailangan ng paggamit ng purified ammonia. Upang gawin ito, ito ay dinadalisay sa mga espesyal na kagamitan sa pagsingaw at paglilinis sa loob ng balangkas ng iba't ibang mga siklo ng produksyon. Katulad nito, ang malinis na hangin ay dapat gamitin kapag naglalabas ng nitric acid. Sinasala din ito gamit ang mga espesyal na kagamitan. Sa turn, ang tubig na ginagamit sa paggawa ng nitric acid ay dinadalisay mula sa mga impurities at s alts. Sa maraming pagkakataon, dapat gamitin ang purong condensate para makuha ang pinag-uusapang substance.

Pag-aralan natin kung anong mga uri ng pinag-uusapang substance ang maaaring iharap, gayundin kung paano ginagawa ang bawat uri ng nitric acid.

Mga uri ng nitric acid at ang mga pangunahing yugto ng paglabas nito

Mayroong 2 uri ng nitric acid na ginawa sa mga modernong pang-industriyang halaman - diluted at concentrated. Ang paggawa ng dilute nitric acid ay isinasagawa sa loob ng 3 pangunahing yugto:

• conversion ng ammonia (ang huling produkto nito ay nitric oxide);
• gumagawa ng nitrogen dioxide;
• pagpapatupad ng pagsipsip ng mga nitrogen oxide sapaggamit ng tubig.

Ang paggawa ng dilute nitric acid ay laganap sa mga modernong pang-industriya na negosyo sa ilalim ng tinatawag na AK-72 scheme. Ngunit mayroong, siyempre, iba pang mga teknolohiya para sa pagpapalabas ng sangkap na ito.

Sa turn, ang paggawa ng concentrated nitric acid ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng pagtaas ng antas ng katumbas na substance sa dilute form o sa pamamagitan ng direktang synthesis. Ang unang paraan, bilang isang panuntunan, ay ginagawang posible na makakuha ng isang solusyon sa acid sa isang konsentrasyon na humigit-kumulang 68%, na maaaring hindi sapat para sa aplikasyon ng sangkap na pinag-uusapan sa isang bilang ng mga lugar. Samakatuwid, ang paraan ng direktang synthesis ay karaniwan din, na ginagawang posible na makakuha ng isang sangkap sa isang konsentrasyon na humigit-kumulang 97-98%.

Tingnan natin nang maigi kung paano nagagawa ang nitric acid sa isang anyo o iba pa. Sa itaas, nabanggit namin na ang pagpapakawala ng isang diluted substance ay maaaring isagawa ayon sa AK-72 scheme. Pag-aralan muna natin ang mga detalye nito.

Paggawa ng dilute acid gamit ang AK-72 technology

Ang isinasaalang-alang na pamamaraan, kung saan isinasagawa ang paggawa ng nitric acid, ay kinabibilangan ng paggamit ng closed cycle, na sinamahan ng:

• ammonia conversion;
• pinalamig na nauugnay na mga gas sa presyon na humigit-kumulang 0.42-0.47 MPa:
• gumaganap ng pagsipsip ng mga oxide sa ilalim ng presyon ng order na 1.1-1.26 MPa.

Ang huling produkto ng AK-72 scheme ay nitric acid sa konsentrasyon na humigit-kumulang 60%. Produksyon ng nitric acid sa loobang teknolohiyang isinasaalang-alang ay isinasagawa sa loob ng balangkas ng mga yugto tulad ng:

• pagtitiyak ng pagpasok ng hangin mula sa atmospera papunta sa pang-industriyang yunit at paglilinis nito;
• pag-compress ng hangin, na naghihiwalay sa mga teknolohikal na daloy;
• pagsingaw ng ammonia, paglilinis ng kaukulang gas mula sa langis at iba pang mga dumi, pati na rin ang kasunod na pag-init nito;
• paghahalo ng purified ammonia at hangin, kasunod na paglilinis ng halo na ito at ang paglipat nito sa catalyst;
• pagkuha ng mga nitrous gas at paglamig ng mga ito;
• pagkolekta ng condensate na may nitric acid;
• konsentrasyon at pagsipsip ng nitric acid;
• pagpapalamig at paglilinis ng resultang produkto.

Ang tapos na acid ay ipinapadala sa imbakan o customer.

Kasabay ng teknolohiyang isinasaalang-alang para sa paggawa ng nitric acid - AK-72, isa pang tanyag na konsepto para sa pagpapalabas ng kaukulang sangkap ang ginagamit, na kinabibilangan ng pagtiyak sa pagpapatakbo ng pang-industriyang imprastraktura sa presyon na humigit-kumulang 0.7 MPa. Isaalang-alang ang mga feature nito.

Teknolohiya sa pagpapalabas ng produkto sa ilalim ng presyon 0.7 MPa: mga nuances

Ang teknolohiyang pinag-uusapan ay gumagawa ng hindi puro nitric acid bilang alternatibo sa konsepto ng AK-72. Kabilang dito ang pagpapatupad ng mga sumusunod na yugto ng pagpapalabas ng pinag-uusapang substance.

Una sa lahat, tulad ng sa nakaraang teknolohiya, nililinis ang hangin sa atmospera. Para sa layuning ito, bilang panuntunan, ginagamit ang isang dalawang yugto na filter. Dagdag pa, ang hangin na nalinis ay pinipigasa pamamagitan ng isang air compressor - hanggang sa humigit-kumulang 0.35 MPa. Sa kasong ito, ang hangin ay pinainit - hanggang sa temperatura na humigit-kumulang 175 degrees, at dapat itong palamig. Matapos malutas ang problemang ito, napupunta ito sa lugar ng karagdagang compression, kung saan tumataas ang presyon nito sa humigit-kumulang 0.716 MPa. Ang nagresultang daloy ng hangin, sa turn, ay pinainit sa isang mataas na temperatura - mga 270 degrees sa pamamagitan ng pagkilos ng mga nitrous gas. Pagkatapos ay ihalo ito sa ammonia sa isang espesyal na lugar ng yunit ng industriya. Ang kaukulang sangkap ay isinaaktibo kapag ang acid ay pinakawalan sa simula sa isang gas na estado, na nabuo dahil sa pagsingaw ng likido. Bilang karagdagan, ang ammonia ay dapat na dalisayin. Pagkatapos ng paghahanda, ang gas ay pinainit at pinapakain sa panghalo nang sabay-sabay sa hangin. Ang halo na ito ay sinala din at, pagkatapos ng paglilinis, ay pinapakain sa conversion ng ammonia. Ang kaukulang pamamaraan ay isinasagawa gamit ang platinum at rhodium alloy meshes sa napakataas na temperatura - mga 900 degrees. Ang rate ng conversion ay humigit-kumulang 96%.

Ang paggawa ng mahinang nitric acid ayon sa teknolohiyang isinasaalang-alang ay kinabibilangan ng pagbuo ng mga nitrous gas. Dinala sila sa isang espesyal na lugar ng pang-industriya na yunit, kung saan sila ay pinalamig. Dahil dito, ang purified water ay sumingaw at ang hitsura ng singaw na may mataas na presyon. Isinasagawa sa naaangkop na lugar ng pang-industriyang yunit, ang mga nitrous gas ay lumipat sa oxidizer. Dapat tandaan na ang kanilang oksihenasyon ay bahagyang nangyayari na sa nakaraanmga hakbang sa paggawa ng acid. Ngunit sa oxidizer ito ay nagiging mas matindi. Sa kasong ito, ang mga nitrous gas ay pinainit sa temperatura na humigit-kumulang 335 degrees. Kasunod nito, pinapalamig ang mga ito sa isang espesyal na heat exchanger, at pagkatapos ay ipinadala ang mga ito sa condenser.

Pagkatapos nito, ang nitric acid ay nabuo sa mahinang konsentrasyon. Kinakailangan na paghiwalayin ang natitirang mga nitrous gas mula dito - isang separator ang ginagamit para dito. Mula dito, ang nitric acid ay pinapakain sa lugar ng pagsipsip ng yunit ng industriya. Ang acid ay kasunod na dumadaloy sa mga lugar ng apparatus sa ibaba. Kasabay nito, nakikipag-ugnayan ito sa mga nitrogen oxide, bilang isang resulta kung saan tumataas ang konsentrasyon nito. Sa output, ito ay tungkol sa 55-58%. Karaniwan itong naglalaman ng mga dissolved oxide na dapat alisin: para dito, ang sangkap ay ipinadala sa purge area ng yunit. Sa tulong ng pinainit na hangin, ang mga oxide ay nakuha mula sa acid. Ang tapos na produkto ay inilalagay sa bodega o ipinadala sa customer.

Production ng concentrated acid: direct synthesis

Napag-isipan kung paano isinasagawa ang paggawa ng dilute na nitric acid, pag-aaralan natin ang mga detalye ng pagpapalabas ng isang concentrated substance. Ang produksyon ng acid sa pamamagitan ng direktang synthesis mula sa mga hilaw na materyales sa anyo ng mga nitrogen oxide ay kabilang sa mga pinaka-epektibong teknolohiya na ginagamit sa mga negosyo ng may-katuturang profile.

Ang esensya ng pamamaraang ito ay upang pasiglahin ang isang kemikal na reaksyon sa pagitan ng tinukoy na sangkap, tubig, at oxygen sa ilalim ng presyon na humigit-kumulang 5 MPa. Ang teknolohiya kung saan isinasagawa ang paggawa ng nitric acidpuro uri sa batayan ng isang dilute isa, ay may isang nuance: tinitiyak ang paglipat ng nitrogen dioxide sa isang likido form ay posible sa isang presyon at temperatura malapit sa atmospera. Gayunpaman, sa ilang mga reaksyon, ang konsentrasyon ng kaukulang sangkap ay hindi sapat upang ilipat ito sa isang likidong estado sa normal na presyon, at kailangan itong dagdagan.

Paggawa ng concentrated acid batay sa dilute acid

Sa kasong ito, ipinapalagay na ang acid ay puro sa pamamagitan ng mga absorbent substance - tulad ng sulfuric, phosphoric acid, iba't ibang solusyon ng nitrates. Ang mga pangunahing hakbang sa paggawa ng concentrated nitric acid batay sa diluted sulfuric acid ay ang mga sumusunod.

Una, ang hilaw na materyal ay nahahati sa 2 stream: ang una ay ipinapasok sa evaporator, ang pangalawa - pumapasok sa malamig na lugar ng pang-industriya na yunit. Ang sulfuric acid ay pinapakain sa rehiyon ng apparatus sa itaas ng pangalawang dilute na nitric acid stream. Sa turn, ang singaw ay ibinibigay sa ibabang bahagi ng yunit, na nagpapainit sa pinaghalong ginamit, bilang isang resulta kung saan ang nitric acid ay sumingaw mula dito. Ang kanyang mga singaw ay tumaas sa apparatus, pagkatapos ay inalis ang mga ito sa refrigerator. Doon, ang mga singaw ng acid ay namumuo - hanggang ang konsentrasyon nito ay umabot sa 98-99%.

Kasabay nito, ang ilan sa mga nitrogen oxide na naroroon sa yugto ng produksyon na ito ay sinisipsip ng acid. Dapat silang makuha mula sa produkto: kadalasan, ang mga nitric acid vapors ay ginagamit para sa layuning ito, na ipinadala sa condenser. Ang mga nakuha na nitrogen oxide, pati na rin ang mga acid vapor na hindi bumubuo ng isang condensate, ay ipinadala sa ibang lugar ng apparatus - para sa pagsipsip, kung saan sila ay ginagamot ng tubig. Bilang isang resulta, ang dilute acid ay nabuo, na muling pinapakain sa condensation at paglamig. Ang tapos na produkto ay ipinadala sa bodega o sa customer.

Mga tampok ng konsentrasyon na may sulfuric acid

Ang pangunahing gawain na nagpapakilala sa paggawa ng nitric acid sa industriya ay ang pagpapatupad ng cost-effective at mahusay na konsentrasyon nito. Mayroong ilang mga diskarte sa pagbuo ng isang pinakamainam na pamamaraan para sa paglutas nito. Magiging kapaki-pakinabang na isaalang-alang ang mga kabilang sa pinakakaraniwan.

Nabanggit namin sa itaas na ang sulfuric acid ay maaaring gamitin upang i-concentrate ang pinag-uusapang substance. Mayroong isang medyo karaniwang paraan upang madagdagan ang pagiging epektibo ng paggamit nito - isang paunang pagtaas sa konsentrasyon ng nitric acid sa pamamagitan ng pagsingaw. Pinakamainam, bago ang paggamot na may sulfuric acid, ang kaukulang sangkap ay magkakaroon ng konsentrasyon na mga 59-60%. Dapat pansinin na sa pagsasagawa ang teknolohiyang ito para sa paggawa ng nitric acid ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang antas ng pagkamagiliw sa kapaligiran. Samakatuwid, bilang isang alternatibo sa paggamit ng sulfuric acid, ang paggamit ng nitrates ay karaniwan. Pag-aralan natin ang kanilang mga detalye nang mas detalyado.

Concentration na may nitrates

Kadalasan, ang magnesium o zinc nitrates ay ginagamit upang malutas ang problemang isinasaalang-alang, na nagpapakilala sa paggawa ng nitric acid mula sa ammonia. Una sa lahat, ito ay makabuluhang mas palakaibigan kaysa sa pamamaraankinasasangkutan ng paggamit ng sulfuric acid. Bilang karagdagan, tinitiyak ng teknolohiyang ito ang pinakamataas na kalidad ng nitric acid bilang panghuling produkto.

Kasabay nito, mayroon itong ilang mga pagkukulang, na paunang tinutukoy ang hitsura ng mga paghihirap sa malawakang aplikasyon nito. Una sa lahat, ito ay medyo mataas na halaga ng proseso ng produksyon. Bilang karagdagan, ang teknolohiyang ito sa maraming kaso ay nagsasangkot ng paggawa ng solidong basura, na ang pagproseso nito ay maaaring kumplikado.

Paggamit ng mga catalyst sa paggawa ng nitric acid

Magiging kapaki-pakinabang na isaalang-alang kung ano ang iba pang mga sangkap na ginagamit kasama ng mga pangunahing hilaw na materyales para sa produksyon ng produktong pinag-uusapan sa industriya (kadalasan ang mga catalyst ay itinuturing na ganoon) produksyon ng nitric acid. Ang paggamit ng mga pinag-uusapang substance ay dahil sa pangangailangang pataasin ang kakayahang kumita ng produksyon ng acid, pataasin ang dynamics ng output nito sa isang pang-industriyang yunit.

Ang pangunahing kinakailangan para sa katalista sa paggawa ng produktong pinag-uusapan ay ang pagpili ng pagkilos. Iyon ay, dapat itong makaapekto sa pangunahing reaksyon ng kemikal nang hindi naaapektuhan ang mga side process. Kadalasan, ginagamit ang mga catalyst sa paggawa ng acid, na naglalaman ng platinum.

Sa itaas, nabanggit namin na kapag ang isang mahinang concentrated substance ay inilabas sa mataas na presyon, ginagamit ang mga catalyst batay sa platinum at rhodium. Sa ilang mga kaso, ang mga haluang metal na may pagdaragdag ng paleydyum ay ginagamit din. Ngunit ang pangunahing metal sa kanila ayplatinum, ang nilalaman nito ay karaniwang hindi bababa sa 81%. Ang kakanyahan ng katalista sa kasong ito ay upang pasiglahin ang mabilis na pagpasa ng pangunahing reaksyon ng kemikal. Bilang panuntunan, pumasa ito sa loob ng seksyong panlabas na pagsasabog.

Ang proseso ay nakadepende sa mga limitasyon ng oxygen diffusion na nauugnay sa ibabaw ng catalyst. Ang tampok na ito ay nagdudulot ng mas mataas na konsentrasyon ng ammonia, ang pangunahing hilaw na materyal para sa paggawa ng nitric acid, sa ibabaw ng isa o kung minsan ay ang katalista, kung ihahambing sa konsentrasyon sa hangin. Posibleng dagdagan ang tiyak na gravity ng iba't ibang side reactions kung saan ang hindi kumpletong oksihenasyon at ang pagbuo ng nitrogen o ang oksido nito ay sinusunod. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang oxygen na malapit sa ibabaw ay dapat nasa sapat na halaga upang maalis ang ammonia. Sa kasong ito, magiging posible na makamit ang isang sapat na malalim na oksihenasyon.

Maaaring tandaan na, kasama ng mga platinum catalyst, ang pinagsamang mga sangkap ay kasangkot din sa paggawa ng nitric acid. Sa partikular, iron-chromium. Mababawasan ng mga ito ang mga gastusin sa ekonomiya na nagpapakilala sa paggawa ng pinag-uusapang substance.

Kaya, isinasaalang-alang namin ang mga paraan ng paggawa ng nitric acid, nakilala ang mga pangunahing uri nito. Gaano karaming mga yugto ng produksyon ng nitric acid ang kailangang ipatupad ay depende sa uri nito, pati na rin ang tiyak na teknolohiya para sa pagpapalabas ng kaukulang sangkap. Magiging kapaki-pakinabang ngayon na isaalang-alang kung anong mga kahirapan ang katangian ng industriyal na produksyon ng produktong ito, na in demand sa maraming lugar ng ekonomiya.

Mga pangunahing problema saproduksyon ng nitric acid

Kaya, tulad ng alam na natin, ang paggawa ng nitric acid sa pamamagitan ng paraan ng pakikipag-ugnay - isa sa pinakakaraniwan sa modernong industriya, ay nagsasangkot ng paggamit ng isang katalista upang mapabilis ang oksihenasyon ng ammonia at mapataas ang ani ng ang produkto. Ang pangunahing problema sa paggawa ng produktong isinasaalang-alang ay ang medyo mataas na presyo ng kaukulang katalista. Gayunpaman, ang pagpili nito ay hindi palaging umaabot sa pinakamainam na halaga. Bilang karagdagan, ang isang makabuluhang bahagi ng platinum na ginagamit bilang pangunahing elemento para sa katalista ay maaaring mawala sa panahon ng produksyon. Bilang resulta, muli, bumababa ang cost-effectiveness ng output ng produkto.

Ang isa pang problema na nagpapakilala sa paggawa ng nitric acid ay ang kapaligiran. Sa itaas, nabanggit namin na ang sulfuric acid ay maaaring gamitin sa konsentrasyon ng mga hilaw na materyales, at sa pagdaan sa kaukulang siklo ng produksyon, ang mga nakakapinsalang sangkap ay nabuo. Ang isang alternatibo sa kasong ito ay maaaring ang paggamit ng nitrates - ngunit ito, muli, ay nagpapahiwatig ng pagtaas sa mga gastos sa ekonomiya. Gayunpaman, ang kadahilanan sa kapaligiran para sa mga modernong tagagawa ngayon ay kasinghalaga ng antas ng kakayahang kumita sa produksyon.