Производство азотной кислоты по комбинированной схеме в агрегате АК-72. Стадия окисления аммиака

По требованию.

Не более 0,004

Гравиметрический метод. ГОСТ 701-89, п.3.5

4. Массовая доля хлоридов (в пересчете на хлор).

1 раз в смену.

Не более 0,006 % в расчете на 100 % HNO₃

Меркуриметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 2,3.

25. Азотная кислота с 1,6,7,8 тарелок абсорбционной колонны поз. К-31, Аn-217 на аппарате.

1. Массовая доля азотной кислоты HNO_3.

По требованию.

40 ч 60

По плотности и температуре. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 4.0.

26. Нитрозный газ после промывателя поз. К-27 Аn-214, на трубопроводе.

1. Массовая концентрация аммиачной селитры NH₄NO₃.

1 раз в смену, в период пуска - через 5-10 мин.

В период пуска: не более 500 мг/мі, При норм, работе: 100 ч 200 мг/мі

Фотоколориметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 15.

27. Нитрозный газ после абсорбционной колонны поз. К-31 Аn-213, на трубопроводе.

1. Объемная доля оксидов азота NОx.

2 раза в смену, по требованию.

Не более 0,1

Фотоколориметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 12.

2. Объемная доля кислорода О₂.

2 раза в смену, по требованию.

2,0 ч 2,7

Метод вольюмометри-ческий. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 6.5.

Показания и ре-гистрация непреры-вные на щите УНК.

2,0 ч 2,7

Инструментальный метод. Газоанализатор ГТМК-16М. Отн. погр. ± 10.

28. Очищенные газы на выходе из реактора каталитической очистки поз. Р-40 Аn-222, на аппарате.

1. Объемная доля метана CH₄.

1 раз в сутки, по требованию, кроме выходных дней.

0,1 ч 0,2

Хроматографический метод Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 6,0.

2. Объемная доля оксида углерода CO.

1 раз в сутки, по требованию.

0,1 ч 0,16

Хроматографический метод Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 4,0.

3. Объемная доля оксидов азота NOx.

1 раз в сутки, по требованию.

Не более 0,005, При пуске - до 0,02

Фотоколориметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 12.

29. Смесь дымовых и выхлопных газов на выходе из подогревателя поз. Т-53 Аn-223, на аппарате.

1. Объемная доля оксидов азота NOx.

1 раз в сутки, по требованию.

Не более 0,008

Фотоколориметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 12.

2. Объемная доля оксида углерода CO.

1 раз в сутки, по требованию, кроме выходных дней.

Не более 0,15

Хроматографический метод Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 4,0.

3. Объемная доля кислорода O₂.

1 раз в сутки, по требованию, кроме выходных дней.

0,2 ч 0,5

Хроматографический метод Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 6,0.

30. Деаэрированная вода после деаэратора поз. Э-19, на аппарате.

1. Прозрачность по шрифту.

1 раз в сутки.

Не менее 40 см

Визуальный метод. ОСТ 108.034-81, приложение 3, п.1.

2. Молярная концентрация эквивалента жесткости.

1 раз в смену и 1 раз в сутки со среднесуточной пробы.

Не более 0,01 ммоль/дмі

Титриметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.3.

3. Массовая концентрация железа (Fe).

1 раз в неделю.

Не более 100 мкг/дмі

Фотоколориметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.11.

4. Массовая концентрация растворенного кислорода O₂.

2 раза в смену.

Не более 30 мкг/дмі

Титриметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.6.

5. Водородный показатель при 25 ?С (pH).

1 раз в смену.

8,5 ч 9,5

Потенциометрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.6.

6. Молярная кон-центрация экви-валента щелочности.

1 раз в смену и 1 раз в сутки со средне-суточной пробы.

Не нормируется

Титриметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3.

7. Массовая концентрация солей.

3 раза в сутки.

Не более 200 мг/л

Кондуктометрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.5.

8. Массовая концентрация аммиака своб. NH₃.

1 раз в смену.

Отсутствие,

Фотоколориметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.10.

9. Массовая концентрация хлоридов.

1 раз в сутки.

Не более 7 мг/л

Меркуриметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.4.

31. Продувочная вода из барабана котла (чистый отсек) поз. Э-14, на аппарате.

1. Прозрачность.

1 раз в смену.

Не менее 40 см

Визуальный метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.1.

2. Молярная кон-центрация экви-валента щелочности.

1 раз в смену.

Не менее 500 мкмоль/дмі

Титриметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3 п.2.

3. Массовая концентрация солей.

2 раза в смену.

Не более 1500 мг/л

Кондуктометрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.5.

4. Массовая концентрация фосфатов.

2 раза в смену.

Не более 15 мг/л,

Фотоколориметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.17.

5. Массовая концентрация железа (Fe).

1 раз в неделю.

Не более 100 мкг/л

Фотоколориметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.11.

32. Продувочная вода из барабана (солевой отсек) поз. Э-14, на аппарате.

1. Прозрачность.

1 раз в смену.

Не менее 40 см

Визуальный метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.1.

2. Молярная кон-центрация экви-валента щелочности.

1 раз в смену.

Не менее 500 мкмоль/дмі

Титриметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3 п.2.

3. Массовая концентрация солей.

2 раза в смену.

Не более 3000 мг/л

Кондуктометрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.5.

4. Массовая концентрация фосфатов.

2 раза в смену.

Не более 50 мг/л

Фотоколориметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.7.

5. Массовая концентрация железа (Fe).

1 раз в неделю.

Не более 100 мкг/л

Фотоколориметрический метод. ОСТ 108.034.03-81, приложение 3, п.11.

33. Пар насыщенный после барабана котла, поз. Э-14, на аппарате.

1. Массовая концентрация солей.

2 раза в смену.

300 мкг/л

Кондуктометрический метод Сборник УМАК HNO₃.

2. Массовая концентрация свободного аммиака.

1 раз в смену.

Отсутствие

Фотоколориметрический метод Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 7.

3. Водородный показатель, (pH).

1 раз в сутки.

6,0 ч 9,0

Потенциометрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 1.

4. Массовая концентрация CO₂.

1 раз в неделю.

Не более 20 мг/л

Титриметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 10.

34. Пар перегретый после котла-утилизатора, поз. Э-13, на трубопроводе.

1. Массовая концентрация солей.

2 раза в смену.

300 мкг/л

Кондуктометрический метод Сборник УМАК HNO₃.

2. Массовая концентрация свободного аммиака.

1 раз в смену.

Отсутствие

Фотоколориметрический метод Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 7.

3. Водородный показатель, (pH).

1 раз в смену.

6,0 ч 9,0

Потенциометрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 1.

4. Массовая концентрация CO₂.

1 раз в неделю.

Не более 20 мг/л

Титриметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 10.

35. Азотная кислота из хранилищ (продукционная кислота).

1. Массовая доля HNO₃.

1 раз в неделю, по требованию.

Не менее 58

По уд. весу и температуре. Отн. погр. ± 4.

2. Массовая доля оксидов азота N₂O₄.

По требованию.

Не более 0,05

Титриметрический метод. ГОСТ 701.89, п.3.4

3. Массовая доля твердого остатка.

В конце месяца.

Не более 0,004

Гравиметрический метод. ГОСТ 701-89, п.3.5

36. Конденсат азотной кислоты из емкости поз. Е-52 Аn-227, на аппарате.

1. Массовая концентрация NH₄NO₃.

По требованию перед подачей на переработку.

Не более 2 мг/дмі

Фотоколориметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 10.

2. Массовая концентрация хлоридов.

По требованию перед подачей на переработку.

Не более 5 мг/дмі

Меркуриметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 12.

3. Массовая доля азотной кислоты HNO₃.

По требованию перед подачей на переработку.

Не более 15

По плотности и температуре. Отн. погр. ± 4.

37. Азотная кислота после насосов Н-101, на трубопроводе.

Массовая доля азотной кислоты HNO₃.

6 раз в смену.

Не менее 58

ГОСТ 701-89, п.3.2

38. Речная вода на подпитку ВОЦ, на трубопроводе.

1. Водородный показатель (pH).

По требованию.

7,5 ч 8,1

Потенциометрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 1.

39. Конденсат водяного пара после промывки нитрозного нагнетателя и линий сброса нитрозного газа.

Массовая концентрация аммиачной селитры.

По требованию.

Не более 1 г/л

Титриметрический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 17.

40. Воздушная среда в аппаратах, емкостях после продувок воздухом.

Объемная доля кислорода (О₂).

По требованию. Во время ремонта.

Не менее 20 %

На аппарате ОРСА. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 6,5.

41. Анализ воздуха на содержание горючих смесей.

Объемная доля горючих смесей.

По требованию. При сварочных работах.

Отсутствие

На аппарате ОРСА. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 6,5.

42. Азот технический газообразный.

Объемная доля кислорода (О₂).

Периодически. Во время продувок.

Не более 0,1 %

Хроматографический метод. Сборник УМАК HNO₃. Отн. погр. ± 4.0. Или на аппарате ОРСА. Отн. погр. ± 6,5.



2. Практическая часть

2.1 Материальный баланс окисления аммиака

Исходные данные для расчета:

Вариант	2
Степень превращения аммиака в оксид азота определяется уравнением	К1 = 0,97 + 0,0046•Рк - 0,036•Рк2 = 0,97 + 0,0046•0,42 - 0,036• 0,422 = 0,9656
Давление контактирования Рк, МПа	0,42
Степень абсорбции оксидов азота К2	0,94
Содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси К3, мас. д., %	7,4
Температура воздуха, єС	30
Давление насыщенного водяного пара при заданной температуре Ptн, мм рт. ст.	31,82

Балансовое уравнение производства азотной кислоты из аммиака можно записать следующим образом:

NH₃ + 2О₂ = НNО₃ + Н₂О + 411,2 кДж/моль

В соответствии с балансовым уравнением из 1 кмоль NH₃ образуется 1 кмоль НNO₃. Количество аммиака, необходимое для производства 380000 т НNO₃ составит: т = 112860000 кг, где 63 - молекулярная масса НNO₃, а 17 - NH₃; или м³.

Вычисляем необходимый объем воздуха: кг, где 29,0 - молекулярная масса воздуха.

С газом поступает водяных паров: , где 760 - атмосферное давление, мм.рт.ст. или кг.

сухого воздуха:

Вычислим поступающие с воздухом объемы кислорода и азота исходя из их процентного содержания в воздухе (21% и 79%):

или кг

или кг

Расчет состава нитрозных газов. По реакции: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O образуется окиси азота: 0,9656 148709647 = 143594035 м³ или кг

паров воды: = м³ или кг

расходуется кислорода: м³ или кг

По реакции: 4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6Н₂О образуется азота:

, м³

или кг

паров воды: м³ или кг

расходуется кислорода: м³ или кг

Произведём расчёт состава нитрозных газов в нижеследующей таблице:

Состав газов:	кг	м3	% (об)
NO	192313440	143594035	7,29
O2	534890419 - (256417920 + 5481013) = 272991486	374423293-(179492544+3836709) = 191094040	9,71
N2	1760680961 + 3197257 = 1763878218	1408544769 + 2557806 = 1411102575	71,67
H2O	173082096 + 6166139 = 179248235	215391052 + 7673418 = 223064470	11,33
Всего:	2408431379	1968855120	100

Вычисляем находящиеся в газе после окисления аммиака объемы и массы по следующим формулам:

а) кислорода

б) азота

г) паров воды

Результаты расчетов сведём в следующую таблицу.



Материальный баланс на 380000 т HNO₃

Приход	Расход
Исходное вещество	кг	м3	продукт	кг	м3
Аммиачно-воздушная смесь: NH3 О2 N2 Н2О	112860000 534890419 1760680961 62607949	148709647 374423293 1408544769 77912115	Нитрозные газы: NO О2 N2 Н2О	192313440 272991486 1763878218 241856184	143594035 191094040 1411102575 300976585
Итого	2471039329	-	Итого	2471039328	-

2.2 Расчёт теплового баланса процесса

Найдем температуру t_x, до которой необходимо нагревать аммиачно-воздушную смесь для обеспечения автотермичности процесса окисления аммиака.

1. Вычисляем общий объем аммиачно-воздушной смеси, необходимый для производства 380000 т азотной кислоты: ,

2. Определяем содержание компонентов аммиачно-воздушной смеси:

- аммиака:

- сухого воздуха: ,

- воды:

3. Рассчитываем среднюю удельную теплоемкость аммиачно-воздушной смеси:

С_ср = 0,01•(35,8·П_ам + 28,7·П_св + 32,6·П_Н2О) = 0,01•(35,8·7,4 + 28,7·88,72 + 32,6·3,88) = 29,38 кДж/(кмоль·К),

где 35,8; 28,7 и 32,6 - соответственно удельные теплоемкости аммиака, сухого воздуха и паров воды, кДж/(кмоль·К).

4. Определяем теплоту, вносимую аммиачно-воздушной смесью:

,

5. Вычисляем теплоты, выделяемые при протекании реакций (1) и (2):

,

где 907 000 и 1 270 000 - теплоты, выделяющиеся при образовании 1 кмоль оксида азота и молекулярного азота.

6. Находим общий объем нитрозного газа, поступающего в котел - утилизатор:

,

7. Определяем массовую концентрацию компонентов нитрозного газа:

- окиси азота:

,

- кислорода:

- азота

- паров воды:

8. Вычисляем среднюю удельную теплоемкость нитрозного газа:

С^н_ср = 0,01•(31,68·П_NO + 32,3·П_О2 + 30,8·П_N2 + 37,4·П_вод ) = 0,01• (31,68·7,02 + +32,3·9,34 + 30,8·68,94 + 37,4·14,7) = 31,97 кДж/(кмоль·К)

где 31,68; 32,3; 30,8 и 37,4 - удельные теплоемкости компонентов нитрозного газа при температуре t_г, кДж/(кмоль·К).

9. Рассчитываем теплоту, уносимую нитрозными газами, когда контактный аппарат и котел-утилизатор смонтированы в виде единого аппарата, то есть t_г = t_к.

Температура контакта рассчитывается следующим образом:

t_к = 1055 + 177 • Р_к = 1055 + 177 • 0,42 = 1129,34 К

или t_к = 1129,34 - 273 = 856,34 °С.

/ч

10. Определяем теплопотери в окружающую среду. Теплопотери в окружающую среду от прихода теплоты составляют К₄ = 0,04:

,

11. Приравнивая приход теплоты расходу, составляем уравнение теплового баланса:

,

и решаем его относительно t_x:

= 655 К,

Тогда:

,

Заполним таблицу теплового баланса:

Приход, кДж	Расход, кДж
Теплота, вносимая аммиачно-воздушной смесью	1006872684336	Теплота, уносимая нитрозными газами	2501550672724
Теплота, выделяемая при протекании реакции (1) и (2)	1598587547154
		Потери в окружающую среду	104218409260
Всего	2605460231490	Всего	2605769081984

Разница в итоге прихода и расхода составляет 0,012%, что допустимо для таких расчётов. Следовательно, баланс сошёлся.



Заключение

Цель курсовой работы, поставленная в начале достигнута, задачи решены. В результате исследования теоретических основ производства азотной кислоты можно сделать следующие выводы.

Азотную кислоту применяют в следующих сферах народного хозяйства:

сельском хозяйстве (аммиачная селитра, комплексные минеральные удобрения);

- производстве взрывчатых веществ;

- производстве красителей и иных химикатов;

- производстве ракетного топлива (оксиды азота и азотная кислота);

- производстве искусственного шелка;

- производстве лекарственных препаратов;

- производстве серной кислоты.

По объему производства азотная кислота занимает 2-е место. В промышленности получают:

1) неконцентрированную АК (45-60%);

2) концентрированную АК (90%).

Кислота азотная неконцентрированная, полученная абсорбцией оксидов азота водой, используется для получения плава аммиачной селитры, сложных удобрений, для окислительных процессов травления металлов для производства концентрированной азотной кислоты.

Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности являются атмосферный воздух и различные виды водородсодержащего сырья (уголь, сланцы, газ и др.). Одной из составных частей воздуха является азот, который используется в процессах получения аммиака, цианамида кальция и других продуктов азотной технологии. Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья - углеводородами, применяемым для получения водорода или водородсодержащего газа. Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода. Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака.

Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной кислоты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется, как правило, в скруббере, а затем в двухступенчатом фильтре.

В первой главе работы также была охарактеризована технологическая схема получения азотной кислоты в агрегате АК-72. Во второй (практической) части работы были успешно составлены материальный и тепловой балансы стадии окисления аммиака.



Список использованных источников

1. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры [Текст]: Л., Машиностроение, 1970. - 752 с.

2. Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Очистка технологических газов. Синтез аммиака [Текст], 2-е изд., перераб., М.: Химия, 1986. - 512 с.

3. Расчеты по технологии неорганических веществ [Текст]: учебное пособие / Под ред. П.А. Дыбиной, М.: Высшая школа, 1967. - 524 с.

4. Регламент производства слабой азотной кислоты.

5. М. Бонне, Н.Д. Заичко, М.М. Караваев и др. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности [Текст]: М.: Химия, 1985. - 400с.

6. Технология связанного азота [Текст]: учебник / Под ред. В.И. Атрощенко - Киев: Высшая школа. Головное изд., 1985 - 327с.

7. Нифталиев С. И. Расчеты материальных и тепловых балансов в технологии неорганических веществ [Текст]: учеб. пособие / С. И. Нифталиев, А. В. Астапов, С. Е. Плотникова - Воронеж: ВГУИТ, 2014. - 52 с.

Размещено на Allbest.ru