Производство азотной кислоты. Безводная азотная кислота HNO3 тяжелая бесцветная жидкость плотностью 1520 кгм3 при 15 С. Она замерзает при температуре 47 С и кипит при 85С, При кипении HNO3 частично разлагается с выделением двуокиси азота.
С водой HNO3 смешивается в любых соотношениях, выделяя тепло, а с двуокисью азота образует нитроолеум.
Концентрированная кислота не реагирует с алюминием, хромом и даже железом, поэтому аппаратуру для получения азотной кислоты готовят из xpoмоникелевых сталей, алюминия или из стали, футерованной кислотоупорной керамикой.
Получение слабой азотной кислоты имеет две стадии а окисление аммиака до окиси азота N0 б переработка N0 в азотную кислоту. Окисление аммиака проводятся при температуре 800 900С в присутствии катализатора, изготовленного из сплава платины н родия 5 10 в виде сеток, сплетнных из тонкой проволоки. Кроме платины, могут применяться менее активные катализаторы на основе окиси кобальта или железа с активирующими добавками.
Аммиак может окисляться при 900С и без катализатора, но в этом случае получается не окись азота, а азот 4NH3 3О2 2N3 6Н20 Q. Катализаторы очень чувствительны к примесям сероводорода, пыли и т, д поэтому воздух перед смешением с аммиаком тщательно очищается. На рис. 2 показана схема контактного аппарата для окисления аммиака под атмосферным давлением. Аппарат имеет корпус цилиндрической формы в ней закреплены платино-радиовые сотки 3 4 шт. и поролитовые трубки из пористой керамики для очистки воздушко-амиачной смеси от пыли. Для получения окиси азота в контактный аппарат подают смесь, содержащую 11. Повышать содержание амиака нельзя, так как при 20 С смесь с содержанием 15 28 NH3 становится взрывоопасной.
При прохождении cmcеcи через платиновые сетки аммиак окисляется с образованием N0. Степень окисления аммиака составляет 98. Контактные аппараты, работающие под давлением 1,5 10 am 9,81 104 нм2, мало отличаются от описанных выше, но в них имеется 16 20 сеток и аппаратура более толстостенная.
Переработка окиси азота в разбавленную азотную кислоту осуществляется следующим образом. Выходящие из контактного аппарата нитрозные газы охлаждаются, и окись азота N0 окисляется самопроизвольно кислородом 2NO О2 - 2NO2 Q. Окисление NO в NO2 происходит очень медленно. Для увеличения скорости окисления необходимо понижать температуру реакция аномальная, скорость растет при снижении температуры в отличие от других реакции и испытать дарение при увеличении давления с 1 до 10 am скорость возрастает в 100U раз. Поэтому окисление N0 в N02 и абсорбцию NO2 часто происходит в установках, работающих под давлением 1,5 10 am 0,15 1 Мнм2, что резко сокращает объемы окислительно-абсорбционных башен.
Абсорбция двуокиси азота осуществляется водой по суммарному уравнению 3NO2 Н2О - 2НNО3 NO Q. Нитрит натрия затем окисляется до нитрата натрия. На рис. 3 показана принципиальная схема получения азотной кислоты при атмосферном давлении.
Воздух и аммиак после очистки от примесей подаются в смеситель1, а затем в контактный аппарат 2. Для окисления амиака. Образовавшиеся нитрозные газы при температуре 800С выходят из аппарата и, пройдя котел-утилизатор 3, oхлаждаются до 250С и поступают в кожухотрубный холодильник 4, где дополнительно охлаждаются до 30 С, В холодильнике начитаются окисление N0 до NO2 и конденсация пapoв, воды, при этом частично образуется HNO3 Из холодильника нитрозные газы направляются в абсорбционные насадочные башни 5, в которых окислы азота поглощаются водой таких башен в системе б 8 шт. Прейдя последовательно через эти башни, газы поступают в окислительную башню б, где оставшаяся часть N0 окисляется в NO2 и затем а башни щелочной абсорбции 7. Для поглощения N0 последняя башня орошается водой.
Образовавшаяся слабая кислота охлаждается в холодильниках 8 и с помощью насосов 9 проходит последовательно противотоком газу все поглотительные башни. Кислота 50 HNO3 выводится из первой по ходу газа башни.
Степень переработки окислов азота в азотную кислоту составляет 92, а остальные окислы азота улавливаются в башнях щелочной абсорбции. В установках, работающих под давлением 1,5 10 am 0,15 1 Мнм2 и по комбинированной схеме, степень поглощения окислов азота водой составляет 99, а получаемая кислота более крепкая 60 62. 3. Производство серной кислоты Моногидрат серная кислота 100 H2SO4 представляет собой бесцветную маслянистую жидкость плотностью 1830,3 кгм3, кипящую при 296,2s С и атмосферном давлении и замерзающую при 10,45 С. В технике серной кислотой называют не только моногидрат, но и растворы его в воде различной концентрации H2SO4 Н20. Раствор серного ангидрида SO4 в моногидрате называют олеумом H2SO4 SO3.При применении, транспортировке и производстве необходимо знать температуры плавления и кипения серной кислоты.
При повышении концентрации серной кислоты от 0 до 64,35 до 100 образуются шесть индивидуальных химических соединений гидратов, которые в твердом виде взаимно нерастворимы, а образуют эвтектические смеси.
С увеличением концентрации SO3 от 64,35 до 100 при кристаллизации образуются твердые растворы. Все сорта выпускаемой кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям, т концентрации, имеющие низкие температуры кристаллизации. Например, 75-ная, 93,3-ная серная кислота, олеум SO3своб 18,07 имеют температуры кристаллизации, равные соответственно 41 37,85 17,05 G. Серная кислота находит широкое применение в промышленности.
Примерно половина производимой серной кислоты расходуется на производство удобрений и кислот. Она применяется для травления стальных изделий перед лужением, хромированием и т.п. очистки нефтепродуктов от непредельных и сернистых соединений, для производства ряда красителей, лаков и красок, лекарственных веществ, некоторых пластмасс, спиртов, ядохимикатов, синтетических моющих средств, искусственного шелка, в текстильной промышленности для обработки тканей или волокна перед крашением, а также дли производства крахмала, патоки и т. д. Концентрированная серная кислота и олеум используют как водоотнимающее средства при производстве взрывчатых веществ нитроглицерина, пироксила, тротила и др концентрировании азотной кислоты и т. д. В связи с дальнейшим развитием промышленности и совершенство техники возникают новые отрасли потребления серной кислоты, поэтому ее производство с каждым годом растет табл. 1. Таблица 1 Производство серной кислоты в СНГ в млн. т В промышленности серную кислоту получают нитрозным и контактным способами.
Независимо от способа производства сначала получают сернистый ангидрид SO2, который затем перерабатывают в серную кислоту. 4.