ขั้นตอนการผลิตแอมโมเนียมไนเตรต การทบทวนวรรณกรรมเชิงวิเคราะห์ รวมถึงปริมาณน้ำด้วย

9.4. การผลิตแอมโมเนียมไนเตรต

แอมโมเนียมไนเตรตเป็นหนึ่งในปุ๋ยไนโตรเจนประเภทหลัก มีไนโตรเจนอย่างน้อย 34.2% วัตถุดิบสำหรับการผลิตแอมโมเนียมไนเตรตแบบเม็ดคือกรดไนตริก 58-60% และก๊าซแอมโมเนียที่ไม่เข้มข้น

กรดซัลฟิวริก 92.5% ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งปรับสภาพ ซึ่งถูกทำให้เป็นกลางด้วยแอมโมเนียร่วมกับกรดไนตริกไปจนถึงแอมโมเนียมซัลเฟต ในการพ่นเม็ดสำเร็จรูปจะใช้สารลดแรงตึงผิว - สารละลายน้ำ 40% ของสารช่วยกระจายตัว "NF"

ขั้นตอนหลักของการผลิตแอมโมเนียมไนเตรตคือ: การทำให้กรดไนตริกเป็นกลางด้วยก๊าซแอมโมเนีย การได้รับแอมโมเนียมไนเตรตที่มีความเข้มข้นสูงละลาย เม็ดละลาย การระบายความร้อนของเม็ดแอมโมเนียมไนเตรต การบำบัดเม็ดด้วยสารลดแรงตึงผิว - สารช่วยกระจายตัว "NF"; การทำอากาศและไอน้ำให้บริสุทธิ์ก่อนปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ บรรจุภัณฑ์และการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

ด้านล่างนี้เราจะพิจารณาระบบอัตโนมัติของขั้นตอนแรก - การทำให้กรดไนตริกเป็นกลางด้วยแอมโมเนีย - ซึ่งจะกำหนดโหมดการทำงานของขั้นตอนต่อไปเป็นส่วนใหญ่

แผนภาพเทคโนโลยีของกระบวนการกรดไนตริกถูกทำให้ร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน 1 (รูปที่ 9.8) ไปจนถึงอุณหภูมิ 70-80 °C ด้วยไอน้ำจากตัวเครื่อง 2 การวางตัวเป็นกลาง (ITN) ก๊าซแอมโมเนียถูกให้ความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน 3 แล้วก็เข้าไปในเครื่อง 2. กรดไนตริกที่ได้รับความร้อนจะเข้าสู่เครื่องผสม 4, โดยมีการจ่ายกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริกด้วย กรดซัลฟูริกถูกเติมในลักษณะที่ปริมาณแอมโมเนียมซัลเฟตในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปอยู่ในช่วง 0.3-0.7% จากนั้นส่วนผสมของกรดจะเข้าสู่เครื่องทำความร้อน โดยที่ภายใต้ความกดดันใกล้กับบรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 155-165 °C กระบวนการทำให้กรดไนตริกเป็นกลางด้วยแอมโมเนียจะดำเนินการ:

กรดไนตริกและแอมโมเนียถูกจ่ายในลักษณะที่ที่ทางออกจากอุปกรณ์ ITN สารละลายจะมีกรดไนตริกมากเกินไป (ภายใน 2-5 กรัม/ลิตร) ซึ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าแอมโมเนียจะดูดซับได้อย่างสมบูรณ์ในบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา . ในเขตแยกของอุปกรณ์ ITN ไอน้ำของน้ำผลไม้จะถูกแยกออกจากสารละลายที่เดือด และถูกส่งไปเพื่อทำความสะอาดไปยังโซนล้างของอุปกรณ์ ITN ซึ่งประกอบด้วยแผ่นสี่แผ่นและตัวดักน้ำกระเซ็น ไอน้ำคอนเดนเสทของน้ำผลไม้ถูกส่งไปยังแผ่นด้านบน ที่ทางออกจากอุปกรณ์ ITN ไอน้ำของน้ำผลไม้ประกอบด้วย 2-5 กรัม/ลิตร NH 4 NO 3, 1-2 กรัม/ลิตร HNO 3; หากกระบวนการซักถูกต้อง จะไม่มีแอมโมเนียในไอน้ำ

สารละลายแอมโมเนียมไนเตรต 92-93% ที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์ ITN จะถูกเจือจางเล็กน้อยด้วยสารละลายจากส่วนการซักของอุปกรณ์ และที่ความเข้มข้น 89-91% จะถูกส่งไปยังตัวทำให้เป็นกลางขั้นสุดท้าย 5 โดยจะมีการจ่ายแอมโมเนียเพื่อทำให้กรดส่วนเกินเป็นกลางและสร้างสารละลายอัลคาไลน์ (ต้องรักษาแอมโมเนียส่วนเกินไว้ภายใน 0.1 กรัม/ลิตรของ NH 3 อิสระ) จากนั้นสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตจะถูกส่งไปยังแผนกระเหย

กระบวนการอัตโนมัติในขั้นตอนการทำให้เป็นกลาง หน้าที่ของระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติคือการรักษาอัตราส่วนของแอมโมเนียและกรดไนตริกที่ไหลเข้าสู่อุปกรณ์ ITN รักษาค่า pH ที่กำหนดของสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตในอุปกรณ์ ITN รับประกันปฏิกิริยาอัลคาไลน์ของสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตหลังจากการวางตัวเป็นกลางอย่างสมบูรณ์ที่ทางเข้าเครื่องระเหย

สำหรับระบบควบคุม พารามิเตอร์นำหน้าคือพารามิเตอร์ของก๊าซแอมโมเนีย เพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลของความผันผวนของแรงดันแอมโมเนียในเครือข่ายภายนอกต่อคุณภาพของการควบคุมกระบวนการทำให้เป็นกลาง ความดันของก๊าซแอมโมเนียจะถูกรักษาโดยอัตโนมัติที่ทางเข้าหน่วยแอมโมเนียมไนเตรต การไหลของแอมโมเนียเข้าสู่อุปกรณ์ ITN จะถูกรักษาโดยอัตโนมัติโดยใช้ตัวควบคุมการไหล 6, โดยทำหน้าที่ควบคุมวาล์ว 7 .

การจ่ายกรดไนตริกไปยังเครื่องสูบน้ำจะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติในอัตราส่วนที่กำหนดด้วยอัตราการไหลของแอมโมเนียโดยใช้ตัวควบคุมอัตราส่วนการไหล 8 อิทธิพลต่อวาล์วควบคุม 9. การจ่ายกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริกจะถูกปรับโดยอัตโนมัติในอัตราส่วนที่กำหนดพร้อมกับการใช้กรดไนตริกโดยใช้ตัวควบคุมอัตราส่วนการไหล 10 และ 11 และวาล์วควบคุม 12 และ 13 .

อัตราส่วนการใช้กรดไนตริกและแอมโมเนียจะกำหนดปริมาณกรดส่วนเกินไว้ล่วงหน้า เพื่อควบคุมและควบคุมค่า pH ของสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตที่ได้รับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องที่เอาท์พุตของเครื่องสูบน้ำ กรดไนตริกส่วนเกินที่ระบุในสารละลายจะได้รับการดูแลโดยอัตโนมัติโดยตัวควบคุม pH 14 ปรับการจ่ายแอมโมเนียไปยังสถานีสูบน้ำโดยใช้วาล์วควบคุม 15 ติดตั้งบนท่อบายพาสแอมโมเนีย ซึ่งมีแอมโมเนียจำนวนเล็กน้อย (ไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของการไหลทั้งหมด) ระบบดังกล่าวให้การควบคุมคุณภาพที่ดีของกระบวนการทำให้เป็นกลาง

เพื่อให้แน่ใจว่าไอน้ำน้ำผลไม้จะบริสุทธิ์สูงสุดที่เป็นไปได้ในส่วนการซักของอุปกรณ์ ITN การจ่ายไอน้ำคอนเดนเสทของน้ำผลไม้ไปยังแผ่นด้านบนจะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติ การจ่ายคอนเดนเสทจำนวนมากเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์เพื่อหลีกเลี่ยงการเจือจางสารละลายไนเตรตก่อนที่จะระเหย และการจ่ายคอนเดนเสทไม่เพียงพอจะทำให้แผ่นสัมผัสได้ เนื่องจากไอน้ำของน้ำผลไม้ร้อนเกินไป การจ่ายไอน้ำคอนเดนเสทจากน้ำผลไม้ถูกควบคุมโดยใช้ตัวควบคุมอุณหภูมิ 16 อิทธิพลต่อวาล์วควบคุม 17 - เนื่องจากไม่สามารถป้อนสารละลายที่เป็นกรดของแอมโมเนียมไนเตรตเข้าไปในเครื่องระเหยได้ ความเป็นกรดส่วนเกินจึงถูกทำให้เป็นกลางในตัวทำให้เป็นกลาง 5 - การจ่ายแอมโมเนียเข้าไปนั้นถูกควบคุมโดยใช้ตัวควบคุม 18 ค่า pH ของสารละลายที่ทางออกของพรีนิวทรัลไลเซอร์ที่กระทำต่อวาล์วควบคุม 19 .

ระบบควบคุมอัตโนมัติจัดให้มีการควบคุมการให้ความร้อนของแอมโมเนียและกรดไนตริกโดยใช้ตัวควบคุมอุณหภูมิ 20 และ 21 อิทธิพลต่อวาล์วควบคุม 22 และ 23 จ่ายน้ำหล่อเย็นให้กับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 1 และ 2 .

แอมโมเนียมไนเตรตได้มาจากการทำให้กรดไนตริกเป็นกลางด้วยก๊าซแอมโมเนียตามปฏิกิริยา:

NH 3 (ก.) + HNO 3 (ล.) NH 4 NO 3 +144.9 กิโลจูล

ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัตินี้เกิดขึ้นที่ความเร็วสูงและปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก โดยปกติจะดำเนินการที่ความกดดันใกล้กับบรรยากาศ ในบางประเทศ โรงงานวางตัวเป็นกลางทำงานภายใต้ความกดดัน 0.34 MPa ในการผลิตแอมโมเนียมไนเตรตจะใช้กรดไนตริกเจือจาง 47-60%

ความร้อนของปฏิกิริยาการวางตัวเป็นกลางใช้ในการระเหยน้ำและทำให้สารละลายเข้มข้น

การผลิตภาคอุตสาหกรรมประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้: การทำให้กรดไนตริกเป็นกลางด้วยแอมโมเนียที่เป็นก๊าซในอุปกรณ์ปั๊มความร้อน (การใช้ความร้อนการทำให้เป็นกลาง); การระเหยของสารละลายดินประสิว การละลายของดินประสิว การระบายความร้อนของเม็ด การแปรรูปเม็ดด้วยสารลดแรงตึงผิว การบรรจุ การเก็บรักษาและการบรรจุดินประสิว การทำให้ก๊าซเรือนกระจกและน้ำเสียบริสุทธิ์ มีการแนะนำสารเติมแต่งเมื่อทำให้กรดไนตริกเป็นกลาง

รูปที่ 1 แสดงแผนภาพของหน่วย AS-72 ที่มีกำลังการผลิตขนาดใหญ่ที่ทันสมัย ​​โดยมีกำลังการผลิต 1,360 ตัน/วัน

ข้าว. 1.

1 - เครื่องทำความร้อนกรด; 2 - เครื่องทำความร้อนแอมโมเนีย; 3 - อุปกรณ์ ITN; 4 - พรีเป็นกลาง; 5 - เครื่องระเหย; 6 - ถังแรงดัน; 7, 8 - เครื่องบดย่อย; 9, 23 แฟน; 10 - เครื่องฟอกซักผ้า; 11 - กลอง; 12.14 - สายพานลำเลียง 13 - ลิฟต์; อุปกรณ์เตียงฟลูอิไดซ์ 15 เตียง; 16 - หอคอยแกรนูล; 17 - การสะสม; 18, 20 - ปั๊ม; 19 - ถังว่ายน้ำ; ตัวกรอง 21 ตัวสำหรับการว่ายน้ำ 22 - เครื่องทำความร้อนอากาศ

กรดไนตริก 58-60% ที่เข้ามาจะถูกให้ความร้อนในเครื่องทำความร้อน 1 ถึง 70-80 o C ด้วยไอน้ำจากน้ำผลไม้จากอุปกรณ์ ITN 3 และจ่ายให้เป็นกลาง ก่อนอุปกรณ์ 3 กรดฟอสฟอริกความร้อนและกรดซัลฟิวริกจะถูกเติมลงในกรดไนตริกในปริมาณ 0.3-0.5% P 2 O 5 และแอมโมเนียมซัลเฟต 0.05-0.2% โดยขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

ปั๊มลูกสูบจ่ายกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริก ซึ่งควบคุมประสิทธิภาพได้ง่ายและแม่นยำ หน่วยนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์วางตัวเป็นกลางสองตัวที่ทำงานขนานกัน นอกจากนี้ยังมีการจัดหาก๊าซแอมโมเนียที่นี่โดยให้ความร้อนในเครื่องทำความร้อน 2 โดยไอน้ำคอนเดนเสทถึง 120-130 o C ปริมาณของกรดไนตริกและแอมโมเนียที่ให้มาจะถูกควบคุมเพื่อให้ที่ทางออกจากอุปกรณ์ปั๊มความร้อนสารละลายมีกรดไนตริกมากเกินไปเล็กน้อย ทำให้สามารถดูดซับแอมโมเนียได้อย่างสมบูรณ์

ในส่วนล่างของอุปกรณ์ กรดจะถูกทำให้เป็นกลางที่อุณหภูมิ 155-170°C เพื่อให้ได้สารละลายที่มี 91-92% NH 4 NO 3 ในส่วนบนของอุปกรณ์ ไอน้ำ (ที่เรียกว่าไอน้ำจากน้ำผลไม้) จะถูกชะล้างออกจากการกระเด็นของแอมโมเนียมไนเตรตและไอ HN0 3 ความร้อนส่วนหนึ่งจากไอน้ำของน้ำผลไม้ถูกใช้เพื่อให้ความร้อนแก่กรดไนตริก จากนั้นไอน้ำน้ำผลไม้จะถูกส่งไปทำความสะอาดเพื่อล้างเครื่องฟอกแล้วปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ

สารละลายที่เป็นกรดของแอมโมเนียมไนเตรตจะถูกส่งไปยังตัวทำให้เป็นกลางขั้นสุดท้าย 4 โดยที่แอมโมเนียจะถูกจ่ายในปริมาณที่จำเป็นเพื่อทำให้สารละลายเป็นกลางอย่างสมบูรณ์ จากนั้นสารละลายจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องระเหย 5 เพื่อนึ่งเพิ่มเติม ซึ่งดำเนินการโดยใช้ไอน้ำภายใต้ความดัน 1.4 MPa และอากาศให้ร้อนถึงประมาณ 180°C ผลลัพธ์การหลอมซึ่งมีไนเตรต 99.8-99.7% ผ่านตัวกรอง 21 ที่อุณหภูมิ 175 °C และป้อนโดยปั๊มจุ่มแบบแรงเหวี่ยง 20 ลงในถังแรงดัน 5 จากนั้นเข้าไปในหอแกรนูลโลหะสี่เหลี่ยม 16 ที่มีความยาว 11 ม. กว้าง 8 ม. ความสูงจากพื้นถึงกรวย 52.8 ม.

ที่ด้านบนของหอคอยมีเครื่องบดย่อย 7 และ 8 อากาศถูกส่งไปยังส่วนล่างของหอคอย ทำให้หยดไนเตรตเย็นลงซึ่งกลายเป็นเม็ดเล็ก ๆ ความสูงของการตกของอนุภาคไนเตรตคือ 50-55m การออกแบบเครื่องบดย่อยช่วยให้มั่นใจได้ว่าการผลิตแกรนูลที่มีองค์ประกอบแกรนูเมตริกสม่ำเสมอโดยมีปริมาณแกรนูลขนาดเล็กขั้นต่ำ ซึ่งช่วยลดการกักเก็บฝุ่นจากหอคอยทางอากาศ อุณหภูมิของแกรนูลที่ทางออกจากหอคอยคือ 90-110°C ดังนั้นพวกมันจึงถูกส่งไประบายความร้อนให้กับอุปกรณ์ฟลูอิไดซ์เบด 15 อุปกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดเป็นอุปกรณ์สี่เหลี่ยมที่มีสามส่วนและติดตั้งตะแกรงที่มีรู พัดลมจ่ายอากาศไว้ใต้ตะแกรงซึ่งสร้างชั้นเดือดของเม็ดไนเตรตสูง 100-150 มม. ซึ่งจ่ายผ่านสายพานลำเลียงจากหอแกรนูล เม็ดจะถูกทำให้เย็นลงอย่างเข้มข้นจนถึงอุณหภูมิ 40°C (แต่ไม่สูงกว่า 50°C) ซึ่งสอดคล้องกับเงื่อนไขของการมีอยู่ของการดัดแปลง IV หากอุณหภูมิของอากาศทำความเย็นต่ำกว่า 15°C ก่อนเข้าสู่อุปกรณ์ฟลูอิไดซ์เบด อากาศจะถูกทำให้ร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเป็น 20°C ในช่วงเย็นอาจเปิดให้บริการ 1-2 ส่วน

อากาศจากอุปกรณ์ 15 เข้าสู่หอทำแกรนูลเพื่อก่อตัวเป็นแกรนูลและทำให้พวกมันเย็นลง

เม็ดแอมโมเนียมไนเตรตจากเครื่องฟลูอิไดซ์เบดจะถูกป้อนโดยสายพานลำเลียง 14 เพื่อบำบัดด้วยสารลดแรงตึงผิวในถังหมุน 11 ในกรณีนี้ เม็ดจะถูกพ่นด้วยสารละลายน้ำ 40% ที่ฉีดพ่นของสารช่วยกระจายตัว NF หลังจากนั้น ดินประสิวจะผ่านเครื่องแยกแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อแยกวัตถุโลหะที่ถูกจับโดยไม่ได้ตั้งใจ และถูกส่งไปยังบังเกอร์ จากนั้นจึงชั่งน้ำหนักและบรรจุในถุงกระดาษหรือถุงพลาสติก ถุงจะถูกขนส่งโดยสายพานลำเลียงเพื่อบรรทุกเข้าเกวียนหรือเข้าโกดัง

อากาศที่ออกจากด้านบนของหอแกรนูลมีการปนเปื้อนด้วยอนุภาคของแอมโมเนียมไนเตรต และไอน้ำของน้ำผลไม้จากตัวทำให้เป็นกลางและส่วนผสมของอากาศและไอน้ำจากเครื่องระเหยประกอบด้วยแอมโมเนียและกรดไนตริกที่ไม่ทำปฏิกิริยา และอนุภาคของแอมโมเนียมไนเตรตที่กักตัวไว้ สำหรับการทำความสะอาด มีการติดตั้งเครื่องฟอกแบบดิสก์ที่ทำงานแบบขนาน 10 จำนวน 6 เครื่องที่ส่วนบนของหอบด โดยรดน้ำด้วยสารละลายแอมโมเนียมไนเตรต 20-30% ซึ่งจ่ายโดยปั๊ม 18 จากถัง ส่วนหนึ่งของสารละลายนี้ถูกส่งไปยังเครื่องทำให้เป็นกลางของ ITN เพื่อล้างไอน้ำของน้ำผลไม้ จากนั้นผสมกับสารละลายแอมโมเนียมไนเตรต และเข้าสู่การผลิต

ส่วนหนึ่งของสารละลาย (20-30%) จะถูกถอนออกจากวงจรอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นวงจรจึงหมดลงและถูกเติมใหม่ด้วยการเติมน้ำ ที่ทางออกของเครื่องฟอกแต่ละเครื่อง จะมีการติดตั้งพัดลม 9 ขนาดความจุ 100,000 ลบ.ม./ชม. ซึ่งจะดูดอากาศจากหอบดและพ่นสู่ชั้นบรรยากาศ

กระบวนการทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตแอมโมเนียมไนเตรตรวมถึงขั้นตอนการทำให้เป็นกลางของกรดไนตริกด้วยแอมโมเนียรวมถึงขั้นตอนการระเหยของสารละลายไนเตรตการละลายของเม็ดการทำให้เย็นลงของเม็ดการรักษาเม็ดด้วยสารลดแรงตึงผิว การบรรจุ การจัดเก็บ และการโหลดไนเตรต การทำให้ก๊าซเรือนกระจกและน้ำเสียบริสุทธิ์

กรดไนตริกเริ่มต้น 58--60% ถูกให้ความร้อนในเครื่องทำความร้อน / สูงถึง 70--80 ด้วยไอน้ำจากเครื่อง ITN 3 และถูกส่งไปเพื่อวางตัวเป็นกลาง ด้านหน้าอุปกรณ์ต่างๆ 3 กรดฟอสฟอริกและซัลฟิวริกจะถูกเติมลงในกรดไนตริกในปริมาณที่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปประกอบด้วย P2O5 0.3-0.5% และแอมโมเนียมซัลเฟต 0.05-0.2%

หน่วยนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์ ITN สองตัวที่ทำงานแบบขนาน นอกจากกรดไนตริกแล้ว ยังมีก๊าซแอมโมเนียที่อุ่นในเครื่องทำความร้อนอีกด้วย 2 ไอน้ำคอนเดนเสทสูงถึง 120--130 °C ปริมาณกรดไนตริกและแอมโมเนียที่ให้มาจะถูกปรับเพื่อให้สารละลายมีกรดมากเกินไปที่ทางออกจากเครื่องสูบน้ำ (2-5 กรัม/ลิตร) เพื่อให้แน่ใจว่าแอมโมเนียจะดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์

กรดไนตริก (58-60%) ถูกให้ความร้อนในอุปกรณ์ 2 สูงถึง 80--90 °C ด้วยไอน้ำน้ำผลไม้จากอุปกรณ์ ITN 8. ก๊าซแอมโมเนียในเครื่องทำความร้อน 1 อุ่นด้วยไอน้ำคอนเดนเสทถึง 120--160°C กรดไนตริกและก๊าซแอมโมเนียในอัตราส่วนที่ควบคุมโดยอัตโนมัติจะเข้าสู่ส่วนปฏิกิริยาของอุปกรณ์ ITN 5 สองเครื่องที่ทำงานแบบขนาน สารละลาย NH4NO3 89--92% ออกจากอุปกรณ์ ITN ที่อุณหภูมิ 155--170 °C มีกรดไนตริกส่วนเกินในช่วง 2--5 กรัม/ลิตร ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแอมโมเนียจะดูดซับได้อย่างสมบูรณ์

ในส่วนบนของอุปกรณ์ ไอน้ำของน้ำผลไม้จากส่วนปฏิกิริยาจะถูกชะล้างออกจากการกระเด็นของแอมโมเนียมไนเตรต ไอระเหยของ HNO3 และ NНз ด้วยสารละลายแอมโมเนียมไนเตรต 20% จากเครื่องฟอกล้าง 18 และคอนเดนเสทไอน้ำจากเครื่องทำความร้อนกรดไนตริก 2, ซึ่งเสิร์ฟบนแผ่นปิดด้านบนของอุปกรณ์ ส่วนหนึ่งของไอน้ำน้ำผลไม้ใช้ในการทำความร้อนกรดไนตริกในฮีตเตอร์ 2 และส่วนใหญ่ถูกส่งไปยังเครื่องฟอกล้าง 18, โดยผสมกับอากาศจากหอแกรนูเลชั่น พร้อมด้วยส่วนผสมไอน้ำ-อากาศจากเครื่องระเหย 6 และล้างบนจานล้างเครื่องฟอก ส่วนผสมของไอน้ำและอากาศที่ถูกล้างจะถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศโดยพัดลม 19.

โซลูชันจากอุปกรณ์ ITN 8 ผ่านตัวทำให้เป็นกลางตามลำดับ 4 และควบคุมตัวทำให้เป็นกลาง 5. ไปจนถึงตัวทำให้เป็นกลาง 4 กรดซัลฟูริกและฟอสฟอริกในปริมาณเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปประกอบด้วยแอมโมเนียมซัลเฟต 0.05--0.2% และ P20s 0.3--0.5% ปริมาณกรดโดยปั๊มลูกสูบจะถูกปรับขึ้นอยู่กับน้ำหนักของเครื่อง

หลังจากการวางตัวเป็นกลางของ NMO3 ที่มากเกินไปในสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตจากอุปกรณ์ ITN และนำกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริกเข้าไปในอาฟเตอร์นิวทรัลไลเซอร์ 4 สารละลายจะผ่านการควบคุมอาฟเตอร์นิวทรัลไลเซอร์ 5 (โดยที่แอมโมเนียจะถูกจ่ายโดยอัตโนมัติเฉพาะในกรณีที่มีกรดรั่วจากตัวทำให้เป็นกลางเท่านั้น 4) และเข้าสู่เครื่องระเหย 6. ต่างจากเครื่อง AS-67 ที่เป็นส่วนบนของเครื่องระเหย 6 ติดตั้งแผ่นล้างตะแกรงสองแผ่นซึ่งจ่ายไอน้ำคอนเดนเสทเพื่อล้างส่วนผสมของไอน้ำและอากาศจากเครื่องระเหยจากแอมโมเนียมไนเตรต

ไนเตรตละลายจากเครื่องระเหย 6, ผ่านซีลน้ำและตัวทำให้เป็นกลาง 9 และตัวกรอง 10, เข้าสู่ถัง 11, มันมาจากปั๊มจุ่มที่ไหน 12 จ่ายผ่านท่อพร้อมหัวฉีดป้องกันการน็อคไปยังถังแรงดัน 15, จากนั้นไปที่เครื่องบดย่อย 16 หรือ 17. ความปลอดภัยของชุดปั๊มหลอมเหลวมั่นใจได้ด้วยระบบการบำรุงรักษาอุณหภูมิหลอมเหลวโดยอัตโนมัติระหว่างการระเหยในเครื่องระเหย (ไม่สูงกว่า 190 °C) การควบคุมและการควบคุมสภาพแวดล้อมของหลอมเหลวหลังจากตัวทำให้เป็นกลาง 9 (ภายใน 0.1-- 0.5 g/l NНз) ควบคุมอุณหภูมิหลอมละลายในถัง 11, ตัวเรือนปั๊ม 12 และท่อแรงดัน หากพารามิเตอร์ด้านกฎระเบียบของกระบวนการเบี่ยงเบน การสูบของเหลวที่หลอมละลายจะหยุดโดยอัตโนมัติ และการหลอมละลายในถัง 11 และเครื่องระเหย 6 เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นให้เจือจางด้วยคอนเดนเสท

การทำแกรนูลมีให้โดยเครื่องบดย่อยสองประเภท: ไวโบรอะคูสติก 16 และแยกย้ายกันไป 17. เครื่องบดย่อยแบบสั่นสะเทือนและเสียงซึ่งใช้กับยูนิตที่มีความจุขนาดใหญ่ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเชื่อถือได้และสะดวกในการใช้งานมากกว่า

การหลอมละลายจะถูกทำให้เป็นเม็ดในหอคอยโลหะสี่เหลี่ยม 20 ด้วยขนาดแผน 8x11 ม. ความสูงของการบินของเม็ดคือ 55 ม. ซึ่งรับประกันการตกผลึกและการระบายความร้อนของเม็ดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-3 มม. ถึง 90--120°C โดยมีการไหลของอากาศสวนทางในฤดูร้อนสูงถึง 500 พัน m?h และในฤดูหนาว (ที่อุณหภูมิต่ำ) สูงถึง 300--400,000 m?h ที่ด้านล่างของหอคอยจะมีกรวยรับซึ่งเม็ดจะถูกลำเลียงโดยสายพานลำเลียง 21 ส่งไปยังเครื่องทำความเย็น CC 22.

อุปกรณ์ทำความเย็น 22 แบ่งออกเป็นสามส่วนโดยมีแหล่งจ่ายอากาศอัตโนมัติภายใต้แต่ละส่วนของตะแกรงฟลูอิไดซ์เบด ในส่วนหัวมีตะแกรงในตัว ซึ่งจะแยกก้อนไนเตรตที่เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการหยุดชะงักของโหมดการทำงานของเครื่องบดย่อย ก้อนจะถูกส่งไปละลาย อากาศที่จ่ายไปยังส่วนอุปกรณ์ทำความเย็นโดยพัดลม 23, อุ่นในเครื่อง 24 เนื่องจากความร้อนของไอน้ำจากน้ำผลไม้จากอุปกรณ์ ITN การทำความร้อนจะดำเนินการเมื่อความชื้นในบรรยากาศสูงกว่า 60% และเข้า เวลาฤดูหนาวเพื่อหลีกเลี่ยงการระบายความร้อนของเม็ดอย่างกะทันหัน เม็ดแอมโมเนียมไนเตรตจะไหลผ่านหนึ่ง สอง หรือสามส่วนของอุปกรณ์ทำความเย็นตามลำดับ ขึ้นอยู่กับน้ำหนักของเครื่องและอุณหภูมิอากาศโดยรอบ อุณหภูมิการทำความเย็นที่แนะนำสำหรับผลิตภัณฑ์ที่เป็นเม็ดในฤดูหนาวคือต่ำกว่า 27 °C ในฤดูร้อนสูงถึง 40-50 °C เมื่อหน่วยปฏิบัติงานในพื้นที่ภาคใต้ ซึ่งอุณหภูมิอากาศเกิน 30 °C เป็นเวลานานหลายวัน ส่วนที่สามของอุปกรณ์ทำความเย็นจะทำงานบนอากาศเย็นล่วงหน้า (ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแอมโมเนียแบบระเหย) ปริมาณอากาศที่จ่ายให้กับแต่ละส่วนคือ 75-80,000 ลบ.ม./ชม. แรงดันพัดลม 3.6 kPa. อากาศเสียจากส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์ที่อุณหภูมิ 45-60°C ซึ่งมีฝุ่นแอมโมเนียมไนเตรตสูงถึง 0.52 กรัม/ลบ.ม. จะถูกส่งไปยังหอแกรนูล ซึ่งจะถูกผสมกับอากาศในชั้นบรรยากาศและจ่ายสำหรับการล้างใน เครื่องฟอกซักผ้า 18.

ผลิตภัณฑ์ที่ระบายความร้อนจะถูกส่งไปยังคลังสินค้าหรือเพื่อการบำบัดด้วยสารลดแรงตึงผิว (สารช่วยกระจายตัว NP) จากนั้นจึงจัดส่งเป็นกลุ่มหรือบรรจุภัณฑ์ในถุง การบำบัดด้วยสารช่วยกระจายตัว NF ดำเนินการในอุปกรณ์กลวง 27 ด้วยหัวฉีดที่อยู่ตรงกลางเพื่อพ่นเม็ดยาแนวตั้งเป็นรูปวงแหวนหรือในถังหมุน คุณภาพของการประมวลผลของผลิตภัณฑ์แบบละเอียดในอุปกรณ์ที่ใช้ทั้งหมดเป็นไปตามข้อกำหนดของ GOST 2---85

แอมโมเนียมไนเตรตแบบเม็ดจะถูกจัดเก็บไว้ในคลังสินค้าในกองสูงไม่เกิน 11 เมตร ก่อนที่จะขนส่งไปยังผู้บริโภค ไนเตรตจะถูกส่งจากคลังสินค้าไปยังการกรอง ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้มาตรฐานถูกละลาย สารละลายจะถูกส่งกลับไปยังอุทยาน ผลิตภัณฑ์มาตรฐานได้รับการบำบัดด้วยสารช่วยกระจายตัว NF และจัดส่งไปยังผู้บริโภค

ถังสำหรับกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริกและอุปกรณ์ปั๊มสำหรับการจ่ายสารจะถูกจัดเรียงในหน่วยแยกต่างหาก จุดควบคุมกลาง สถานีไฟฟ้าย่อย ห้องปฏิบัติการ บริการ และสถานที่ในครัวเรือนตั้งอยู่ในอาคารที่แยกจากกัน

การแนะนำ

อุตสาหกรรมไนโตรเจนเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่เติบโตเร็วที่สุด

กรดไนตริกเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์เริ่มต้นสำหรับการผลิตสารที่มีไนโตรเจนส่วนใหญ่และเป็นกรดที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่ง

ในแง่ของขนาดการผลิต กรดไนตริกอยู่ในอันดับที่สองในบรรดากรดต่างๆ รองจากกรดซัลฟิวริก การผลิตขนาดใหญ่อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากรดไนตริกและเกลือของมันได้รับความสำคัญอย่างมากในเศรษฐกิจของประเทศ

การบริโภคกรดไนตริกไม่ได้จำกัดอยู่ที่การผลิตปุ๋ยเท่านั้น มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตวัตถุระเบิดทุกประเภท เกลือทางเทคนิคจำนวนหนึ่ง ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์สารอินทรีย์ ในการผลิตกรดซัลฟิวริก ในเทคโนโลยีจรวด และในภาคส่วนอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ

การผลิตกรดไนตริกทางอุตสาหกรรมนั้นขึ้นอยู่กับตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียกับออกซิเจนในบรรยากาศ ตามด้วยการดูดซึมไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นด้วยน้ำ

วัตถุประสงค์ของโครงงานหลักสูตรนี้คือเพื่อพิจารณาขั้นตอนแรกของการผลิตกรดไนตริก - ปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบสัมผัสของแอมโมเนีย รวมถึงการคำนวณความสมดุลของวัสดุและความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์

ในแผนงานทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตกรดไนตริกกระบวนการออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียมีความสำคัญเนื่องจากจะกำหนดตัวบ่งชี้หลักสามประการ ได้แก่ การใช้แอมโมเนียการลงทุนและการสูญเสียโลหะแพลตตินัมตลอดจนความสามารถด้านพลังงานของโครงการ ในเรื่องนี้ การปรับปรุงกระบวนการออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตกรดไนตริกและปุ๋ยแร่ธาตุโดยทั่วไป

1. ลักษณะของกรดไนตริก

1.1 กรดไนตริกหลากหลายชนิด

ในอุตสาหกรรมมีการใช้กรดไนตริก 2 ประเภท: เจือจาง (อ่อน) ที่มี HNO3 30-60% และเข้มข้นที่มี HNO3 97-99% รวมถึงกรดไนตริกที่ทำปฏิกิริยาและมีความบริสุทธิ์สูงในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย คุณภาพของกรดไนตริกที่ผลิตจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด

ในแง่ของตัวชี้วัดทางเคมีกายภาพ กรดไนตริกเข้มข้นต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่ระบุในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 - ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับกรดไนตริกเข้มข้น (GOST 701-89)

คุณภาพของกรดไนตริกที่ผลิตจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนดไว้ซึ่งระบุไว้ในตารางที่ 2 และ 3

ตารางที่ 2 - ข้อกำหนดสำหรับคุณภาพของกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้น (OST 6-03-270-76)

ตารางที่ 3 - ข้อกำหนดสำหรับคุณภาพของกรดไนตริก (GOST 4461-67)

เนื้อหาเป็น % ไม่เกินเกรดวิเคราะห์ที่บริสุทธิ์ทางเคมี กรดไนตริกบริสุทธิ์ 61-68 54-6061-68 54-6061-68 54-60 ไนโตรเจนออกไซด์ (NO2) 0.10.10.1 สารตกค้างหลังการเผา 0.0010.0030, 005ซัลเฟต (SO42)- 0.00020.00050.002ฟอสเฟต (PO43-)0.000020.00020.002คลอไรด์ (Cl-)0.000050.00010.0005เหล็ก (Fe)0.000020.00010.0003แคลเซียม (Ca)0.0005 0 .0010.002 อาร์เซน ไอซี (As) 0.0000020.0000030.00001 โลหะหนัก (Pb) 0.000020.00050.0005

1.2 การใช้กรดไนตริก

กรดไนตริกถูกใช้ในกิจกรรมต่างๆ:

1)ระหว่างการชุบสังกะสีและการชุบโครเมี่ยมของชิ้นส่วน

)สำหรับการผลิตปุ๋ยแร่

)สำหรับการผลิตวัตถุระเบิด ( อุตสาหกรรมการทหาร);

)ในการผลิตยา (เภสัชภัณฑ์);

)การได้รับซิลเวอร์ไนเตรตสำหรับการถ่ายภาพ

)สำหรับการแกะสลักและแกะสลักรูปแบบโลหะ

)เป็นวัตถุดิบในการผลิตกรดไนตริกเข้มข้น

)ในอุทกโลหะวิทยา

)ในเครื่องประดับ - วิธีหลักในการกำหนดทองคำในโลหะผสมทองคำ

)สำหรับการผลิตสารประกอบอะโรมาติกไนโตร - สารตั้งต้นของสีย้อมการเตรียมทางเภสัชวิทยาและสารประกอบอื่น ๆ ที่ใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ที่ดี

)เพื่อให้ได้ไนโตรเซลลูโลส

1.3 คุณสมบัติของกรดไนตริก

3.1 คุณสมบัติทางกายภาพของกรดไนตริก

กรดไนตริกเป็นกรดโมโนเบสิกชนิดรุนแรงชนิดหนึ่งที่มีกลิ่นฉุนทำให้หายใจไม่ออก มีความไวต่อแสง และเมื่ออยู่ในแสงจ้าจะสลายตัวเป็นไนโตรเจนออกไซด์ (หรือที่เรียกว่าก๊าซสีน้ำตาล - NO2) และน้ำ ดังนั้นจึงแนะนำให้เก็บไว้ในภาชนะที่มืด ในสถานะเข้มข้นจะไม่ละลายอลูมิเนียมและเหล็กจึงสามารถเก็บไว้ในภาชนะโลหะที่เหมาะสมได้ กรดไนตริกเป็นอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น (เช่นเดียวกับกรดหลายชนิด) และเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงมาก มักใช้ในการทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์

ไนโตรเจนในกรดไนตริกคือเตตระวาเลนต์ สถานะออกซิเดชัน +5 กรดไนตริกเป็นของเหลวไม่มีสีที่ระเหยไปในอากาศ จุดหลอมเหลว -41.59 ,เดือด+82.6 ด้วยการย่อยสลายบางส่วน ความสามารถในการละลายของกรดไนตริกในน้ำนั้นไม่จำกัด สารละลายที่เป็นน้ำของ HNO3 ที่มีเศษส่วนมวล 0.95-0.98 เรียกว่า "กรดฟูมิงไนตริก" โดยมีเศษส่วนมวล 0.6-0.7 - กรดไนตริกเข้มข้น ก่อให้เกิดส่วนผสมอะซีโอโทรปิกกับน้ำ (เศษส่วนมวล 68.4%, d20 = 1.41 กรัม/ซม., Tbp = 120.7 )

เมื่อตกผลึกจากสารละลายที่เป็นน้ำ กรดไนตริกจะเกิดเป็นผลึกไฮเดรต:

) โมโนไฮเดรต HNO3·H2O, Tm = -37.62 ;

2) ไตรไฮเดรต HNO3 3H2O, Tm = -18.47 .

กรดไนตริกก็เหมือนกับโอโซนที่สามารถเกิดขึ้นได้ในบรรยากาศระหว่างเกิดฟ้าผ่า ไนโตรเจน ซึ่งคิดเป็น 78% ขององค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศ ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศเพื่อสร้างไนตริกออกไซด์ NO เมื่อเกิดออกซิเดชันในอากาศเพิ่มเติม ออกไซด์นี้จะกลายเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ (ก๊าซสีน้ำตาล NO2) ซึ่งทำปฏิกิริยากับความชื้นในบรรยากาศ (เมฆและหมอก) ทำให้เกิดกรดไนตริก

แต่จำนวนเล็กน้อยดังกล่าวไม่เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศน์ของโลกและสิ่งมีชีวิตโดยสิ้นเชิง กรดไนตริกหนึ่งปริมาตรและกรดไฮโดรคลอริกสามปริมาตรก่อให้เกิดสารประกอบที่เรียกว่า "อควากัดทอง" สามารถละลายโลหะ (แพลตตินัมและทองคำ) ที่ไม่ละลายในกรดธรรมดาได้ เมื่อเติมกระดาษ ฟาง หรือฝ้ายลงในส่วนผสมนี้ จะเกิดออกซิเดชันที่รุนแรงและแม้กระทั่งการเผาไหม้

1.3.2 คุณสมบัติทางเคมีของกรดไนตริก

กรดไนตริกมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไป คุณสมบัติทางเคมีขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและสารที่ทำปฏิกิริยา

หากมีกรดไนตริกเข้มข้น:

1) ไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะ - เหล็ก (Fe), โครเมียม (Cr), อลูมิเนียม (Al), ทอง (Au), แพลตตินัม (Pt), อิริเดียม (Ir), โซเดียม (Na) เนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มป้องกัน บนพื้นผิว ซึ่งไม่อนุญาตให้โลหะออกซิไดซ์เพิ่มเติม กับโลหะอื่นๆ ทั้งหมด<#"justify">HNO3 เข้มข้น + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

2) กับอโลหะ<#"justify">HNO3 เข้มข้น + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)

หากกรดไนตริกเจือจาง:

1) เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทเช่นเดียวกับสังกะสี (Zn) เหล็ก (Fe) จะถูกออกซิไดซ์เป็นแอมโมเนีย (NH3) หรือแอมโมเนียมไนเตรต (NH4NO3) ตัวอย่างเช่น เมื่อทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียม (Mg):

HNO3 เจือจาง + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)

แต่ไนตรัสออกไซด์ (N2O) ก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นเมื่อทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียม (Mg):

HNO3 เจือจาง + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)

ทำปฏิกิริยากับโลหะอื่นให้เกิดไนโตรเจนออกไซด์ (NO) เช่น ละลายเงิน (Ag):

HNO3 เจือจาง + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)

2) ทำปฏิกิริยาคล้ายกันกับอโลหะ เช่น กับซัลเฟอร์<#"justify">HNO3 เจือจาง + S = H2SO4 + 2NO (6)

ออกซิเดชันของซัลเฟอร์ต่อการก่อตัวของกรดซัลฟิวริกและการปล่อยก๊าซ - ไนโตรเจนออกไซด์

3) ปฏิกิริยาเคมีกับออกไซด์ของโลหะ เช่น แคลเซียมออกไซด์:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)

เกลือ (แคลเซียมไนเตรต) และน้ำเกิดขึ้น

) ปฏิกิริยาทางเคมีกับไฮดรอกไซด์ (หรือเบส) เช่นกับปูนขาว:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)

เกลือ (แคลเซียมไนเตรต) และน้ำเกิดขึ้น - ปฏิกิริยาการวางตัวเป็นกลาง

) ปฏิกิริยาเคมีกับเกลือ เช่น ชอล์ก:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)

เกลือจะเกิดขึ้น (แคลเซียมไนเตรต) และกรดอีกชนิดหนึ่ง (ในกรณีนี้คือกรดคาร์บอนิกซึ่งแตกตัวเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์)

6) ขึ้นอยู่กับโลหะที่ละลาย การสลายตัวของเกลือที่อุณหภูมิเกิดขึ้นดังนี้:

ก) โลหะใดๆ (กำหนดให้เป็น Me) ถึงแมกนีเซียม (Mg):

มีNO2 + O2 (10)

b) โลหะใด ๆ ตั้งแต่แมกนีเซียม (Mg) ถึงทองแดง (Cu):

3 = มีโอ + NO2 + O2 (11)

c) โลหะใด ๆ หลังจากทองแดง (Cu):

3 = ฉัน + NO2 + O2(12)

2. วิธีการรับกรดไนตริก

ตัวเร่งปฏิกิริยากรดไนตริกแอมโมเนีย

วิธีการทางอุตสาหกรรมในการผลิตกรดไนตริกเจือจางมีขั้นตอนต่อไปนี้:

) ได้รับไนตริกออกไซด์ (II);

2) ออกซิเดชันกับไนโตรเจนออกไซด์ (IV);

3) การดูดซึม NO2 ด้วยน้ำ

4) การทำให้ก๊าซไอเสียบริสุทธิ์ (ที่มีไนโตรเจนโมเลกุลเป็นส่วนใหญ่) จากไนโตรเจนออกไซด์

ได้กรดไนตริกเข้มข้นได้สองวิธี:

1) วิธีแรกคือการแก้ไขของผสมแบบไตรภาคที่มีกรดไนตริก น้ำ และสารกำจัดน้ำ (โดยปกติจะเป็นกรดซัลฟิวริกหรือแมกนีเซียมไนเตรต) เป็นผลให้ได้รับไอของกรดไนตริก 100% (ซึ่งควบแน่น) และสารละลายที่เป็นน้ำของสารแยกน้ำออกจากน้ำส่วนหลังจะถูกระเหยและกลับสู่การผลิต

2) วิธีที่สองขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา:

N2O4(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78.8 กิโลจูล (13)

ที่ความดัน 5 MPa และใช้ O2 บริสุทธิ์ จะเกิดกรด 97-98% โดยมีไนโตรเจนออกไซด์มากถึง 30% โดยน้ำหนัก ได้ผลิตภัณฑ์เป้าหมายโดยการกลั่นสารละลายนี้ กรดไนตริกที่มีความบริสุทธิ์พิเศษนั้นได้มาจากการแก้ไขกรดไนตริก 97-98.5% ในอุปกรณ์แก้วซิลิเกตหรือควอทซ์ ปริมาณสิ่งเจือปนในกรดดังกล่าวน้อยกว่า 110-6% โดยน้ำหนัก

3. วัตถุดิบพื้นฐานในการผลิตกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้น

วัตถุดิบหลักในการผลิตกรดไนตริกไม่เข้มข้นในปัจจุบัน ได้แก่ แอมโมเนีย อากาศ และน้ำ วัสดุเสริมและแหล่งพลังงานเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียและการทำให้ก๊าซไอเสียบริสุทธิ์ ก๊าซธรรมชาติ ไอน้ำ และไฟฟ้า

1. แอมโมเนีย. ใน สภาวะปกติเป็นก๊าซไม่มีสี มีกลิ่นฉุน ละลายได้สูงในน้ำและตัวทำละลายอื่นๆ และเกิดเป็นเฮมิและโมโนไฮเดรต จุดเปลี่ยนในการพัฒนาการผลิตแอมโมเนียสังเคราะห์คือการใช้วิธีการที่โดดเด่นในปัจจุบันในอุตสาหกรรมเพื่อการผลิตไฮโดรเจนโดยการแปลงมีเทนที่มีอยู่ในก๊าซธรรมชาติ ก๊าซปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้อง และผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมกลั่น เนื้อหาของสิ่งเจือปนในแอมโมเนียเหลวถูกควบคุมโดย GOST 6221-82 สิ่งเจือปนที่พบบ่อยที่สุดคือ: น้ำ น้ำมันหล่อลื่น ฝุ่นตัวเร่งปฏิกิริยา ตะกรัน แอมโมเนียมคาร์บอเนต ก๊าซละลาย (ไฮโดรเจน ไนโตรเจน มีเทน) หากละเมิด GOST สิ่งเจือปนที่มีอยู่ในแอมโมเนียสามารถเข้าสู่ส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศ และลดผลผลิตของไนโตรเจนออกไซด์ (II) และไฮโดรเจนและมีเทนสามารถเปลี่ยนขีดจำกัดการระเบิดของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศได้

อากาศ. สำหรับการคำนวณทางเทคนิค ถือว่าอากาศแห้งมี [%, (ปริมาตร)]: N2 = 78.1, O2 = 21.0, Ar2 = 0.9, H2O = 0.1-2.8 อาจมีร่องรอยของ SO2, NH3, CO2 ในอากาศด้วย ในพื้นที่พื้นที่อุตสาหกรรม อากาศจะปนเปื้อนด้วยฝุ่นจากแหล่งกำเนิดต่างๆ รวมถึงส่วนประกอบต่างๆ ของการปล่อยก๊าซหลบหนี (SO2, SO3, H2S, C2H2, Cl2 เป็นต้น) ปริมาณฝุ่นในอากาศอยู่ที่ 0.5-1.0 มก./ลบ.ม.

3. น้ำ. มันถูกใช้ในการผลิตกรดไนตริกสำหรับการไหลย้อนคอลัมน์การดูดซึม สำหรับการสร้างไอน้ำระหว่างการนำความร้อนกลับคืนมาในหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง สำหรับอุปกรณ์ปฏิกิริยาทำความเย็น ในการดูดซับไนโตรเจนออกไซด์ มักใช้ไอน้ำคอนเดนเสทและน้ำบริสุทธิ์ทางเคมี ในบางโครงการอนุญาตให้ใช้คอนเดนเสทไอน้ำของแอมโมเนียมไนเตรตได้ ไม่ว่าในกรณีใด น้ำที่ใช้ชลประทานคอลัมน์ไม่ควรมีแอมโมเนียอิสระและสารแขวนลอย ปริมาณคลอไรด์ไอออนไม่ควรเกิน 2 มก./ล. น้ำมันไม่เกิน 1 มก./ล. NH4NO3 - ไม่เกิน 0.5 กรัม/ลิตร น้ำบริสุทธิ์ทางเคมีสำหรับหม้อต้มน้ำร้อนเหลือทิ้งต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของ GOST 20995-75 น้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิตที่มีจุดประสงค์เพื่อกำจัดความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและอุปกรณ์ทำความเย็น (น้ำรีไซเคิล) ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้: ความกระด้างของคาร์บอเนตไม่เกิน 3.6 meq/kg ปริมาณของแข็งแขวนลอยไม่เกิน 50 มก./กก. ค่า pH 6.5-8 ,5 .

4. ออกซิเจน ใช้เป็นหลักในการผลิตกรดไนตริกเข้มข้นโดยใช้วิธีการสังเคราะห์โดยตรง ในบางกรณี ใช้เพื่อเสริมส่วนผสมของแอมโมเนียและอากาศเมื่อผลิตกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้น

4. ออกซิเดชันแบบสัมผัสของแอมโมเนีย

4.1 พื้นฐานทางเคมีกายภาพของกระบวนการ

วิธีการที่ทันสมัยการผลิตกรดไนตริกขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนีย ในระหว่างการออกซิเดชันของแอมโมเนียบนตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ และขึ้นอยู่กับสภาวะจะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907.3 กิโลจูล (14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104.9 กิโลจูล (15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269.1 กิโลจูล (16)

นอกจากปฏิกิริยา (14-16) แล้ว ยังมีปฏิกิริยาอื่นๆ ที่เป็นไปได้อีกด้วย โดยเกิดขึ้นในชั้นใกล้พื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ไม่มีการสลายตัว ปฏิกิริยาของ N2O, NO2 และ NH3:

เลขที่ N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2+3H2O (18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)

โดยธรรมชาติแล้ว ปฏิกิริยา (14) จะ "มีประโยชน์" การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยา (14-16) ดำเนินไปจนเสร็จสิ้นในทางปฏิบัติ

ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยาย้อนกลับ (14-16) ที่ 900°C มีค่าดังต่อไปนี้

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

โดยที่ k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2

ที่ 900 การเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายถึง 100% นั่นคือ กระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัติ

อย่างไรก็ตาม สมการ (14-16) ไม่ได้สะท้อนถึงกลไกที่แท้จริงของกระบวนการ เนื่องจากในกรณีนี้ โมเลกุลเก้าโมเลกุลจะต้องชนกันพร้อมกันในปฏิกิริยา (14) ในปฏิกิริยา (16) - เจ็ดโมเลกุล มันแทบไม่น่าเชื่อเลย

มีการเสนอกลไกหลายประการสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียบนตัวเร่งปฏิกิริยา ความแตกต่างทางความคิดเกี่ยวกับกลไกมีดังนี้

1) การก่อตัวของ NO และ N2 ผ่านสารประกอบตัวกลางบนตัวเร่งปฏิกิริยา

2) การก่อตัวของ NO เกิดขึ้นบนตัวเร่งปฏิกิริยา และการเกิด N2 บนตัวเร่งปฏิกิริยาและในปริมาตรก๊าซ

จากสิ่งที่ได้กล่าวไว้ (เกี่ยวกับค่าคงที่สมดุลและกลไกออกซิเดชัน) อาจกล่าวได้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เลือกต้องมีกิจกรรมสูง (อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงและระยะเวลาสัมผัสสั้น: เมื่อเพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นของการก่อตัวของ N2 จะเพิ่มขึ้น) และการเลือก เกี่ยวกับปฏิกิริยา (14)

ในบรรดากลไกหลายประการที่เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ของเราและชาวต่างชาติ กลไกที่แพร่หลายที่สุดคือกลไกที่เสนอโดยแอล.เค. อันโดรซอฟ, จี.เค. Boreskov, D.A. เอปสเตน.

โดยสามารถนำเสนอกลไกเป็นขั้นเป็นตอนได้ดังนี้

ด่าน 1 - ออกซิเดชันของพื้นผิวแพลตตินัม เกิดสารเชิงซ้อนของตัวเร่งปฏิกิริยา-ออกซิเจนเปอร์ออกไซด์ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1 - โครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยา - ออกซิเจนเปอร์ออกไซด์เชิงซ้อน

เวที - การแพร่กระจายและการดูดซับของแอมโมเนียบนพื้นผิวที่เคลือบด้วยออกซิเจนของแพลตตินัม เกิดสารเชิงซ้อนของตัวเร่งปฏิกิริยา-ออกซิเจน-แอมโมเนีย (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 - โครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยา - ออกซิเจน - แอมโมเนียเชิงซ้อน

เวที - แจกจ่ายการเชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์ ทำลายการเชื่อมต่อเก่า และเสริมความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อใหม่

เวที - การดูดซับของผลิตภัณฑ์และการแพร่กระจายสู่การไหลของก๊าซ (สารประกอบที่เสถียรของ NO และ H2O จะถูกลบออกจากพื้นผิว)

ศูนย์ที่ปล่อยออกมาจะดูดซับออกซิเจนอีกครั้งเนื่องจากอัตราการแพร่กระจายของออกซิเจนสูงกว่าแอมโมเนีย ฯลฯ ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าออกซิเจนที่รวมอยู่ในตาข่ายตัวเร่งปฏิกิริยา (การสัมผัสที่ไม่ใช่แพลตตินัม) ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนีย (พิสูจน์โดยใช้ วิธีอะตอมที่มีป้ายกำกับ)

การแปลงแอมโมเนียเป็นไนโตรเจนตาม I.I. เบอร์เกอร์ และ G.K. Boreskov สามารถเกิดขึ้นได้ในปริมาตรอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของแอมโมเนียกับทั้งออกซิเจนและไนตริกออกไซด์

มีพื้นที่จลนศาสตร์ การเปลี่ยนแปลง และการแพร่กระจายของกระบวนการ บริเวณจลน์เป็นลักษณะของอุณหภูมิต่ำ: มันถูกจำกัดโดยอุณหภูมิการจุดติดไฟของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะสังเกตความร้อนที่เกิดขึ้นเองอย่างรวดเร็วของพื้นผิวของมัน เช่น ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจุดติดไฟ ความเร็วจะถูกจำกัดด้วยความเร็วของปฏิกิริยาเคมี ที่การติดต่อ ที่ T > Tzazh การแพร่กระจายควบคุมกระบวนการอยู่แล้ว - ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว กระบวนการเคลื่อนเข้าสู่บริเวณการแพร่กระจาย มันคือบริเวณนี้ (600-1,000 ) เป็นเรื่องปกติสำหรับกระบวนการความร้อนอัตโนมัติแบบคงที่ในสภาวะทางอุตสาหกรรม สิ่งนี้ย่อมส่งผลให้ความเร็วปริมาตรของก๊าซเพิ่มขึ้นและเวลาในการสัมผัสลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ออกซิเดชันของแอมโมเนียบนตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานเริ่มต้นก่อนหน้านี้: บนแพลเลเดียม (Pd) ที่ 100 บนแพลตตินัม (Pt) ที่ 145 บนเหล็ก (Fe) ที่อุณหภูมิ 230 สำหรับโลหะออกไซด์ อุณหภูมิที่ปฏิกิริยาเริ่มต้นจะผันผวนภายในขอบเขตที่กว้าง ในขณะเดียวกัน ก็ถึงความเร็วและระดับการแปลงที่เพียงพอที่ T > 600 .

4.2 ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนีย

พืชกรดไนตริกเกือบทั้งหมดใช้แพลตตินัมหรือโลหะผสมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนีย

แพลตตินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีราคาแพง แต่ยังคงรักษากิจกรรมระดับสูงไว้ได้เป็นเวลานาน มีความเสถียรและความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอ และสามารถสร้างใหม่ได้ง่าย ในที่สุด ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยารูปแบบตาข่ายที่ทันสมัย ​​การใช้แพลตตินัมทำให้สามารถใช้อุปกรณ์สัมผัสชนิดที่ง่ายที่สุดได้ มันติดไฟได้ง่ายและปริมาณการใช้ต่อหน่วยการผลิตไม่มีนัยสำคัญ

ในการผลิตกรดไนตริก ตัวพาจะไม่ถูกใช้สำหรับแพลตตินัมและโลหะผสม เนื่องจากเมื่อมีตัวพา กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาจะลดลงค่อนข้างเร็วและทำให้การงอกใหม่ยาก ในโรงงานสมัยใหม่ แพลทินัมถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบของกริด รูปร่างตาข่ายสร้างพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่ในอุปกรณ์หน้าสัมผัสโดยมีการใช้แพลตตินัมค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ตาข่ายซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางลวด 0.045-0.09 มม. โดยมีขนาดที่ด้านเซลล์ 0.22 มม. พื้นที่ของตาข่ายที่ไม่ถูกครอบครองด้วยลวดอยู่ที่ประมาณ 50-60% ของพื้นที่ทั้งหมด เมื่อใช้เกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน จำนวนลายทอจะเปลี่ยนไปเพื่อให้พื้นที่ว่างที่ลวดไม่ถูกครอบครองนั้นคงอยู่ภายในขีดจำกัดที่ระบุ

ในอุปกรณ์สัมผัสที่ทำงานภายใต้ความกดอากาศ ติดตั้งจาก 2 ถึง 4 กริด ส่วนใหญ่เป็น 3 กริด และในอุปกรณ์ที่ทำงานภายใต้แรงกดดันสูงถึง 8 atm - จาก 13 ถึง 16 กริด เมื่อติดตั้งตาข่ายเดียว โมเลกุลแอมโมเนียบางส่วนจะไม่สัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะทำให้ผลผลิตของไนโตรเจนออกไซด์ลดลง ใน เงื่อนไขที่ดีที่สุดบนหนึ่งตาข่าย ระดับการสัมผัสสามารถเข้าถึง 86-90% บนสองตาข่าย 95-97% และสาม 98% เมื่อทำงานภายใต้ความกดอากาศ อย่าใช้ตาข่ายมากกว่า 4 อัน เนื่องจากมีตาข่ายจำนวนมากแม้ว่าประสิทธิภาพของอุปกรณ์หน้าสัมผัสจะเพิ่มขึ้น แต่ความต้านทานต่อการไหลของก๊าซก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก กริดจะต้องพอดีกันอย่างแน่นหนา ไม่เช่นนั้นปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันจำนวนหนึ่งจะเกิดขึ้นในพื้นที่ว่างระหว่างกริด ซึ่งจะทำให้ผลผลิตของไนตริกออกไซด์ลดลง

ในระหว่างการดำเนินการ ตาข่ายแพลตตินัมจะคลายตัวอย่างมาก ด้ายที่เรียบและเป็นมันเงาจะกลายเป็นฟูและด้าน ตาข่ายยืดหยุ่นจะเปราะบาง การก่อตัวของพื้นผิวเป็นรูพรุนและหลวมจะเพิ่มความหนาของเกลียว ทั้งหมดนี้สร้างพื้นผิวเครือข่ายที่ได้รับการพัฒนาอย่างมาก ซึ่งจะเพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของแพลตตินัม พิษของตัวเร่งปฏิกิริยาจากสิ่งเจือปนที่มาพร้อมกับก๊าซเท่านั้นที่สามารถทำให้กิจกรรมของมันลดลงได้

การคลายตัวของพื้นผิวของตาข่ายแพลตตินัมเมื่อเวลาผ่านไปนำไปสู่การทำลายตาข่ายอย่างรุนแรง ซึ่งทำให้สูญเสียแพลตตินัมจำนวนมาก

แพลตตินัมที่มีไว้สำหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ควรมีธาตุเหล็กซึ่งอยู่ที่ 0.2% จะช่วยลดผลผลิตของไนโตรเจนออกไซด์ได้อย่างมาก

แพลตตินัมบริสุทธิ์จะถูกทำลายอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง และอนุภาคที่เล็กที่สุดจะถูกพาออกไปตามการไหลของก๊าซ โลหะกลุ่มแพลตตินัมอื่นๆ ในรูปแบบบริสุทธิ์จะไม่ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แพลเลเดียมสลายตัวอย่างรวดเร็ว อิริเดียมและโรเดียมมีฤทธิ์น้อย ออสเมียมออกซิไดซ์ได้ง่าย

โลหะผสมแพลตตินัมได้รับการศึกษาและใช้ซึ่งมีความแข็งแกร่งและมีฤทธิ์ไม่น้อยไปกว่าแพลตตินัมบริสุทธิ์ ในทางปฏิบัติมีการใช้โลหะผสมของแพลตตินัมกับอิริเดียมหรือโรเดียมและบางครั้งก็ใช้แพลเลเดียม ที่อุณหภูมิสูง กริดที่ทำจากโลหะผสมแพลตตินัมที่มีอิริเดียม 1% จะมีความว่องไวมากกว่ากริดแพลตตินัม กิจกรรมที่มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและโดยเฉพาะอย่างยิ่งความแข็งแรงเชิงกลเป็นลักษณะของโลหะผสมของแพลตตินัมและโรเดียม

ผลผลิตไนโตรเจนออกไซด์ที่ดีที่สุดนั้นได้มาเมื่อทำงานกับโลหะผสมแพลตตินัมที่มีโรเดียม 10% อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโรเดียมมีราคาสูงกว่าเมื่อเทียบกับแพลตตินัม ปริมาณของโรเดียมในโลหะผสมจึงมักจะลดลงเหลือ 7-5%

เมื่อแอมโมเนียถูกออกซิไดซ์ภายใต้แรงกดดันบนกริดแพลตตินัม-โรเดียม จะได้ผลผลิตไนโตรเจนออกไซด์ที่สูงกว่ากริดแพลตตินัมบริสุทธิ์อย่างมีนัยสำคัญ

ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมมีความไวต่อสิ่งเจือปนบางอย่างที่มีอยู่ในก๊าซป้อน ดังนั้นการมีฟอสฟีน (PH3) 0.00002% ในก๊าซจะช่วยลดระดับการแปลงเป็น 80% สารพิษที่รุนแรงน้อยกว่า ได้แก่ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไออะเซทิลีน น้ำมันหล่อลื่น เหล็กออกไซด์ และสารอื่นๆ กริดจะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยการบำบัดด้วยสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 10-15% ที่อุณหภูมิ 60-70°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นล้างกริดให้สะอาดด้วยน้ำกลั่น ตากแห้ง และเผาด้วยเปลวไฟไฮโดรเจน ในระหว่างการทำงาน โครงสร้างทางกายภาพของตาข่ายจะเปลี่ยนไปและความแข็งแรงเชิงกลของโลหะผสมลดลง ซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียโลหะและทำให้อายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาสั้นลง

4.3 องค์ประกอบของส่วนผสมของก๊าซ ปริมาณแอมโมเนียที่เหมาะสมที่สุดในส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ

อากาศส่วนใหญ่จะใช้ในการออกซิไดซ์แอมโมเนีย ปริมาณการใช้ออกซิเจนสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียตามปฏิกิริยา (24) ที่มีการก่อตัวของ NO สามารถคำนวณได้ดังนี้:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)

จากปฏิกิริยา (24) สำหรับ NH3 1 โมล จะมี O2 1.25 โมล = จากนั้นเนื้อหา NH3 สามารถแสดงได้ดังนี้:

ที่ไหน - ปริมาณ NH3 ที่ผสมกับอากาศ 100 - ปริมาณรวมส่วนผสม (%)

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นทฤษฎี เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ จะใช้ออกซิเจนส่วนเกินบางส่วน จากนั้นความเข้มข้นของแอมโมเนียจะน้อยกว่า 14.4% (ปริมาตร)

ความเข้มข้นที่เหมาะสมที่สุดของแอมโมเนียในส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศคือปริมาณสูงสุด ซึ่งยังคงให้ผลผลิต NO สูงได้ในอัตราส่วน O2:NH3< 2.

ระดับการแปลงลดลงอย่างรวดเร็วสังเกตได้จากอัตราส่วน O2:NH3 ที่ลดลง< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2 อัตรา Conversion จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ดังนั้นประเด็นสำคัญคือ:

1) ในด้านหนึ่ง การเพิ่มขึ้นของปริมาณ NH3 ในส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ เช่น การลดลงของอัตราส่วน O2:NH3 ส่งผลให้ระดับการแปลงแอมโมเนียลดลง

2) ในทางกลับกัน เมื่อปริมาณ NH3 เพิ่มขึ้นในส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ อุณหภูมิของระบบจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากความร้อนจะถูกปล่อยออกมาผ่านปฏิกิริยา (14-16) มากขึ้น และระดับของการแปลงจะเพิ่มขึ้นเท่าที่จะทำได้ ดูได้จากตารางที่ 4

ตารางที่ 4 - การขึ้นอยู่กับระดับการแปลงแอมโมเนียต่อเนื้อหาในส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ (P = 0.65 MPa)

ปริมาณ NH3 ในส่วนผสม % (ปริมาตร) อัตราส่วน O2:NH3 อุณหภูมิการแปลง องศาการแปลง NH3, %9,531,9874391,8810,421,7878693,1610,501,7678993,3011,101,6782894,2111,531,5983495,30

จากตารางที่ 4 การเพิ่มอุณหภูมิจาก 740 เป็น 830°C ด้วยอัตราส่วน O2:NH3 เป็น 1.6-2 มีผลดีต่อกระบวนการ ในอัตราส่วน O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

จำเป็นต้องมี O2 ที่มากเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวของแพลตตินัมถูกปกคลุมด้วยออกซิเจนเสมอเพื่อดำเนินกระบวนการออกซิเดชันตามกลไกที่กล่าวถึงข้างต้น และเพื่อป้องกันการก่อตัวของ N2 และ N2O (ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน) จะต้องมากกว่า 30% เช่น อัตราส่วน O2:NH3 > 1.62

องค์ประกอบของก๊าซจะขึ้นอยู่กับการเกิดขึ้นของขั้นตอนที่สองของการผลิตกรดไนตริก (NO ออกซิเดชัน)

2NO + 1.5O2 + H2O = 2HNO3 (25)

นอกจากนี้ยังต้องการออกซิเจนส่วนเกินด้วย:

1) สำหรับระบบที่ทำงานภายใต้ความกดดัน - 2.5%;

2) สำหรับระบบที่ทำงานที่ความดันบรรยากาศ - 5%

ปฏิกิริยาทั้งหมดที่กำหนดความต้องการออกซิเจนในการผลิตกรดไนตริกเขียนได้ดังนี้:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

มีอีกสถานการณ์หนึ่งเนื่องจากไม่พึงประสงค์ที่จะเพิ่มความเข้มข้นของแอมโมเนียให้สูงกว่า 9.5% (ปริมาตร) ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของไนโตรเจนออกไซด์ในหอดูดซับจะลดลงเนื่องจากการเติมออกซิเจนเพิ่มเติม (นั่นคือ NO ถูกเจือจาง) ดังนั้น 9.5% (โดยปริมาตร) จึงเป็นปริมาณแอมโมเนียที่เหมาะสมที่สุดสำหรับทุกขั้นตอนของการผลิตกรดไนตริกเจือจาง

คุณสามารถใช้ออกซิเจนแทนอากาศเพื่อออกซิเดชั่นได้ จากนั้นตามปฏิกิริยาทั้งหมด (26) จำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของแอมโมเนียเป็น 33.3% (ปริมาตร) อย่างไรก็ตาม ข้อควรระวังด้านความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากส่วนผสมที่มีความเข้มข้นของแอมโมเนียจะระเบิดได้ (ตารางที่ 5)

ตารางที่ 5 - ขีดจำกัดการระเบิดด้านล่าง (LEL) และด้านบน (UEL) ของส่วนผสมแอมโมเนีย-ออกซิเจน-ไนโตรเจน

เมื่อความชื้นของก๊าซเพิ่มขึ้น ขีดจำกัดของการระเบิดจะแคบลง กล่าวคือ สามารถใช้แอมโมเนียในการแปลงไอน้ำและออกซิเจนได้

ส่วนผสมของแอมโมเนียกับออกซิเจนจุดชนวนระเบิดได้ (Tf = 700-800 - ภายในขีดจำกัดอุณหภูมิเหล่านี้ การลุกติดไฟได้เองเกิดขึ้นที่ปริมาณแอมโมเนียในส่วนผสมแอมโมเนีย-ออกซิเจน

ส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศที่ใช้จริง (ความเข้มข้นของแอมโมเนีย 9.5-11.5% (ปริมาตร)) ไม่เกิดการระเบิด (ตารางที่ 5) มีการขึ้นอยู่กับขีดจำกัดการระเบิดของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศกับปริมาณแอมโมเนียและออกซิเจนที่ความดันต่างกัน

อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าความเร็วการแพร่กระจายของการระเบิดต่ำ และสำหรับส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศคือ 0.3-0.5 เมตร/วินาที กล่าวคือ เพื่อขจัดความเป็นไปได้ที่การระเบิดจะแพร่กระจาย จำเป็นต้องสร้างความเร็วของก๊าซให้มากกว่าค่านี้ (0.5 เมตร/วินาที) ซึ่งบรรลุผลได้อย่างแม่นยำโดยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมแบบแอคทีฟในกระบวนการ โดยที่เวลาในการสัมผัสคือ 10-4 วินาที ดังนั้น ความเร็วเชิงเส้นจึงมากกว่า 1.5 เมตร/วินาที

4.4 แอมโมเนียออกซิเดชันภายใต้ความดัน

จุดประสงค์ของการเพิ่มแรงกดดันคือ:

1) ความจำเป็นในการเพิ่มความเร็วของกระบวนการ

2) ความกะทัดรัดของการติดตั้ง

ได้รับการพิสูจน์ทางอุณหพลศาสตร์ว่าแม้ที่แรงกดดันสูง ผลผลิตของ NO ก็ใกล้เคียง 100% ผลผลิตของคอนเวอร์เตอร์เพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้นและจำนวนกริดตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมที่เพิ่มขึ้น เมื่อความดันเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของกระบวนการก็จะเพิ่มขึ้นเกิน 900 ด้วยเช่นกัน - อย่างไรก็ตาม ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น เพื่อให้ได้การแปลง NH3 ในระดับสูง จำเป็นต้องเพิ่มเวลาคงอยู่ของก๊าซในตัวแปลง

ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มจำนวนกริด

ข้อเสียเปรียบหลักคือการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม (Pt) ที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูง ข้อเสียเหล่านี้ (การสูญเสียแพลตตินัม ระดับการแปลงที่ลดลง) สามารถกำจัดได้โดยหันไปใช้แผนการผลิตแบบรวม เช่น การดำเนินการกระบวนการออกซิเดชันของ NH3 ที่บรรยากาศหรือใกล้กับความดันบรรยากาศ และไม่มีการเกิดออกซิเดชันและการดูดซับที่ความดันสูง . แนวทางนี้มักถูกนำมาใช้ในแผนงานทางเทคโนโลยีในหลายประเทศ ในขณะเดียวกัน การใช้พลังงานในการอัดแก๊สทำให้ต้นทุนของกรดไนตริกเพิ่มขึ้น

4.5 เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดออกซิเดชันของแอมโมเนีย

อุณหภูมิ. ปฏิกิริยาของแอมโมเนียกับแพลตตินัมเริ่มต้นที่ 145 แต่เกิดขึ้นโดยให้ผลผลิต NO ต่ำและเกิดเป็นธาตุไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ผลผลิตไนตริกออกไซด์เพิ่มขึ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น อยู่ในช่วง 700-1,000 ไม่มีผลผลิตสามารถเพิ่มเป็น 95-98% เวลาสัมผัสเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจาก 650 เป็น 900 ลดลงประมาณห้าเท่า (จากเดิม 5 10-4 ถึง 1.1 10-4 วินาที) สามารถรักษาอุณหภูมิที่ต้องการของกระบวนการได้เนื่องจากความร้อนของปฏิกิริยาออกซิเดชั่น สำหรับส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศแห้งที่มี 10% NH3 ที่อัตราการแปลง 96% อุณหภูมิของก๊าซที่เพิ่มขึ้นตามทฤษฎีจะอยู่ที่ประมาณ 705 หรือประมาณ 70 สำหรับแต่ละเปอร์เซ็นต์ของแอมโมเนียในส่วนผสมเดิม การใช้ส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศที่มีแอมโมเนีย 9.5% เนื่องจากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา จึงเป็นไปได้ที่จะมีอุณหภูมิประมาณ 600 เพื่อเพิ่มอุณหภูมิการแปลงเพิ่มเติม จำเป็นต้องอุ่นอากาศหรือส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศก่อน โปรดทราบว่าส่วนผสมของแอมโมเนียและอากาศสามารถให้ความร้อนได้ที่อุณหภูมิไม่สูงกว่า 150-200 เท่านั้น ที่อุณหภูมิก๊าซทำความร้อนไม่เกิน 400 - มิฉะนั้นอาจเกิดการแยกตัวของแอมโมเนียหรือออกซิเดชันที่เป็นเนื้อเดียวกันด้วยการก่อตัวของธาตุไนโตรเจนได้

ขีดจำกัดบนสำหรับการเพิ่มอุณหภูมิของการออกซิเดชันของแอมโมเนียจะถูกกำหนดโดยการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม ถ้าถึง 920 การสูญเสียแพลตตินัมจะได้รับการชดเชยในระดับหนึ่งด้วยการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นเมื่อสูงกว่าอุณหภูมินี้ การเพิ่มขึ้นของการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาจะแซงหน้าการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญ

จากข้อมูลของโรงงาน อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการแปลงแอมโมเนียภายใต้ความดันบรรยากาศคือประมาณ 800 - สำหรับการติดตั้งที่ทำงานภายใต้ความกดดัน 9 atm จะเท่ากับ 870-900 .

ความดัน. การใช้ความดันที่เพิ่มขึ้นในการผลิตกรดไนตริกเจือจางส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความปรารถนาที่จะเพิ่มอัตราการออกซิเดชันของไนโตรเจนออกไซด์และการเปลี่ยนไนโตรเจนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นเป็นกรดไนตริก

การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็นว่าแม้ที่ความดันสูง อัตราผลตอบแทนสมดุลของ NO ก็ยังอยู่ใกล้ 100% อย่างไรก็ตาม การสัมผัสในระดับสูงในกรณีนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีเครือข่ายตัวเร่งปฏิกิริยาจำนวนมากและอุณหภูมิที่สูงกว่าเท่านั้น

เมื่อเร็วๆ นี้ ในสภาวะทางอุตสาหกรรมบนตัวเร่งปฏิกิริยาหลายชั้นที่มีการฟอกก๊าซอย่างทั่วถึงและอุณหภูมิ 900 จัดการเพื่อเพิ่มระดับการแปลงแอมโมเนียเป็น 96% เมื่อเลือกแรงดันที่เหมาะสมที่สุด ควรคำนึงว่าแรงดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้การสูญเสียแพลตตินัมเพิ่มขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของการเร่งปฏิกิริยา การใช้ตาข่ายหลายชั้น และการทำลายทางกลที่เพิ่มขึ้นภายใต้อิทธิพลของความเร็วก๊าซสูง

3. ปริมาณแอมโมเนียในส่วนผสม โดยปกติอากาศจะใช้ในการออกซิไดซ์แอมโมเนีย ดังนั้นปริมาณแอมโมเนียในส่วนผสมจึงถูกกำหนดโดยปริมาณออกซิเจนในอากาศ ที่อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ของ O2:NH3 = 1.25 (ปริมาณแอมโมเนียในการผสมกับอากาศคือ 14.4%) ผลผลิตของไนตริกออกไซด์ไม่มีนัยสำคัญ ในการเพิ่มผลผลิต NO จำเป็นต้องมีออกซิเจนส่วนเกิน ดังนั้นปริมาณแอมโมเนียในส่วนผสมควรน้อยกว่า 14.4% ในทางปฏิบัติในโรงงาน ปริมาณแอมโมเนียในส่วนผสมจะคงอยู่ในช่วง 9.5-11.5% ซึ่งสอดคล้องกับอัตราส่วน O2:NH3 = 21.7

ปฏิกิริยาทั้งหมด (26) ซึ่งกำหนดความต้องการออกซิเจนในระหว่างกระบวนการผลิตแอมโมเนียให้เป็นกรดไนตริก ให้อัตราส่วน O2:NH3 = 2 ซึ่งสอดคล้องกับปริมาณแอมโมเนียในส่วนผสมเริ่มต้นที่ 9.5% สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าการเพิ่มความเข้มข้นของแอมโมเนียในส่วนผสมที่สูงกว่า 9.5% จะไม่ทำให้ความเข้มข้นของ NO เพิ่มขึ้นในที่สุด เนื่องจากในกรณีนี้ จะต้องนำอากาศเพิ่มเติมเข้าสู่ระบบการดูดซับ หากใช้ส่วนผสมแอมโมเนีย-ออกซิเจนเป็นรีเอเจนต์เริ่มต้น ตามสมการของปฏิกิริยาทั้งหมด จะสามารถเพิ่มความเข้มข้นของแอมโมเนียเป็น 33.3% ได้ อย่างไรก็ตาม การใช้แอมโมเนียที่มีความเข้มข้นสูงนั้นมีความซับซ้อนเนื่องจากสารผสมดังกล่าวสามารถระเบิดได้

ผลกระทบของสิ่งสกปรก โลหะผสมแพลตตินัมมีความไวต่อสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในส่วนผสมของแอมโมเนียและอากาศ เมื่อมีไฮโดรเจนฟอสไฟด์ 0.0002% ในส่วนผสมของก๊าซ ระดับการเปลี่ยนแอมโมเนียจะลดลงเหลือ 80% พิษจากการสัมผัสที่รุนแรงน้อยกว่า ได้แก่ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ อะเซทิลีน คลอรีน ไอระเหยน้ำมันหล่อลื่น ฝุ่นที่มีเหล็กออกไซด์ แคลเซียมออกไซด์ ทราย ฯลฯ

การทำให้ก๊าซบริสุทธิ์เบื้องต้นจะเพิ่มเวลาการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป ตัวเร่งปฏิกิริยาจะค่อยๆ ถูกวางยาพิษ และเอาต์พุต NO จะลดลง เพื่อกำจัดสารพิษและสิ่งปนเปื้อน กริดจะถูกสร้างขึ้นใหม่เป็นระยะโดยการบำบัดกริดด้วยสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 10-15%

5. เวลาติดต่อ. เวลาสัมผัสที่เหมาะสมจะพิจารณาจากอัตราการออกซิเดชันของแอมโมเนีย โดยส่วนใหญ่ อัตราการเกิดออกซิเดชันหมายถึงปริมาณของแอมโมเนียที่ถูกออกซิไดซ์ (กก.) ต่อหน่วยพื้นที่ผิว (m2) ต่อวัน (ความเข้มของตัวเร่งปฏิกิริยา) ระยะเวลาที่ก๊าซสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาหรือเวลาในการสัมผัสจะถูกกำหนดโดยสมการ:

วีเอสวี / ว

โดยที่ t คือเวลาคงอยู่ของก๊าซในโซนตัวเร่งปฏิกิริยา, วินาที; Vsv คือปริมาตรอิสระของตัวเร่งปฏิกิริยา m3; W - ความเร็วเชิงปริมาตรภายใต้เงื่อนไขการสัมผัส m3 วินาที-1

ระดับสูงสุดของการแปลงแอมโมเนียไปเป็นไนโตรเจนออกไซด์จะเกิดขึ้นในเวลาที่เจาะจงมากเมื่อก๊าซสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยา เวลาสัมผัสที่เหมาะสมไม่ควรพิจารณาว่าเป็นเวลาที่ให้ผลผลิต NO สูงสุด แต่ค่อนข้างน้อยกว่า เนื่องจากการทำงานที่ให้ผลผลิตสูงขึ้นมีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจ แม้ว่าจะมีค่าใช้จ่ายในการลดผลผลิตของผลิตภัณฑ์ก็ตาม ในสภาวะการใช้งานจริง เวลาสัมผัสของแอมโมเนียกับตัวเร่งปฏิกิริยามีตั้งแต่ 1 10-4 ถึง 2 10-4 วินาที

การผสมแอมโมเนียกับอากาศ ความสม่ำเสมอที่สมบูรณ์ของส่วนผสมแอมโมเนียและอากาศที่เข้าสู่บริเวณสัมผัสเป็นหนึ่งในเงื่อนไขหลักในการได้รับไนโตรเจนออกไซด์ที่ให้ผลตอบแทนสูง การผสมก๊าซที่ดีมีความสำคัญอย่างยิ่งไม่เพียงแต่รับประกันการสัมผัสในระดับสูง แต่ยังป้องกันความเสี่ยงจากการระเบิดอีกด้วย การออกแบบและปริมาตรของเครื่องผสมต้องรับประกันการผสมก๊าซอย่างดี และกำจัดแอมโมเนียที่แยกออกจากกันไปยังตัวเร่งปฏิกิริยา

5. อุปกรณ์ติดต่อ

สิ่งที่ซับซ้อนที่สุดและได้รับการปรับปรุงที่สำคัญคือการออกแบบอุปกรณ์สัมผัสเอง

รูปที่ 3 - อุปกรณ์สัมผัส Ostwald: 1 - ตัวสะสมส่วนผสมแอมโมเนียและอากาศ; 2 - เกลียวแพลตตินัม; 3 - หน้าต่างดู; 4 - ตัวสะสมก๊าซไนตรัส

อุปกรณ์สัมผัสทางอุตสาหกรรมเครื่องแรกคือเครื่องมือ Ostwald (รูปที่ 3) ประกอบด้วยท่อที่มีศูนย์กลางสองท่อ: เหล็กหล่อด้านนอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มม. เคลือบด้านในและท่อด้านในทำจากนิกเกิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 65 มม. ส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศเข้าสู่อุปกรณ์จากด้านล่างผ่านทางท่อด้านนอก และตกลงบนตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ในส่วนบนของท่อด้านใน ก๊าซไนตรัสตาม ยางในถูกส่งลงไปในตัวสะสม โดยปล่อยความร้อนไปยังส่วนผสมที่เข้ามา

ตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยแถบฟอยล์แพลทินัมหนา 0.01 มม. และกว้าง 20 มม. ม้วนเข้าด้วยกันเป็นเกลียว เทปด้านหนึ่งเรียบส่วนที่สองเป็นกระดาษลูกฟูกที่มีความโค้ง 1 มม. ระดับของการแปลงแอมโมเนียสูงถึง 90-95% ผสมกับอากาศมี 8% NH3 (ปริมาตร) ผลผลิตของอุปกรณ์คือกรดไนตริก 100 กิโลกรัมต่อวัน

ตัวเร่งปฏิกิริยารูปแบบนี้ไม่อนุญาตให้เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์โดยการเพิ่มขนาดของมัน ในอุปกรณ์ Ostwald ไม่รับประกันการจ่ายส่วนผสมของก๊าซที่สม่ำเสมอ เนื่องจากก่อนที่จะเข้าสู่ตัวเร่งปฏิกิริยา การไหลของก๊าซเปลี่ยนทิศทาง 180° แล้วจึงเข้าไปเท่านั้น นอกจากนี้ การออกแบบอุปกรณ์ไม่อนุญาตให้กำจัดไนโตรเจน (II) ออกไซด์ออกจากโซนอุณหภูมิสูงอย่างรวดเร็ว

ในการออกแบบอุปกรณ์สัมผัสต่อมาจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบของตาข่ายของเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.06 มม.

รูปที่ 4 - อุปกรณ์หน้าสัมผัส Andreev: 1 - กริดแพลตตินัม; 2 - หน้าต่างดู

การผลิตกรดไนตริกครั้งแรกในรัสเซียมีการติดตั้งอุปกรณ์สัมผัส Andreev ซึ่งผลิตกรดไนตริกได้ 386 กิโลกรัมต่อวันและถือว่าก้าวหน้าที่สุดในโลก อุปกรณ์ทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. และสูง 450 มม. ทำจากเหล็กหล่อ ส่วนผสมของก๊าซมาจากด้านล่าง (รูปที่ 4) ตารางตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมตั้งอยู่ตรงข้ามอุปกรณ์ตรงกลาง

การใช้เหล็กหล่อในการผลิตอุปกรณ์นี้มีข้อเสียหลายประการ: การรั่วไหล อาการไม่พึงประสงค์,การปนเปื้อนของแพลตตินัมด้วยตะกรัน ระดับการแปลงในนั้นไม่เกิน 87%

รูปที่ 5 - อุปกรณ์หน้าสัมผัสของ Fischer: 1 - หัวฉีด; 2 - ตาข่ายแพลตตินัม; 3 - ฉนวนกันความร้อน

อุปกรณ์ Fischer ทำจากอลูมิเนียมเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,000 มม. สูง 2,000 มม. (รูปที่ 5) ด้านล่างของอุปกรณ์เต็มไปด้วยแหวน Raschig พอร์ซเลนส่วนบนบุไว้ อิฐไฟ- การออกแบบอุปกรณ์ไม่ได้รับประกันว่าส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศจะจ่ายให้กับตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างสม่ำเสมอ แต่ผลผลิตของออกไซด์อยู่ที่ 89-92% ที่อุณหภูมิสัมผัส 700-720°C ผลผลิตแอมโมเนียของอุปกรณ์อยู่ที่ 600-700 กิโลกรัม/วัน อนุภาคของอิฐทนไฟที่ตกลงบนตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง

รูปที่ 6 - อุปกรณ์ Bamag: 1 - หัวฉีด; 2 - ตาข่ายแพลตตินัม; 3 - หน้าต่างดู

อุปกรณ์ที่เสนอโดยบริษัท Bamag (รูปที่ 6) ประกอบด้วยกรวยที่ถูกตัดปลายสองอันเชื่อมต่อกันด้วยฐานกว้าง โดยระหว่างนั้นจะมีการวางตาข่ายตัวเร่งปฏิกิริยาไว้ เส้นผ่านศูนย์กลางของอุปกรณ์ในส่วนกว้างคือ 1.1 ม. หรือ 2.0 ม.

ส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศถูกป้อนเข้าไปในอุปกรณ์จากด้านล่าง ในตอนแรกอุปกรณ์ทำจากอะลูมิเนียม จากนั้นส่วนบนที่ร้อนทำจากสแตนเลส เพื่อผสมส่วนผสมได้ดีขึ้นจึงเทแหวน Raschig ลงในส่วนล่างของอุปกรณ์

ข้อเสียเปรียบหลักของอุปกรณ์เหล่านี้คือทิศทางของส่วนผสมก๊าซไปยังตัวเร่งปฏิกิริยาจากด้านล่าง ซึ่งนำไปสู่การสั่นสะเทือนของกริดและการสูญเสียแพลตตินัมเพิ่มขึ้น

การศึกษาการออกแบบอุปกรณ์สัมผัสแสดงให้เห็นว่าทิศทางของส่วนผสมก๊าซจากบนลงล่างทำให้การทำงานของกริดตัวเร่งปฏิกิริยามีความเสถียร ลดการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมที่มีราคาแพงและหายาก ช่วยเพิ่มระดับการแปลง 1.0-1.5 % และอนุญาตให้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ 2 ขั้น ซึ่งขั้นที่ 2 จะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ใช่แพลตตินัมออกไซด์

เมื่อป้อนส่วนผสมของก๊าซลงในอุปกรณ์จากด้านบนในส่วนล่างคุณสามารถวางชั้นของวัสดุฉนวนได้ตลอดจนขดลวดของหม้อต้มไอน้ำและเครื่องทำความร้อนยิ่งยวดยิ่งโดยไม่ต้องเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยฝุ่นทนไฟ และเกล็ดเหล็ก ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียความร้อนจากปฏิกิริยาสู่สิ่งแวดล้อม

การศึกษาการกระจายตัวของอุณหภูมิบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาพบว่าขอบของตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ติดกับผนังมีมากขึ้น อุณหภูมิต่ำระดับการสัมผัสจะลดลงตามไปด้วย ทำให้ผลผลิตโดยรวมของไนโตรเจน (II) ออกไซด์ลดลง ในเรื่องนี้ รูปทรงของส่วนจ่ายของอุปกรณ์หน้าสัมผัสมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยควรเป็นกรวยที่แยกออกอย่างราบรื่นโดยมีมุมยอดไม่เกิน 30°

รูปที่ 7 - อุปกรณ์ Parsons: 1 - ตาข่ายแพลตตินัมทรงกระบอก; 2 ก้นควอทซ์; 3 - หน้าต่างดู; 4 - ฉนวนกันความร้อน

ในสหรัฐอเมริกา อุปกรณ์ Parsons ถูกสร้างขึ้นด้วยการจัดเรียงแนวตั้งของตาข่ายตัวเร่งปฏิกิริยา ม้วนขึ้นเป็นรูปทรงกระบอกสี่ชั้นที่มีความสูง 33 ซม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 29 ซม. (รูปที่ 7) กระบอกแพลตตินัมถูกวางไว้ในโครงโลหะที่บุด้วยอิฐทนไฟ ซึ่งช่วยให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ร้อน ผลผลิตของอุปกรณ์ดังกล่าวสูงถึง 1 ตันต่อวัน อัตราการแปลงอยู่ที่ 95-96%

ข้อดีของอุปกรณ์นี้คือพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับปริมาตรของอุปกรณ์ ข้อเสียของมันคือการจัดหาส่วนผสมของแอมโมเนียและอากาศให้กับตัวเร่งปฏิกิริยาไม่สม่ำเสมอ ส่วนผสมจะไหลผ่านด้านล่างของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบตาข่ายมากกว่าผ่านด้านบน

มีการทดสอบอุปกรณ์ที่มีรูปร่างหลากหลายจำนวนหนึ่ง: ในรูปแบบของสองซีกโลก, กรวยและซีกโลกที่มีการไหลของก๊าซพุ่งจากล่างขึ้นบน อุปกรณ์เหล่านี้ไม่มีข้อได้เปรียบพิเศษใด ๆ แม้ว่าจะดำเนินการตามกระบวนการสูงถึง 0.51 MPa ระดับการแปลงจะต้องไม่เกิน 90%

รูปที่ 8 - อุปกรณ์ดูปองท์: 1 - ตาข่ายแพลตตินัม; 2 - ตะแกรง; 3 - แจ็คเก็ตน้ำ

เมื่อดำเนินการกระบวนการที่ความดันสูงอุปกรณ์ดูปองท์แพร่หลายมากขึ้น (รูปที่ 8) ประกอบด้วยกรวย: ส่วนบนทำจากนิกเกิลและส่วนล่างทำจากเหล็กทนความร้อน ตัวเรือนด้านล่างมีแจ็คเก็ตน้ำเพื่อระบายความร้อน ตัวเร่งปฏิกิริยาที่วางอยู่บนตะแกรงนั้นทำในรูปแบบของแพ็คเกจของตาข่ายสี่เหลี่ยม

ขณะนี้ทั่วโลกพวกเขากำลังออกแบบและสร้างหน่วยสำหรับการผลิตกรดไนตริกเจือจางที่มีกำลังการผลิตต่อหน่วยขนาดใหญ่ - สูงถึง 400-600 ตันต่อปี อุปกรณ์สัมผัสที่มีชั้นตาข่ายแบนหรือชั้นของวัสดุเม็ดที่อยู่ตรงข้ามการไหลของก๊าซสำหรับหน่วยดังกล่าวควรมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่สูงถึง 5-7 ม. อย่างไรก็ตามเมื่อเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของอุปกรณ์ความสม่ำเสมอของการกระจาย ของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศเหนือส่วนตัดขวางของอุปกรณ์แย่ลง และการใช้โลหะต่อหน่วยการผลิตเพิ่มขึ้น ความยากลำบากในการเชื่อมต่อหน้าแปลนซีลก็เพิ่มขึ้น อุปกรณ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (มากกว่า 4 ม.) ไม่สามารถขนส่งโดยทางรถไฟได้การผลิตที่ไซต์โรงงานเกี่ยวข้องกับปัญหาร้ายแรง

ในเรื่องนี้สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือคอนเวอร์เตอร์ที่มีการไหลในแนวรัศมีของส่วนผสมของก๊าซผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำในรูปของกระบอกสูบหรือกรวย ด้วยการจัดเรียงตัวเร่งปฏิกิริยานี้ ทำให้สามารถเพิ่มความสูงและเพิ่มผลผลิตได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของอุปกรณ์

การออกแบบอุปกรณ์ที่มีการจัดเรียงตัวเร่งปฏิกิริยาทรงกระบอกเป็นที่รู้จักกันมาเป็นเวลานาน (อุปกรณ์ Parsons) แต่ด้วยผลผลิตที่เพิ่มขึ้นจาก 4.5 กก./ชม. เป็น 14.3 ตัน/ชม. ของแอมโมเนีย ปัญหาก็เกิดขึ้นในการกระจายการไหลของส่วนผสมของก๊าซ , การแลกเปลี่ยนความร้อน, การยึดตัวเร่งปฏิกิริยา ฯลฯ

รูปที่ 9 - อุปกรณ์ Parsons ที่ปรับปรุงแล้ว: 1 - เนื้อหา; 2 - ครอบคลุม; 3 - ตัวสะสมสารทำความเย็น; 4 - อุปกรณ์รองรับ; 5 - เหมาะสมสำหรับการกำจัดก๊าซไนตรัส 6 - กริดตัวเร่งปฏิกิริยา; 7 - ช่องสำหรับน้ำหล่อเย็น; 8 - ช่องสำหรับก๊าซ

หนึ่งในอุปกรณ์ใหม่คืออุปกรณ์ Parsons ที่ได้รับการปรับปรุง (รูปที่ 9) ประกอบด้วยตัวเครื่องพร้อมฝาปิด ข้อต่อสำหรับการป้อนส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศ และก๊าซไนตรัสที่ปล่อยออกมา ตัวเร่งปฏิกิริยาคือตาข่ายแพลทินัม วางในแนวตั้งบนพื้นผิวทรงกระบอกและยึดไว้ใต้ฝาครอบ กริดถูกขึงไว้เหนืออุปกรณ์รองรับเซรามิก ซึ่งมีช่องแนวนอนสำหรับจ่ายส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศไปยังกริดหน้าสัมผัส และช่องแนวตั้งสำหรับจ่ายน้ำหล่อเย็น ข้อเสียของอุปกรณ์สนับสนุนดังกล่าวคือก๊าซที่จ่ายให้กับตัวเร่งปฏิกิริยานั้นมีการกระจายในรูปแบบของไอพ่นแยกกัน ส่งผลให้พื้นที่ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานได้ไม่เต็มที่

รูปที่ 10 - อุปกรณ์หน้าสัมผัสที่มีจังหวะก๊าซในแนวรัศมี: 1 - ตัวเรือน; 2 - ปก; 3 - ระบบองค์ประกอบรองรับ; 4 - ตัวเร่งปฏิกิริยา; 5 - ตะแกรง; 6 - ก้นแข็ง

เสนออุปกรณ์ที่มีการไหลของก๊าซในแนวรัศมี (รูปที่ 10) ซึ่งประกอบด้วยตัวเรือน 1 และฝาปิดพร้อมข้อต่อสำหรับแนะนำส่วนผสมของแอมโมเนียกับอากาศ ที่ด้านล่างของตัวเครื่องมีข้อต่อสำหรับแนะนำก๊าซไนตรัส กริดตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปทรงกระบอกและกรวยจะอยู่ในแนวตั้ง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์นี้ยังไม่สามารถรับประกันการจ่ายก๊าซให้กับตัวเร่งปฏิกิริยาได้สม่ำเสมอ

รูปที่ 11 - อุปกรณ์สัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาแบบละเอียด: 1 ตัวทรงกระบอก; 2 - ปิดด้วยรูตรงกลาง; 3, 4 - กริดกระจายแบบมีรูพรุนทรงกระบอกโคแอกเซียล; 5 - ด้านล่างเป็นรูปวงแหวน; 6 - ข้อต่อทางออก

มีการเสนออุปกรณ์ที่มีการไหลของก๊าซในแนวรัศมีและตัวเร่งปฏิกิริยาแบบละเอียด โลหะแพลตตินัมที่สะสมอยู่บนตัวพาหรือเม็ดตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ใช่แพลตตินัมจะถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (รูปที่ 11)

อุปกรณ์ในรูปที่ 11 ประกอบด้วยตัวเครื่องทรงกระบอก 1 โดยที่ส่วนบนซึ่งมีส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศ และก๊าซไนตรัสจะถูกปล่อยลงสู่ส่วนล่าง ภายในมีตารางการกระจายแบบมีรูพรุนทรงกระบอกโคแอกเชียล 3 และ 4 ระหว่างนั้นจะมีชั้นของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเม็ด 7 วางอยู่ กระบอกสูบด้านนอกปิดที่ด้านบนโดยมีฝาปิด 2 โดยมีรูตรงกลาง และที่ด้านล่างมีด้านล่างเป็นรูปวงแหวนตาบอด 5. กระบอกสูบด้านในปิดที่ด้านบนพร้อมฝาปิดและที่ด้านล่างเชื่อมต่อกับข้อต่อทางออก 6

ส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศที่ทางเข้าเครื่องแบ่งออกเป็นสองสาย ส่วนหลักจะผ่านเข้าไปในช่องว่างวงแหวนระหว่างผนังของตัวเรือนและกระบอกสูบกระจายภายนอก และไหลในแนวรัศมีไปยังตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนที่สองที่มีขนาดเล็กกว่าจะผ่านรูในฝาครอบและเข้าสู่ตัวเร่งปฏิกิริยาตามแนวแกน ไม่รับประกันการกระจายตัวของส่วนผสมก๊าซในตัวเร่งปฏิกิริยาที่สม่ำเสมอ

ข้อเสียของการออกแบบเหล่านี้คือความร้อนสูงเกินไปของส่วนผสมแอมโมเนียและอากาศมากกว่า 200 ใกล้กับก้นแข็งเนื่องจากความเร็วของก๊าซลดลงเหลือศูนย์ ความร้อนสูงเกินไปของแก๊สทำให้กริดตัวเร่งปฏิกิริยาร้อนเกินไปและการสึกหรอเพิ่มขึ้น

รูปที่ 12 - อุปกรณ์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยารูปทรงกรวย: 1 - แจ็คเก็ตสำหรับทำความร้อนแก๊ส; 2 - ตัวเร่งปฏิกิริยา; 3 - รองรับอุปกรณ์ท่อ; 4 - แจ็คเก็ตน้ำ

อุปกรณ์ (รูปที่ 12) มีตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบของตาข่ายแพลทินัมหลายชั้น เชื่อมจากชิ้นสามเหลี่ยมเป็นกรวยที่มีมุมยอดประมาณ 60° แพ็คเกจตาข่ายวางอยู่บนโครงสร้างที่ประกอบด้วยท่อ 6-12 ท่อตามแนวแกนของกรวยซึ่งสารหล่อเย็นจะไหลผ่าน ตัวเร่งปฏิกิริยารูปแบบนี้มีพื้นที่ผิวจำเพาะที่ใหญ่กว่า (สัมพันธ์กับปริมาตรของอุปกรณ์) เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาแบบแบนที่อยู่ตรงข้ามการไหลของก๊าซ อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาทรงกระบอก พื้นที่ผิวจำเพาะของมันจะน้อยกว่า

รูปที่ 13 - อุปกรณ์สัมผัสสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียภายใต้แรงดันสูง: 1 - ตัวเรือน; 2 - กรวยภายใน; 3 - สวิตช์เกียร์; 4 - เครื่องจุดไฟ; 5 - กริดตัวเร่งปฏิกิริยา; 6 - เครื่องทำความร้อนแบบไอน้ำยิ่งยวด; 7 - แพ็คเกจหม้อไอน้ำ; 8 - เครื่องประหยัด

รูปที่ 13 แสดงอุปกรณ์สัมผัสสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียภายใต้ความดัน 0.71 MPa อุปกรณ์ประกอบด้วยกรวยสองอันที่เสียบเข้าด้วยกัน ส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศจะเข้ามาจากด้านล่างเข้าไปในช่องว่างระหว่างกรวยด้านในและด้านนอก ลอยขึ้นและตกลงไปตามกรวยด้านใน ระหว่างทางไปยังตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมซึ่งทำในรูปของกริด ส่วนผสมจะถูกผสมให้เข้ากันในอุปกรณ์กระจายที่ทำจากวงแหวน Raschig

ในการวัดอุณหภูมิของส่วนผสมก๊าซที่เข้ามาและกระบวนการแปลง อุปกรณ์จะติดตั้งเทอร์โมคัปเปิล: สี่ตัวก่อนตัวเร่งปฏิกิริยาและสี่ตัวหลังจากนั้น สำหรับการเก็บตัวอย่างก๊าซ จะมีท่อเก็บตัวอย่างไอน้ำ: สี่ท่อก่อนตัวเร่งปฏิกิริยาและสี่ท่อหลังจากนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกจุดด้วยส่วนผสมไนตริก-ไฮโดรเจนที่จ่ายโดยใช้หัวเผาแบบหมุน (ตัวจุดไฟ)

รูปที่ 14 - อุปกรณ์ติดต่อจาก Grand Parouass: 1 - ตัวเครื่อง; 2 ตะแกรง; 3 - ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม; 4 - ตาข่ายหุ้มเกราะ; วงแหวน 5 ชั้น; 6 แผ่นพรุน; 7 - เครื่องทำความร้อนแบบไอน้ำยิ่งยวด; 8 - หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง

ในบรรดาอุปกรณ์ที่ทำงานที่ความดันเฉลี่ย 0.40-0.50 MPa อุปกรณ์จาก Grand Parouasse ที่ทำจากสแตนเลสเป็นที่สนใจ (รูปที่ 14) ประกอบด้วยตัวเครื่อง ปิดด้านบนด้วยฝาปิดทรงรี และมีข้อต่อทางเข้าสำหรับแนะนำส่วนผสมของก๊าซ ใต้ฝาครอบมีกรวยเจาะรูจากนั้นเป็นฉากสะท้อนแสง ตารางการกระจายจะถูกวางไว้เหนือตารางแพลตตินัม ซึ่งมีชั้นของตารางหกตารางที่ทำหน้าที่เป็นตัวหน่วงสำหรับการเต้นเป็นจังหวะของความเร็วการไหล ข้อเสียของอุปกรณ์คือการมีโซนนิ่งในบริเวณที่มีอุณหภูมิตัวเร่งปฏิกิริยาสูง ซึ่งแอมโมเนียที่เข้ามาสามารถสลายตัวได้

6. การคัดเลือกและคำอธิบายของโครงการเทคโนโลยีสำหรับการผลิตกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้น

ระบบกรดไนตริกประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของกระบวนการผลิต:

1) ระบบทำงานที่ความดันบรรยากาศ

2) ระบบทำงานที่แรงดันสูง (4-8 atm)

3) ระบบรวมซึ่งดำเนินการออกซิเดชันของแอมโมเนียที่ความดันต่ำกว่าและการดูดซับออกไซด์จะดำเนินการที่ความดันสูงกว่า

ลองดูแผนการทางเทคโนโลยีเหล่านี้

1) ระบบทำงานที่ความดันบรรยากาศ

รูปที่ 15 - แผนภาพการติดตั้งสำหรับการผลิตกรดไนตริกเจือจางที่ความดันบรรยากาศ: 1 - เครื่องฟอกน้ำ; 2 - ผ้ากรอง; 3 - พัดลมแอมโมเนียอากาศ; 4 - ตัวกรองกระดาษแข็ง; 5 - ตัวแปลง; 6 - หม้อต้มไอน้ำสำหรับการกู้คืน; 7 - ตู้เย็นความเร็วสูง 8 - ตู้เย็นคอนเดนเซอร์; 9 - พัดลมสำหรับก๊าซไนตรัส 10 - หอดูดซับ; 11 - หอออกซิเดชัน; 12 - หอคอยสำหรับการดูดซับไนโตรเจนออกไซด์ด้วยด่าง; 13 - เครื่องทำความเย็นกรด; 14, 15 - ปั๊ม

ปัจจุบันระบบเหล่านี้ (รูปที่ 15) ไม่ได้ใช้งานอีกต่อไปเนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดใหญ่ (หอดูดซับกรดและด่างจำนวนมาก) ผลผลิตต่ำ รวมถึงการสะสมของคลอรีนจำนวนหนึ่งซึ่งมีสภาพเป็นกรดและ ระบบดูดซับอัลคาไลน์มีผลกระทบต่อการกัดกร่อนอย่างรุนแรงต่ออุปกรณ์ ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนอย่างต่อเนื่อง และทำให้เกิดต้นทุนทางเศรษฐกิจจำนวนมาก

2) ระบบรวม

รูปที่ 16 - การผลิตกรดไนตริกโดยใช้วิธีการรวม: 1 - ตู้เย็นความเร็วสูง; 2 - ตู้เย็น; 3 - เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จเจอร์; 4 - กระปุกเกียร์; 5 - เทอร์โบชาร์จเจอร์ของก๊าซไนตรัส; 6 - กังหันเพื่อการชลประทานของก๊าซไอเสีย 7 - ตัวออกซิไดซ์; 8 - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน; 9 - ตู้เย็นคอนเดนเซอร์; 10 - คอลัมน์การดูดซึม; 11 - วาล์วกรด; 12 - ตัวสะสมคอนเดนเสท; 13, 14 - คอลเลกชันกรดไนตริก

ข้อดีหลักของโครงการนี้คือ:

1. ระบบเหล่านี้ (รูปที่ 16) ทำงานโดยไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอก เนื่องจากความร้อนของการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียและการเกิดออกซิเดชันของไนโตรเจนออกไซด์นั้นเพียงพอที่จะสร้างพลังงานสำหรับอัดอากาศและก๊าซไนตรัสให้ได้แรงดันที่ต้องการ

2. ความกะทัดรัดของอุปกรณ์

3.กำลังการผลิตหน่วยดังกล่าว 1,360 ตัน/วัน

ข้อเสียของโครงการ:

ข้อเสียเปรียบหลักของโครงการนี้คือในระหว่างการออกซิเดชั่นของแอมโมเนียภายใต้ความดัน 9 atm ระดับของการแปลงจะน้อยกว่าที่ความดันบรรยากาศ 2-3% และการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมจะมากกว่า 2-3 เท่า ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์มากกว่าที่จะดำเนินการกระบวนการนี้ภายใต้ความกดดันบรรยากาศ แต่สำหรับโรงปฏิบัติงานสมัยใหม่อันทรงพลังที่ผลิตกรดไนตริก ในกรณีนี้ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่จำนวนมาก และส่งผลให้ต้นทุนการก่อสร้างและติดตั้งเพิ่มขึ้น ข้อควรพิจารณาเหล่านี้บังคับให้เราต้องหันไปเพิ่มแรงกดดันในระหว่างกระบวนการแปลงแอมโมเนีย ในเรื่องนี้ยอมรับความดันลำดับ 2.5 atm เนื่องจากปริมาตรของอุปกรณ์จะลดลง 2.5 เท่าเมื่อเทียบกับปริมาตรในระบบที่ทำงานที่ความดันบรรยากาศโดยมีการสูญเสียแอมโมเนียและตัวเร่งปฏิกิริยาปานกลาง

3) ระบบการทำงานภายใต้ความกดดันสูง

ข้อดีของโครงการ (รูปที่ 17):

1.ตัวเครื่องมีขนาดกะทัดรัดสามารถเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ทั้งหมดได้ วงจรพลังงานของเครื่องเป็นแบบอัตโนมัติ และเมื่อปิดการผลิตสารเคมี เครื่องจะยังคงทำงานต่อไปจนกว่าจะถูกตัดการเชื่อมต่อจากแผงควบคุม ซึ่งช่วยให้สามารถปิดระบบโดยไม่ตั้งใจได้ กระบวนการทางเคมีนำเครื่องไปใช้งานอย่างรวดเร็ว การควบคุมเครื่องในโหมดการทำงานเป็นแบบอัตโนมัติ

2. ต้นทุนจริงและความเข้มข้นของพลังงานของกรดไนตริกที่ผลิตในหน่วยที่มีความดันเดียว 0.716 MPa ยังคงต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับหน่วย AK-72 และหน่วยที่ทำงานตามรูปแบบรวม

3. แทนที่จะติดตั้งหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนอุณหภูมิสูงจะถูกติดตั้งด้านหลังอุปกรณ์สัมผัสเพื่อให้ความร้อนแก่ก๊าซไอเสียที่ด้านหน้ากังหันเป็น 1120 K ยิ่งไปกว่านั้นเนื่องจากกำลังของกังหันแก๊สเพิ่มขึ้น ผลผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 274 เมื่อเทียบกับหน่วย AK-72

4. ในวงจรจะมีการติดตั้งห้องเผาไหม้ที่เปิดอยู่ตลอดเวลาขนานกับอุปกรณ์เทคโนโลยีซึ่งทำให้การทำงานของหน่วยเครื่องจักรเป็นอิสระจากสายเทคโนโลยีตลอดจนเพื่อให้มั่นใจว่าการเปลี่ยนจากการทำงานราบรื่น ของเครื่องในโหมดไม่ได้ใช้งานไปจนถึงการทำงานของเครื่องเมื่อกระบวนการเทคโนโลยีเปิดอยู่

ข้อเสียของโครงการ:

1. กระบวนการนี้เกิดขึ้นในหน่วยที่อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมมีภาระหนักมาก และล้มเหลว จากข้อมูลในวรรณกรรม การสูญเสียจำเพาะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ต่อกรดไนตริก 1 ตันคือ 40-45 มก. สำหรับกระบวนการที่ความดันบรรยากาศ 100 มก. ที่ 0.3-1.6 MPa และ 130-180 มก. ที่ 0.7-0.9 MPa นั่นคือการสูญเสียแพลตตินัมเพิ่มขึ้นในการติดตั้งที่ทำงานภายใต้ความกดดันเนื่องจากอุณหภูมิตัวเร่งปฏิกิริยาที่สูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิในการติดตั้งที่ทำงานที่ความดันบรรยากาศ

2. จำเป็นต้องมีการฟอกอากาศในระดับที่สูงมากก่อนเข้าสู่หน่วยกังหันก๊าซ เนื่องจากประสิทธิภาพอากาศของคอมเพรสเซอร์สามารถลดลงได้ถึง 10% และประสิทธิภาพได้ถึง 6%

โครงงานหลักสูตรนี้จะศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับแผนการผลิตกรดไนตริกภายใต้ความดันด้วยเครื่องอัดที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันแก๊ส (รูปที่ 17)

กำลังการผลิตกรดไนตริกตามรูปแบบการทำงานภายใต้ความดัน 0.716 MPa ถูกกำหนดโดยจำนวนหน่วย กำลังการผลิตหนึ่งหน่วยคือ 120,000 ตันต่อปี (100% HNO3) จำนวนหน่วยในวงจรถูกกำหนดโดยความต้องการกรดไนตริกในร้านแปรรูป

แต่ละหน่วยดำเนินการ: การเตรียมส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ (การทำให้อากาศบริสุทธิ์และการบีบอัด การระเหยของแอมโมเนียเหลว การทำให้แอมโมเนียในก๊าซบริสุทธิ์ และส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ) การแปลงแอมโมเนีย การนำความร้อนกลับคืนจากการก่อตัวของไนโตรเจนออกไซด์ การระบายความร้อนของก๊าซไนตรัส การได้รับกรดไนตริก ความร้อนของก๊าซไอเสีย ทำความสะอาดพวกมันจากไนโตรเจนออกไซด์และนำพลังงานก๊าซกลับมาใช้ใหม่ในกังหันแก๊สและหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง

นอกจากนี้ โครงการดังกล่าวยังรวมถึงหน่วยในการเตรียมน้ำป้อนเพื่อจ่ายพลังงานให้กับหม้อต้มน้ำร้อนเหลือทิ้ง คอนเดนเสทเย็นลงหรือน้ำปราศจากแร่ธาตุเพื่อการชลประทานคอลัมน์ดูดซับ ลดไอน้ำให้เหลือตามพารามิเตอร์ที่ต้องการ จัดเก็บกรดไนตริกที่ผลิตขึ้น และแจกจ่ายให้กับผู้บริโภค

รูปที่ 17 - แผนภาพการผลิตกรดไนตริกภายใต้ความกดดันด้วยคอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันแก๊ส: 1 - ตัวกรองอากาศ; 2 - เทอร์โบชาร์จเจอร์ขั้นแรก; 3 - ตู้เย็นระดับกลาง; 4 - เทอร์โบชาร์จเจอร์ขั้นที่สอง; 5 - กังหันก๊าซ; 6 - กระปุกเกียร์; 7 - มอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า; 8 - เครื่องทำความร้อนอากาศ; 9 - เครื่องผสมแอมโมเนียอากาศ 10 - เครื่องทำความร้อนอากาศ; 11 - ตัวกรองโพลาไรต์; 12 - ตัวแปลง; 13 - หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง; 14 - ภาชนะสำหรับออกซิเดชันของก๊าซไนตรัส 15 - ตู้เย็น - คอนเดนเซอร์; 16 - คอลัมน์การดูดซึม; 17 - ตัวแปลง; 18 - หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง

อากาศในบรรยากาศจะถูกดูดผ่านตัวกรอง 1 โดยเทอร์โบคอมเพรสเซอร์ขั้นที่ 2 และบีบอัดเป็น 0.2-0.35 MPa เนื่องจากการอัดทำให้อากาศร้อนได้ถึง 175 - หลังจากเย็นลงเหลือ 30-45 ในตู้เย็น 3 อากาศจะเข้าสู่เทอร์โบคอมเพรสเซอร์ขั้นที่สอง 4 ซึ่งถูกบีบอัดจนถึงแรงดันสุดท้ายที่ 0.73 MPa และให้ความร้อนถึง 125-135 - เพิ่มความร้อนของอากาศเป็น 270 เกิดขึ้นในฮีตเตอร์ 8 เนื่องจากความร้อนของก๊าซไนตรัสร้อนออกจากคอนเวอร์เตอร์ จากนั้นอากาศร้อนจะเข้าสู่เครื่องผสม 9

แอมโมเนียภายใต้ความดัน 1.0-1.2 MPa ถูกทำให้ร้อนถึง 150 ในเครื่องทำความร้อน 10 ด้วยไอน้ำและเข้าสู่เครื่องผสม 9 ซึ่งผสมกับอากาศ ผลลัพธ์ของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศที่มี NH3 10-12% จะถูกกรองในตัวกรองโพโรไลต์ 11 และเข้าสู่คอนเวอร์เตอร์ 12 ซึ่งทำงานบนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม-โรเดียมที่อุณหภูมิ 890-900 แอมโมเนียถูกออกซิไดซ์เป็นไนตริกออกไซด์ ความร้อนของก๊าซที่ออกจากตัวแปลงจะถูกใช้ในหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง 13 เพื่อผลิตไอน้ำ ในขณะที่ก๊าซจะถูกทำให้เย็นลงถึง 260 .

จากนั้น ก๊าซจะผ่านตัวกรองเพื่อจับแพลตตินัมซึ่งอยู่ที่ส่วนบนของภาชนะเปล่า 14 ในภาชนะที่ 14 NO จะถูกออกซิไดซ์เป็น NO2 (ระดับออกซิเดชัน 80%) ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ส่วนผสมของก๊าซถูกให้ความร้อนจนถึง 300-310 และเข้าเครื่องทำความร้อนแอร์ 8 โดยจะเย็นลงถึง 175 - การใช้ความร้อนของก๊าซไนตรัสต่อไปจะไม่เกิดประโยชน์จึงทำให้เย็นลงด้วยน้ำในตู้เย็น 16 ถึง 50-55 - พร้อมกับการระบายความร้อนของก๊าซในตู้เย็น 16 จะเกิดการควบแน่นของไอน้ำและการก่อตัวของกรดไนตริกอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของน้ำกับไนโตรเจนไดออกไซด์ ความเข้มข้นของกรดที่ได้จะต้องไม่เกิน 52% НNO3 ซึ่งให้ผลผลิตประมาณ 50% ของผลผลิตรวมของการติดตั้ง

จากตู้เย็น 15 ก๊าซไนตรัสจะเข้าสู่คอลัมน์การดูดซึม 16 ด้วยแผ่นตะแกรง โดยที่ NO2 จะถูกดูดซับด้วยน้ำเพื่อสร้างกรดไนตริก (ความเข้มข้นสูงถึง 55%) คอยล์ (องค์ประกอบทำความเย็น) วางอยู่บนแผ่นของคอลัมน์ดูดซับ 16 ซึ่งน้ำจะไหลเวียนเพื่อขจัดความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของกรดไนตริก

ในการฟอกก๊าซไอเสียจากไนโตรเจนออกไซด์ พวกมันจะถูกให้ความร้อนที่ 370-420°C จากนั้นเติมก๊าซธรรมชาติจำนวนเล็กน้อยลงไปและส่งไปยังคอนเวอร์เตอร์ (เครื่องปฏิกรณ์) 17. ที่นี่เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียม ปฏิกิริยาต่อไปนี้ เกิดขึ้น:

CH4 + O2 2СО + 4Н2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)

เนื่องจากปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน อุณหภูมิของก๊าซจึงเพิ่มขึ้นเป็น 700-730 - ก๊าซเหล่านี้เข้าสู่กังหัน 5 ภายใต้ความดัน 0.5-0.6 MPa ซึ่งขับเคลื่อนเทอร์โบชาร์จเจอร์ 2 และ 4 ซึ่งอัดอากาศ หลังจากนั้นเกิดก๊าซที่อุณหภูมิประมาณ 400 เข้าสู่หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง 19 ซึ่งผลิตไอน้ำแรงดันต่ำ

เทอร์โบชาร์จเจอร์ของขั้นที่หนึ่งและสองขั้นที่ 2 และ 4 รวมถึงกังหันก๊าซ 5 เป็นหน่วยเดียว กังหันระยะที่ 1 และกังหันก๊าซ 5 ตั้งอยู่บนเพลาทั่วไปและเชื่อมต่อกันด้วยกระปุกเกียร์ 6 กับกังหันระยะที่สอง 4 และมอเตอร์ไฟฟ้า 7 หน่วยนี้ทำให้สามารถใช้พลังงานจำนวนมากที่ใช้ไปในอากาศได้ การบีบอัดและลดการใช้ไฟฟ้าได้อย่างมาก

7. การคำนวณความสมดุลของวัสดุและความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์

7.1 การคำนวณความสมดุลของวัสดุเครื่องปฏิกรณ์

1) คำนวณปริมาตรอากาศที่ต้องการ:

2) ปริมาตรที่มาพร้อมกับอากาศ nm3:

ก) ไอน้ำ

b) อากาศแห้ง

3) ให้เราคำนวณปริมาตรของออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอนที่จ่ายให้กับอากาศโดยพิจารณาจากเปอร์เซ็นต์ในอากาศ

) ค้นหาปริมาตรที่เกิดจากปฏิกิริยา (14), นาโนเมตร ³ /ชม:

ก) ไนโตรเจนออกไซด์

b) ไอน้ำ

5) กำหนดปริมาตรที่เกิดจากปฏิกิริยา (15), นาโนเมตร ³ /ชม:

ก) ไนโตรเจน

b) ไอน้ำ

c) ออกซิเจนที่ใช้ระหว่างปฏิกิริยานี้

6) คำนวณปริมาตรในก๊าซหลังการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนีย, นาโนเมตร ³ /ชม:

ก) ออกซิเจน

ข) ไนโตรเจน

ค) อาร์กอน

ง) ไอน้ำ

7) สามารถคำนวณความสมดุลของวัสดุตามจริงได้ หากปริมาตรของการไหลที่ทางเข้าอุปกรณ์สัมผัสและที่ทางออกถูกแปลงเป็นมวล ในขณะที่ต้องรักษาสมดุลของวัสดุไว้

มา:

การบริโภค:

กรอกตารางความสมดุลของวัสดุ (ตารางที่ 6)

ตารางที่ 6

รายได้การบริโภคส่วนประกอบปริมาณส่วนประกอบปริมาณกก./ชม ³ /hkg/hm ³ 2 0H2O1827.022273.625H2O8938.62711123.625รวม73572.07760203.68รวม73570.96161678.38

ความคลาดเคลื่อนของยอดคงเหลือ

7.2 การคำนวณสมดุลความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์

ให้เราค้นหาอุณหภูมิ tx ที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของแอมโมเนียและอากาศเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการออกซิเดชันของแอมโมเนียจะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ

1) คำนวณปริมาตรรวมของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ

) กำหนดความเข้มข้นของส่วนประกอบของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ % (ปริมาตร):

ก) แอมโมเนีย

b) อากาศแห้ง

ค) ไอน้ำ

3) คำนวณความจุความร้อนเฉลี่ยของส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ

Сср = 0.01 · (35.8 · แพม + 28.7 · พีเอสวี + 32.6 · ПН2О)(59)

Сср = 0.01 · (35.8 · 9.8 + 28.7 · 86.4 + 32.6 · 3.8) = 29.544 กิโลจูล/(กโมล K)

โดยที่ 35.8; 28.7 และ 32.6 คือความจุความร้อนของแอมโมเนีย อากาศแห้ง และไอน้ำ, kJ/(kmol K)

) หาความร้อนที่เกิดจากส่วนผสมแอมโมเนีย-อากาศ

) เราคำนวณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยา (14) และ (16)

หรือ 17,030 kW โดยที่ 905800 และ 126660 เป็นความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเกิดไนตริกออกไซด์และไนโตรเจนตามปฏิกิริยา (14) และ (16)

) หาปริมาตรรวมของก๊าซไนตรัสที่เข้าสู่หม้อต้มความร้อนทิ้ง

7) กำหนดความเข้มข้นของส่วนประกอบก๊าซไนตรัส % (ปริมาตร):

ก) ไนโตรเจนออกไซด์

ข) ออกซิเจน

ค) อาร์กอน

ง) ไนโตรเจน

ง) ไอน้ำ

8) คำนวณความจุความร้อนเฉลี่ยของก๊าซไนตรัส:

Ssr = 0.01(31.68 PNO + 32.3 PO2 + 20.78 ไอน้ำ 30.8 PN2 + 37.4 Pvod 3(68)

Сср=0.01(31.68 · 8.9+32.3 · 6.1+20.78 · 0.84+30.8 · 66.1+37.4 · 18.0) = 32.17 กิโลจูล/(กโมล K)

โดยที่ 31.68; 32.3; 20.78; 30.8 และ 37.4 - ความจุความร้อนของส่วนประกอบก๊าซไนตรัสที่อุณหภูมิ 900 , กิโลจูล/(กิโลโมล·K).

9) สำหรับทำน้ำร้อนไอน้ำจาก 198 มากถึง 250 ใน superheater จำเป็นต้องขจัดความร้อน:

1880 กิโลวัตต์โดยที่ 800 10 ³ และ 1082·10 ³ J/kg - เอนทาลปีจำเพาะของไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 198 และ 250 และแรงดัน 1.5 MPa และ 3.98 MPa

10) อุณหภูมิของก๊าซไนตรัสที่ทางออกของอุปกรณ์สัมผัสถูกกำหนดจากสมการสมดุลความร้อนสำหรับส่วนนี้:

6768 · 106 = 64631 · 1.66 · 10³(900 - t2)

11) เราคำนวณความร้อนที่ก๊าซไนตรัสพาไป ลองพิจารณากรณีที่อุปกรณ์สัมผัสและหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งถูกติดตั้งเป็นอุปกรณ์เดียว:

12) กำหนดการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม

เมื่อเปรียบเทียบความร้อนที่ไหลเข้ากับอัตราการไหล เราจึงสร้างสมการสมดุลความร้อนและแก้มันด้วยความเคารพ tx:

มากรอกตารางสมดุลความร้อนกัน (ตารางที่ 7)

ตารางที่ 7

ขาเข้า, kW ปริมาณการใช้, kW ความร้อนที่เกิดจากส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศ 6369.2 ความร้อนเพื่อให้ไอน้ำร้อนในเครื่องทำความร้อนยิ่งยวด 1880 ความร้อนที่ถูกพาออกไปโดยก๊าซไนตรัส 20584.3 ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยา (14) และ (16) 17030.6 การสูญเสียต่อสิ่งแวดล้อม 935.9 รวม 23399 8ทั้งหมด23400.2

ความคลาดเคลื่อนของยอดคงเหลือ:

8. ความปลอดภัยในการทำงานและนิเวศวิทยาทางอุตสาหกรรม

เพื่อให้มั่นใจถึงโหมดการทำงานที่ปลอดภัยในการผลิตกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้นภายใต้แรงดันสูง จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบทางเทคโนโลยี คำแนะนำเกี่ยวกับการคุ้มครองแรงงานในสถานที่ทำงาน คำแนะนำเกี่ยวกับการคุ้มครองแรงงานและความปลอดภัยในโรงงานอุตสาหกรรมของแผนกอย่างเคร่งครัด และคำแนะนำเกี่ยวกับ งานบางประเภท

เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงได้รับอนุญาตให้ทำงานในชุดทำงานและรองเท้านิรภัยที่กำหนดตามมาตรฐาน และต้องมีอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลในการทำงานติดตัวด้วย ต้องตรวจสอบอุปกรณ์ป้องกัน (หน้ากากป้องกันแก๊สพิษส่วนบุคคล) ทุกกะก่อนเริ่มงาน

กลไกการบริการบุคคลต้องรู้กฎของ Gosgortekhnadzor ที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่ให้บริการ ผู้เข้ารับบริการอุปกรณ์ตรวจสอบหม้อไอน้ำ - กฎการตรวจสอบหม้อไอน้ำ

หลีกเลี่ยงการหยุดชะงักของระบอบเทคโนโลยีปกติในทุกขั้นตอนของกระบวนการ

งานควรดำเนินการเฉพาะกับอุปกรณ์ที่ให้บริการได้ซึ่งมีอุปกรณ์ความปลอดภัย อุปกรณ์เครื่องมือและอุปกรณ์ควบคุม สัญญาณเตือน และลูกโซ่ที่ทำงานที่จำเป็นและเหมาะสมทั้งหมดเท่านั้น

เมื่อส่งมอบอุปกรณ์ซ่อมแซมและการสื่อสารที่อาจเกิดการสะสมแอมโมเนีย ให้ล้างอุปกรณ์และการสื่อสารกับไนโตรเจนจนกว่าจะไม่มีสารไวไฟในการไล่ไนโตรเจน

ก่อนเติมอุปกรณ์และการสื่อสารกับแอมโมเนียหลังการซ่อมแซม ให้ล้างด้วยไนโตรเจนจนกว่าปริมาณออกซิเจนในไนโตรเจนในการล้างจะไม่เกิน 3.0% (ปริมาตร)

ไม่อนุญาตให้มีการซ่อมแซมการสื่อสาร อุปกรณ์ หรืออุปกรณ์ภายใต้ความกดดัน การซ่อมแซมจะต้องดำเนินการหลังจากปล่อยแรงดันและถอดปลั๊กบริเวณที่ซ่อมแซมออกด้วยปลั๊ก อุปกรณ์และการสื่อสารที่จะซ่อมแซมจะต้องถูกล้างหรือล้าง

เพื่อหลีกเลี่ยงค้อนน้ำ ให้จ่ายไอน้ำไปยังท่อไอน้ำเย็นอย่างช้าๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีความร้อนเพียงพอโดยมีการปล่อยคอนเดนเสทตลอดความยาวของท่อ การปล่อยไอน้ำแห้งออกจากท่อระบายน้ำแสดงว่าท่อมีความร้อนเพียงพอ

อย่าเปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าหากสายดินชำรุด

อย่าให้มีการซ่อมแซมอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าโดยไม่ได้ถอดแรงดันไฟฟ้าออกจากมอเตอร์ไฟฟ้า

การซ่อมแซมและการปรับแต่งเครื่องมือควบคุมและการวัดและอุปกรณ์ไฟฟ้าควรดำเนินการโดยฝ่ายบริการของหัวหน้าฝ่ายควบคุมเครื่องมือและช่างไฟฟ้าเท่านั้น

ห้ามใช้ไฟแบบเปิดในพื้นที่การผลิตและการจัดเก็บ: อนุญาตให้สูบบุหรี่ในพื้นที่ที่กำหนดไว้สำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้

ชิ้นส่วนที่หมุนได้ทั้งหมดของอุปกรณ์ (ครึ่งข้อต่อ) ใบพัดของพัดลมหมุน บนเพลามอเตอร์ไฟฟ้าจะต้องยึดและป้องกันอย่างแน่นหนา และทาสีแดง

การเชื่อมต่อหน้าแปลนของสายกรดจะต้องได้รับการปกป้องด้วยฝาครอบป้องกัน

ไม่อนุญาตให้ขันสลักเกลียวของการเชื่อมต่อหน้าแปลนท่อให้แน่นตลอดจนการทำงานกับอุปกรณ์ภายใต้ความกดดัน

อุปกรณ์ที่ทำงานภายใต้ความกดดันต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่กำหนดไว้ในข้อกำหนดทางเทคนิคและกฎเกณฑ์สำหรับการออกแบบและการทำงานที่ปลอดภัยของเรือและการสื่อสารที่ทำงานภายใต้ความกดดัน

การทำงานในภาชนะปิดจะต้องดำเนินการโดยมีใบอนุญาตทำงานสำหรับงานอันตรายจากก๊าซ

การระบายอากาศจะต้องอยู่ในสภาพที่ดีและใช้งานอย่างต่อเนื่อง

การให้บริการกลไกการยกและภาชนะรับความดันนั้นดำเนินการโดยผู้ที่ได้รับการฝึกอบรมมาเป็นพิเศษและมีใบรับรองพิเศษเท่านั้น

การเข้าใกล้ตู้ฉุกเฉิน อุปกรณ์ตรวจจับอัคคีภัย โทรศัพท์ และอุปกรณ์ดับเพลิงจะต้องไม่เกะกะด้วยวัตถุแปลกปลอม ต้องรักษาความสะอาดและอยู่ในสภาพดี

ช่องเปิดในเพดาน ชานชาลา และสะพานเปลี่ยนผ่านต้องมีรั้วสูง 1 ม. ที่ด้านล่างของรั้วควรมีแถบด้านข้างหรือป้องกันสูง 15 ซม.

เครื่องมือวัดและระบบอัตโนมัติและลูกโซ่ทั้งหมดต้องอยู่ในสภาพดี

เพื่อป้องกันการสะสมของเกลือไนไตรต์-ไนเตรตบนพื้นผิวภายในของอุปกรณ์และท่อ ใบพัดโรเตอร์ ผนังของคอมเพรสเซอร์ก๊าซไนตรัส และชิ้นส่วนและอุปกรณ์อื่น ๆ อย่าปล่อยให้อุปกรณ์สัมผัสติดไฟเป็นเวลานาน (มากกว่า 20 นาที) การลดลงของ อุณหภูมิของกริดตัวเร่งปฏิกิริยา การแตกของพวกมัน นำไปสู่การรั่วไหลของแอมโมเนีย หยุดการชลประทานของพื้นผิวซึ่งนำไปสู่การสะสมของเกลือไนไตรต์ - ไนเตรต

เช็ดทำความสะอาดอุปกรณ์ทันทีจากผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีที่หกรั่วไหล และเติมน้ำมันลงในห้องข้อเหวี่ยงของปั๊ม

สถานที่ทำงานสำหรับการซ่อมแซมและงานอื่น ๆ และทางผ่านที่ความสูง 1.3 ม. ขึ้นไปจะต้องมีรั้วกั้น

หากเป็นไปไม่ได้หรือทำไม่ได้ในการติดตั้งรั้วสำหรับงานที่สูง 1.3 ม. ขึ้นไป รวมทั้งเมื่อทำงานจากบันไดส่วนขยายที่ความสูงมากกว่า 1.3 ม. จำเป็นต้องใช้เข็มขัดนิรภัยและต้องมี คนงานเสริมที่ไซต์งานพร้อมที่จะช่วยเหลือคนงานด้านบน สถานที่ติดคาร์ไบน์จะถูกกำหนดโดยหัวหน้างาน

มีการทดสอบเข็มขัดนิรภัยก่อนใช้งานและระหว่างการใช้งานทุกๆ 6 เดือน เข็มขัดนิรภัยจะต้องมีฉลากหมายเลขทะเบียนและวันทดสอบครั้งถัดไป

เมื่อทำงานกับกรดไนตริก (การสุ่มตัวอย่าง การตรวจสอบการสื่อสาร การเริ่มการผลิตปั๊มกรด ฯลฯ) จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจและดวงตาส่วนบุคคล (หน้ากากกรองแก๊สพร้อมกล่องยี่ห้อ "M" แว่นตานิรภัยพร้อมหน้ากากยางแบบครึ่งหน้า หรือโล่ป้องกันที่ทำจากลูกแก้วหรือหมวกกันน็อคหน้ากากป้องกันแก๊สพิษ) ถุงมือยางกันกรด เสื้อผ้ากันกรดชนิดพิเศษ

หากตรวจพบความผิดปกติในการทำงานของอุปกรณ์ ข้อบกพร่องในส่วนรองรับ ผนัง ฯลฯ แจ้งหัวหน้าแผนกและช่างเครื่องทันที หากจำเป็น ให้หยุดอุปกรณ์และเตรียมพร้อมสำหรับการซ่อมแซม

เมื่อใดก็ตามที่เครื่องหยุดเพื่อซ่อมแซม ให้เปิดฝาด้านล่างของตัวออกซิไดเซอร์ และหากมีเกลือแอมโมเนียมบนตะแกรงจ่าย ตามแนวผนังและด้านล่าง ให้นึ่งด้วยไอน้ำสดและระบายคอนเดนเสทออก

ทำงานกับไอน้ำและไอน้ำคอนเดนเสทในชุดพิเศษ รองเท้านิรภัย และถุงมือ

เพื่อป้องกันพิษและโรคจากการทำงานในแผนก ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสุขอนามัยและสุขอนามัยต่อไปนี้:

ก) อุณหภูมิอากาศควรเป็น:

23- หัวต่อหัวเลี้ยวและ ช่วงฤดูหนาว;

18-27- ช่วงฤดูร้อน

b) ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ:

ในฤดูร้อน - ไม่เกิน 75%;

ในฤดูหนาว - ไม่เกิน 65%

c) เสียงรบกวน - ไม่เกิน 65 dBA ในห้องโดยสารกันเสียงในสถานที่อื่นไม่เกิน 80 dBA

d) การสั่นสะเทือน - ไม่เกิน 75 เดซิเบลในห้องโดยสารกันเสียงในเครื่องยนต์และห้องสัมผัสไม่เกิน 92 เดซิเบล

e) การส่องสว่างสถานที่ทำงาน:

ห้องโดยสารกันเสียง - อย่างน้อย 200 ลักซ์

ที่บริเวณเสาดูดซับ - อย่างน้อย 50 ลักซ์

ในห้องเครื่องยนต์และห้องสัมผัส - อย่างน้อย 75 ลักซ์

f) ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตของสารอันตรายในอากาศของพื้นที่ทำงานของสถานที่:

แอมโมเนีย - ไม่เกิน 20 มก. / ลบ.ม.

ไนโตรเจนออกไซด์ - ไม่เกิน 5 มก. / ลบ.ม.

นอกจากหน้ากากป้องกันแก๊สพิษส่วนบุคคลแล้ว แผนกยังมีการจัดหาหน้ากากป้องกันแก๊สพิษแบบกรองและเป็นฉนวนฉุกเฉินอีกด้วย

หน้ากากป้องกันแก๊สพิษฉุกเฉินจะถูกเก็บไว้ในตู้ฉุกเฉิน

บทสรุป

ในระหว่างการทำงานในหลักสูตร เครื่องปฏิกรณ์สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียได้รับการออกแบบเพื่อผลิตไนโตรเจนออกไซด์ในการผลิตกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้น

พิจารณาพื้นฐานทางกายภาพและเคมีของกระบวนการ มีการกำหนดลักษณะของวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

ปริมาตรอากาศที่ต้องการสำหรับการเกิดออกซิเดชันคำนวณได้เท่ากับ 5900 ม ³ แอมโมเนีย/ชม. มีค่าเท่ากับ 54304 ม ³ /ชม. ปริมาตรของออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอนที่จ่ายให้กับอากาศคำนวณโดยพิจารณาจากเปอร์เซ็นต์ในอากาศ นอกจากนี้ยังคำนวณปริมาตรของออกซิเจน ไนโตรเจน อาร์กอน และไอน้ำที่มีอยู่ในก๊าซหลังการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียด้วย

คำนวณสมดุลความร้อนซึ่งเป็นผลมาจากทั้งหมด ความร้อนไหล- อุณหภูมิที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศเพื่อให้แน่ใจว่าคำนวณกระบวนการออกซิเดชันของแอมโมเนียโดยอัตโนมัติ มันคือ 288 - อุณหภูมิของก๊าซไนตรัสหลังจากคำนวณซุปเปอร์ฮีตเตอร์คือ 836.7 - มีการพิจารณาการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมแล้ว

มีการทบทวนวรรณกรรมเกี่ยวกับแผนงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการผลิตกรดไนตริกที่ไม่เข้มข้น มีระบบทำงานภายใต้ แรงดันสูงเนื่องจากอุปกรณ์นี้มีขนาดกะทัดรัด อุปกรณ์ทั้งหมดจึงสามารถขนย้ายได้ วงจรพลังงานของเครื่องจึงเป็นอิสระ ในโครงการที่พิจารณา ไฟฟ้าจะไม่ถูกใช้ไปกับความต้องการทางเทคโนโลยี มีการใช้ไฟฟ้าในปริมาณเล็กน้อยเพื่อขับเคลื่อนปั๊มที่จำเป็นในการสูบกรดและจ่ายน้ำป้อนเข้าหม้อไอน้ำเท่านั้น การทำงานตามโครงการนี้เกิดขึ้นโดยไม่มีการปล่อยก๊าซที่เป็นอันตรายออกสู่ชั้นบรรยากาศ

รายการบรรณานุกรม

1. Atroshchenko V.I. , Kargin S.I. เทคโนโลยีกรดไนตริก: ตำราเรียน คู่มือสำหรับมหาวิทยาลัย - ฉบับที่ 3 ปรับปรุงใหม่ และเพิ่มเติม - อ.: เคมี, 2513. - 496 น.

เอโกรอฟ เอ.พี. Shereshevsky A.I., Shmanenko I.V. เทคโนโลยีเคมีทั่วไป สารอนินทรีย์: หนังสือเรียนสำหรับโรงเรียนเทคนิค - เอ็ด การแก้ไขครั้งที่ 4 - มอสโก, เลนินกราด: เคมี, 2508 - 688 หน้า

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleshchev N.F. ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนีย/Ed. คาราวาเอวา เอ็ม.เอ็ม. - อ.: เคมี, 2526. - 232 น.

ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมไนโตรเจน/เอ็ด Atroshchenko V.I. - คาร์คอฟ: โรงเรียนวิชชา พ.ศ. 2520 - 144 น.

เทคโนโลยีเคมีทั่วไป เรียบเรียงโดยศาสตราจารย์. อเมลินา เอ.จี. อ.: เคมี, 2520. - 400 วิ

พาฟโลฟ เค.เอฟ., โรมันคอฟ พี.จี., นอสคอฟ เอ.เอ. ตัวอย่างและงานสำหรับกระบวนการและอุปกรณ์ เทคโนโลยีเคมี- ล.: เคมี, 2519 - 552 หน้า

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตกรดไนตริก อ.: เคมี, 2526. - 208 น.

การคำนวณเทคโนโลยีสารอนินทรีย์: หนังสือเรียน คู่มือมหาวิทยาลัย/Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. ฯลฯ.; เอ็ด โปซินา ฉบับที่ 2 ทำใหม่ และเพิ่มเติม - ล.: เคมี. เลนินกรา. แผนก พ.ศ. 2520 - 496 น.

Rumyantsev O.V. อุปกรณ์สำหรับการประชุมเชิงปฏิบัติการการสังเคราะห์แรงดันสูงในอุตสาหกรรมไนโตรเจน หนังสือเรียน สำหรับมหาวิทยาลัย - ม.: เคมี, 2513 - 376 หน้า

10. โซโคลอฟ อาร์.เอส. เทคโนโลยีเคมี: หนังสือเรียน. ความช่วยเหลือสำหรับนักเรียน สูงกว่า หนังสือเรียน สถาบัน: V 2 T. - M.: Humanit ed. ศูนย์ VLADOS, 2000 - T.1: การผลิตสารเคมีในกิจกรรมของมนุษย์ ประเด็นพื้นฐานของเทคโนโลยีเคมี การผลิตสารอนินทรีย์ - 368 น.

คู่มือนักไนโตรเจน./เอ็ด. เมลนิโควา อี.ยา. - ต.2: การผลิตกรดไนตริก การผลิตปุ๋ยไนโตรเจน วัสดุและอุปกรณ์พิเศษขั้นพื้นฐาน การจัดหาพลังงาน ข้อควรระวังด้านความปลอดภัย - อ.: เคมี - 2512. - 448 หน้า

เทคโนโลยีเคมีของสารอนินทรีย์ 2 เล่ม เล่ม 1. หนังสือเรียน / ที.จี. อัคเมตอฟ, อาร์.จี. Porfiryeva, L.G. กีซิน. - ม.: สูงกว่า. โรงเรียน พ.ศ. 2545 688 หน้า: ป่วย

โคโรโบชกิน วี.วี. เทคโนโลยีกรดไนตริก - สำนักพิมพ์ Tomsk มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิค. 2012.

แอมโมเนียมไนเตรตเป็นหนึ่งในปุ๋ยที่พบมากที่สุด

แอมโมเนียมไนเตรต (หรือเรียกอีกอย่างว่าแอมโมเนียมไนเตรต) ผลิตในโรงงานจากกรดไนตริกและแอมโมเนียโดยปฏิกิริยาทางเคมีของสารประกอบเหล่านี้

กระบวนการผลิตประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

1. การทำให้กรดไนตริกเป็นกลางด้วยก๊าซแอมโมเนีย
2. การระเหยของสารละลายแอมโมเนียมไนเตรต
3. การตกผลึกของแอมโมเนียมไนเตรต
4. เกลืออบแห้ง.

รูปภาพนี้แสดงแผนผังกระบวนการอย่างง่ายสำหรับการผลิตแอมโมเนียมไนเตรต กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

วัตถุดิบตั้งต้น - แอมโมเนียที่เป็นก๊าซและกรดไนตริก (สารละลายที่เป็นน้ำ) - เข้าสู่ตัวทำให้เป็นกลาง อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีของสารทั้งสองทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงเมื่อมีการปล่อยความร้อนจำนวนมาก ในกรณีนี้ น้ำส่วนหนึ่งจะระเหยออกไป และไอน้ำที่เกิดขึ้น (ที่เรียกว่าไอน้ำยาง) จะถูกระบายออกสู่ภายนอกผ่านกับดัก

สารละลายแอมโมเนียมไนเตรตที่ระเหยไม่สมบูรณ์จะไหลจากตัวทำให้เป็นกลางไปยังอุปกรณ์ถัดไป - ตัวทำให้เป็นกลางขั้นสุดท้าย ในนั้นหลังจากเติมสารละลายแอมโมเนียในน้ำแล้วกระบวนการทำให้กรดไนตริกเป็นกลางจะสิ้นสุดลง

จากเครื่องทำให้เป็นกลาง สารละลายแอมโมเนียมไนเตรตจะถูกปั๊มเข้าไปในเครื่องระเหย ซึ่งเป็นอุปกรณ์สุญญากาศที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง สารละลายในอุปกรณ์ดังกล่าวจะถูกระเหยที่ความดันลดลง ในกรณีนี้ที่ความดัน 160-200 มม. ปรอท ศิลปะ. ความร้อนสำหรับการระเหยจะถูกถ่ายโอนไปยังสารละลายผ่านผนังท่อที่ได้รับความร้อนด้วยไอน้ำ

การระเหยจะดำเนินการจนกว่าความเข้มข้นของสารละลายจะถึง 98% หลังจากนี้ สารละลายจะไปตกผลึก

ตามวิธีหนึ่ง การตกผลึกของแอมโมเนียมไนเตรตเกิดขึ้นบนพื้นผิวของถังซึ่งถูกระบายความร้อนจากภายใน ถังหมุนและบนพื้นผิวของเปลือกแอมโมเนียมไนเตรตตกผลึกที่มีความหนาสูงสุด 2 มม. เปลือกถูกตัดออกด้วยมีดแล้วส่งผ่านรางเพื่อทำให้แห้ง

แอมโมเนียมไนเตรตถูกทำให้แห้งด้วยลมร้อนในถังทำให้แห้งที่กำลังหมุนที่อุณหภูมิ 120° หลังจากการอบแห้งผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะถูกส่งไปบรรจุภัณฑ์ แอมโมเนียมไนเตรตมีไนโตรเจน 34-35% เพื่อลดการเกาะเป็นก้อน มีการเติมสารเติมแต่งต่างๆ เข้าไปในองค์ประกอบระหว่างการผลิต

แอมโมเนียมไนเตรตผลิตโดยโรงงานในรูปแบบเม็ดและในรูปของเกล็ด ดินประสิวเกล็ดดูดซับความชื้นจากอากาศอย่างมากดังนั้นในระหว่างการเก็บรักษาจะกระจายและสูญเสียความเปราะบาง แอมโมเนียมไนเตรตแบบเม็ดมีรูปแบบของธัญพืช (เม็ด)

การแกรนูลของแอมโมเนียมไนเตรตส่วนใหญ่ดำเนินการในอาคาร (ดูรูป) สารละลายระเหยของแอมโมเนียมไนเตรต - ละลาย - ถูกพ่นโดยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงที่ติดตั้งอยู่บนเพดานของหอคอย

สารที่ละลายจะไหลเป็นกระแสต่อเนื่องไปยังถังที่มีรูพรุนหมุนของเครื่องหมุนเหวี่ยง เมื่อผ่านรูของดรัม สเปรย์จะกลายเป็นลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมและแข็งตัวเมื่อตกลงมา

แอมโมเนียมไนเตรตแบบเม็ดมีดี คุณสมบัติทางกายภาพไม่เป็นก้อนระหว่างการเก็บรักษา กระจายตัวได้ดีในสนามและดูดซับความชื้นจากอากาศอย่างช้าๆ

แอมโมเนียมซัลเฟต - (มิฉะนั้น - แอมโมเนียมซัลเฟต) มีไนโตรเจน 21% แอมโมเนียมซัลเฟตส่วนใหญ่ผลิตโดยอุตสาหกรรมโค้ก

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า การผลิตปุ๋ยไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นมากที่สุด - ยูเรียหรือยูเรียซึ่งมีไนโตรเจน 46% จะได้รับการพัฒนาอย่างมาก

ยูเรียผลิตภายใต้แรงดันสูงโดยการสังเคราะห์จากแอมโมเนียและคาร์บอนไดออกไซด์ ไม่เพียงแต่ใช้เป็นปุ๋ยเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับการเลี้ยงปศุสัตว์ (เสริมสารอาหารโปรตีน) และเป็นสื่อกลางในการผลิตพลาสติกอีกด้วย

ปุ๋ยไนโตรเจนเหลว - แอมโมเนียเหลว แอมโมเนีย และน้ำแอมโมเนีย - ก็มีความสำคัญเช่นกัน

แอมโมเนียเหลวผลิตจากแอมโมเนียที่เป็นก๊าซโดยการทำให้เป็นของเหลวภายใต้แรงดันสูง ประกอบด้วยไนโตรเจน 82% สารประกอบแอมโมเนียเป็นสารละลายของแอมโมเนียมไนเตรต แคลเซียมไนเตรต หรือยูเรียในแอมโมเนียเหลวโดยเติมน้ำเล็กน้อย มีไนโตรเจนมากถึง 37% น้ำแอมโมเนียเป็นสารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำ ประกอบด้วยไนโตรเจน 20% ในแง่ของผลกระทบต่อพืชผลปุ๋ยไนโตรเจนเหลวไม่ได้ด้อยกว่าปุ๋ยที่เป็นของแข็ง และการผลิตของพวกเขามีราคาถูกกว่าของแข็งมากเนื่องจากไม่ต้องดำเนินการระเหยสารละลายการทำให้แห้งและการทำให้เป็นเม็ด ในบรรดาปุ๋ยไนโตรเจนเหลวทั้งสามประเภทนั้น น้ำแอมโมเนียมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด แน่นอนว่าการทำ ปุ๋ยน้ำลงสู่ดินตลอดจนการจัดเก็บและการขนส่งต้องใช้เครื่องจักรและอุปกรณ์พิเศษ

หากคุณพบข้อผิดพลาด โปรดเน้นข้อความและคลิก Ctrl+ป้อน.