Produktion av salpetersyra i industrin: teknik, stadier, funktioner

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Salpetersyra är en av de mest efterfrågade typerna av industriella råvaror. Dess produktion kan utföras med olika metoder - beroende på vilken sort i vilken syran ska levereras till kunden. Vad är kärnan i den relevanta tekniken? Hur står de sig i jämförelse med den typ av salpetersyra som tillverkas på fabriken?

Industriell produktion av salpetersyra: en historia av teknisk utveckling

Först och främst kommer det att vara användbart att studera de historiska fakta om hur produktionen av salpetersyra utvecklades i Ryssland. I den inhemska industrin initierades frisättningen av detta ämne, enligt tillgänglig information, under Peter I. Därefter föreslog M. V. Lomonosov en metod för framställning av salpetersyra från salpeter - detta ämne ansågs faktiskt vara den huvudsakliga råvaran för produktionen av ämnet i fråga fram till början av 1900-talet.

Tillsammans med salpeter utfördes tillverkningen av salpetersyra inom industrin med svavelsyra. De två ämnena i fråga, som interagerar med varandra, bildade salpetersyra och natriumsvaveloxid. Fördelen med dettametoden var förmågan att erhålla salpetersyra i en koncentration av cirka 96-98 % (beroende på användningen av råvaror av erforderlig kvalitet).

Motsvarande teknik har aktivt förbättrats - till förmån för att öka hastigheten för bearbetning av råvaror och säkerställa produktionen av en större produktvolym. Men gradvis gav det vika för idén att produktionen av salpetersyra skedde genom kontaktoxidation av ammoniak.

Det uppfanns också en metod där kväveoxid, erhållen genom bågoxidation av motsvarande gas från atmosfären, användes som huvudråvara för framställning av syra. Det finns en utbredd uppfattning att den första metoden är mer kostnadseffektiv.

Med förbättringen av tekniska tillvägagångssätt för produktion av salpetersyra har ett tillvägagångssätt utformats enligt vilket det mest optimala alternativet för produktion av motsvarande ämne är användningen av industriell infrastruktur som arbetar under högt tryck. Ett alternativ till det är produktion av syra vid atmosfärstryck, vilket anses vara mindre lönsamt ur ekonomisk synvinkel.

Frigörandet av ett ämne vid norm alt eller förhöjt tryck innebär produktion av salpetersyra från ammoniak. Det finns också en kombinerad metod som kombinerar fördelarna med de andra två. Egenskaper för produktionen av salpetersyra med den kombinerade metoden är för det första i oxidationen av ammoniak vid atmosfärstryck och genomförandet av dess absorption - vidökat.

Ammoniak anses nu vara den huvudsakliga råvaran för utsläpp av ämnet i fråga, tillsammans med vatten och atmosfärisk luft. Låt oss studera detaljerna för deras användning vid produktion av syra mer i detalj.

salpetersyraråvara

Så, de huvudsakliga råvarorna som används vid tillverkningen av ämnet i fråga är ammoniak, luft och även vatten.

Detta kräver användning av renad ammoniak. För att göra detta renas den i speciell indunstnings- och destillationsutrustning inom ramen för olika produktionscykler. På samma sätt måste ren luft användas vid utsläpp av salpetersyra. Det filtreras också med hjälp av specialutrustning. I sin tur renas vattnet som används vid framställningen av salpetersyra från föroreningar och s alter. I många fall måste rent kondensat användas för att få fram ämnet i fråga.

Låt oss studera vilka varianter av ämnet i fråga som kan presenteras, samt hur varje typ av salpetersyra framställs.

Sorter av salpetersyra och huvudstadierna av dess utgivning

Det finns 2 typer av salpetersyra som produceras i moderna industrianläggningar - utspädd och koncentrerad. Produktionen av utspädd salpetersyra utförs i tre huvudsteg:

• omvandling av ammoniak (slutprodukten är kväveoxid);
• producerar kvävedioxid;
• implementering av absorptionen av kväveoxider vidvattenanvändning.

Tillverkningen av utspädd salpetersyra är utbredd i moderna industriföretag under det så kallade AK-72-schemat. Men det finns naturligtvis andra tekniker för att frigöra detta ämne.

I sin tur kan produktionen av koncentrerad salpetersyra utföras genom att öka nivån av motsvarande ämne i utspädd form eller genom direkt syntes. Den första metoden gör det som regel möjligt att erhålla en sur lösning i en koncentration av cirka 68 %, vilket kanske inte räcker för appliceringen av ämnet i fråga på ett antal områden. Därför är metoden med direkt syntes också vanlig, vilket gör det möjligt att få ett ämne i en koncentration av ca 97-98%.

Låt oss titta närmare på hur salpetersyra produceras i en eller annan form. Ovan noterade vi att frisättningen av en utspädd substans kan utföras enligt AK-72-schemat. Låt oss studera detaljerna först.

Tillverkning av utspädd syra med AK-72-teknik

Det övervägda schemat, genom vilket produktionen av salpetersyra utförs, innebär användning av en sluten cykel, åtföljd av:

• ammoniakkonvertering;
• kylning av associerade gaser vid ett tryck på cirka 0,42-0,47 MPa:
• utför absorption av oxider under tryck i storleksordningen 1,1-1,26 MPa.

Slutprodukten av AK-72-schemat är salpetersyra i en koncentration av cirka 60 %. Produktion av salpetersyra inomtekniken i fråga utförs inom ramen för sådana steg som:

• säkring av luftintaget från atmosfären till industrienheten och dess rengöring;
• komprimera luft, separera den i tekniska strömmar;
• avdunstning av ammoniak, rening av motsvarande gas från olja och andra föroreningar, samt dess efterföljande uppvärmning;
• blandning av renad ammoniak och luft, efterföljande rening av denna blandning och dess överföring till katalysatorn;
• att erhålla nitrösa gaser och deras kylning;
• kondensatuppsamling med salpetersyra;
• koncentration och absorption av salpetersyra;
• kyla och rengöra den resulterande produkten.

Färdig syra skickas till lager eller kund.

Tillsammans med tekniken som övervägs för produktion av salpetersyra - AK-72, används ett annat populärt koncept för frisättning av motsvarande ämne, vilket innebär att säkerställa driften av industriell infrastruktur vid ett tryck på cirka 0,7 MPa. Tänk på dess egenskaper.

Product release technology under press 0,7 MPa: nyanser

Tekniken i fråga producerar icke-koncentrerad salpetersyra som ett alternativ till AK-72-konceptet. Det involverar genomförandet av följande stadier av frisättning av ämnet i fråga.

Först och främst, som i den tidigare tekniken, renas den atmosfäriska luften. För detta ändamål används som regel ett tvåstegsfilter. Vidare komprimeras luften som har rengjortsmed hjälp av en luftkompressor - upp till cirka 0,35 MPa. I det här fallet värms luften - upp till en temperatur på cirka 175 grader, och den måste kylas. Efter att detta problem är löst, går det till området för ytterligare kompression, där dess tryck ökar till cirka 0,716 MPa. Det resulterande luftflödet värms i sin tur upp till en hög temperatur - cirka 270 grader genom inverkan av nitrösa gaser. Det blandas sedan med ammoniak i ett speciellt område av industrienheten. Motsvarande ämne aktiveras när syran till en början frigörs i gasform, vilket bildas på grund av avdunstning av vätskan. Dessutom måste ammoniaken renas. Efter beredningen värms gasen och matas in i mixern samtidigt med luft. Denna blandning filtreras också och matas efter rening till omvandlingen av ammoniak. Motsvarande procedur utförs med nät av platina och rodiumlegering vid en mycket hög temperatur - cirka 900 grader. Omvandlingsfrekvensen är cirka 96%.

Tillverkning av svag salpetersyra enligt den aktuella tekniken innebär bildning av nitrösa gaser. De förs till ett speciellt område av industrienheten, där de kyls. På grund av detta avdunstar det renade vattnet och uppkomsten av ånga med högt tryck. Utförs genom lämpligt område av industrienheten, nitrösa gaser rör sig in i oxidationsmedlet. Det bör noteras att deras oxidation delvis sker redan vid föregåendesyraproduktionssteg. Men i oxidationsmedlet blir det ännu mer intensivt. I detta fall värms nitrösa gaser upp till en temperatur på cirka 335 grader. Därefter kyls de i en speciell värmeväxlare och skickas sedan till kondensorn.

Därefter bildas salpetersyra i en svag koncentration. Det är nödvändigt att separera de återstående nitrösa gaserna från den - en separator används för detta. Från den matas salpetersyra in i absorptionsområdet för den industriella enheten. Syran strömmar därefter in i områden av apparaten nedanför. Samtidigt interagerar det med kväveoxider, vilket resulterar i att dess koncentration ökar. Vid utgången är det cirka 55-58%. Det innehåller vanligtvis lösta oxider som måste avlägsnas: för detta skickas ämnet till enhetens rensningsområde. Med hjälp av uppvärmd luft utvinns oxider från syran. Den färdiga produkten placeras på lagret eller skickas till kunden.

Produktion av koncentrerad syra: direkt syntes

Efter att ha övervägt hur produktionen av utspädd salpetersyra går till, kommer vi att studera detaljerna kring frisättningen av ett koncentrerat ämne. Syraproduktion genom direkt syntes från råvaror i form av kväveoxider är en av de mest kostnadseffektiva teknikerna som används i företag med relevant profil.

Kärnan i denna metod är att stimulera en kemisk reaktion mellan det specificerade ämnet, vatten och syre under ett tryck på cirka 5 MPa. Tekniken genom vilken produktionen av salpetersyra utförskoncentrerad typ på basis av en utspädd, har en nyans: att säkerställa att övergången av kvävedioxid till flytande form är möjlig vid ett tryck och en temperatur nära atmosfären. Men i vissa reaktioner är koncentrationen av motsvarande ämne otillräcklig för att överföra den till flytande tillstånd vid norm alt tryck, och den måste ökas.

Tillverkning av koncentrerad syra baserad på utspädd syra

I det här fallet antas det att syran koncentreras med hjälp av absorberande ämnen - som svavelsyra, fosforsyra, olika lösningar av nitrat. Huvudstegen i framställningen av koncentrerad salpetersyra baserad på utspädd svavelsyra är följande.

Först delas råmaterialet i 2 strömmar: den första matas in i förångaren, den andra - går in i det kalla området i industrienheten. Svavelsyra matas in i området av apparaten ovanför den andra utspädda salpetersyraströmmen. I sin tur tillförs ånga till den nedre delen av enheten, som värmer den använda blandningen, vilket resulterar i att salpetersyra avdunstar från den. Hennes ångor stiger upp i apparaten, varefter de flyttas till kylskåpet. Där kondenserar sura ångor - tills dess koncentration når 98-99%.

Samtidigt absorberas en del av de kväveoxider som finns i detta produktionsskede av syran. De måste extraheras från produkten: oftast används salpetersyraångor för detta ändamål, som skickas till kondensorn. De extraherade kväveoxiderna, såväl som sura ångor som inte bildade ett kondensat, skickas till ett annat område av apparaten - för absorption, där de behandlas med vatten. Som ett resultat bildas utspädd syra, som återigen matas till kondensation och kylning. Den färdiga produkten skickas till lagret eller till kunden.

Funktioner för koncentration med svavelsyra

Den huvudsakliga uppgiften som kännetecknar produktionen av salpetersyra i industrin är genomförandet av dess kostnadseffektiva och effektiva koncentration. Det finns flera tillvägagångssätt för att utveckla ett optim alt system för att lösa det. Det kommer att vara användbart att överväga de som är bland de vanligaste.

Vi noterade ovan att svavelsyra kan användas för att koncentrera ämnet i fråga. Det finns ett ganska vanligt sätt att öka effektiviteten av dess användning - en preliminär ökning av koncentrationen av salpetersyra genom avdunstning. Optim alt, före behandling med svavelsyra, kommer motsvarande substans att ha en koncentration på cirka 59-60%. Det bör noteras att i praktiken kännetecknas denna teknik för produktion av salpetersyra av en låg nivå av miljövänlighet. Därför, som ett alternativ till användningen av svavelsyra, är användningen av nitrater vanligt. Låt oss studera deras detaljer mer i detalj.

Koncentration med nitrater

Oftast används magnesium- eller zinknitrat för att lösa det aktuella problemet, som kännetecknar produktionen av salpetersyra från ammoniak. För det första är det betydligt mer miljövänligt än metodeninbegriper användning av svavelsyra. Dessutom säkerställer denna teknologi högsta kvalitet på salpetersyra som slutprodukt.

Samtidigt har den ett antal brister, som förutbestämmer hur svårigheter det uppstår i dess utbredda tillämpning. Först och främst är detta en ganska hög kostnad för produktionsprocessen. Dessutom involverar denna teknik i många fall produktion av fast avfall, vars bearbetning kan vara komplicerad.

Användning av katalysatorer vid framställning av salpetersyra

Det kommer att vara användbart att överväga vilka andra ämnen som används tillsammans med de huvudsakliga råvarorna för produktionen av produkten i fråga i den industriella (oftast betraktas katalysatorer som sådana) produktion av salpetersyra. Användningen av ämnena i fråga beror på behovet av att öka lönsamheten för syraproduktion, öka dynamiken i dess produktion vid en industriell enhet.

Huvudkravet för katalysatorn vid tillverkningen av produkten i fråga är selektiviteten i verkningen. Det vill säga, det måste påverka den huvudsakliga kemiska reaktionen utan att påverka sidoprocesser. Oftast används katalysatorer vid framställning av syra, som innehåller platina.

Ovan noterade vi att när en svagt koncentrerad substans frigörs vid förhöjt tryck, används katalysatorer baserade på platina och rodium. I vissa fall används även legeringar med tillsats av palladium. Men huvudmetallen i dem ärplatina, dess innehåll är vanligtvis inte mindre än 81%. Kärnan i katalysatorn i detta fall är att stimulera den snabba passagen av den huvudsakliga kemiska reaktionen. Som regel passerar den inom den externa diffusionssektionen.

Processen beror på gränserna för syrediffusion i förhållande till katalysatorytan. Denna egenskap orsakar en högre koncentration av ammoniak, den huvudsakliga råvaran för produktion av salpetersyra, på ytan av en eller ibland katalysatorn, jämfört med koncentrationen i luft. Det är möjligt att öka den specifika vikten av olika sidoreaktioner där ofullständig oxidation och bildning av kväve eller dess oxid observeras. I detta avseende måste syre nära ytan vara i en mängd som är tillräcklig för att tränga undan ammoniak. I detta fall kommer det att vara möjligt att uppnå en tillräckligt djup oxidation.

Det kan noteras att, tillsammans med platinakatalysatorer, även kombinerade ämnen är involverade i produktionen av salpetersyra. I synnerhet järn-krom. De kan avsevärt minska de ekonomiska kostnaderna som kännetecknar produktionen av ämnet i fråga.

Så vi har övervägt metoderna för produktion av salpetersyra, identifierat dess huvudtyper. Hur många steg av salpetersyraproduktion som behöver genomföras beror på dess typ, såväl som den specifika tekniken för frisättning av motsvarande ämne. Det skulle vara användbart nu att överväga vilka svårigheter som kännetecknar den industriella produktionen av denna produkt, som efterfrågas i många delar av ekonomin.

Huvudproblem isalpetersyraproduktion

Så, som vi redan vet, innebär produktionen av salpetersyra genom kontaktmetoden - en av de vanligaste i modern industri, användning av en katalysator för att påskynda oxidationen av ammoniak och öka utbytet av produkten. Huvudproblemet vid tillverkningen av produkten i fråga är det ganska höga priset på motsvarande katalysator. Men dess selektivitet når inte alltid det optimala värdet. Dessutom kan en betydande del av platinan som används som huvudelementet för katalysatorn gå förlorad under produktionen. Som ett resultat av detta minskar återigen kostnadseffektiviteten för produktens produktion.

Ett annat problem som kännetecknar produktionen av salpetersyra är miljön. Ovan noterade vi att svavelsyra kan användas med koncentrationen av råvaror, och efter att ha passerat motsvarande produktionscykel bildas skadliga ämnen. Ett alternativ i det här fallet kan vara användningen av nitrater - men detta innebär återigen en ökning av de ekonomiska kostnaderna. Emellertid är miljöfaktorn för moderna tillverkare idag lika viktig som produktionslönsamheten.