Материал: ОХТ в вопросах и ответах Ч2

где: r – скорость реакции; k1 – константа скорости прямой реакции; k2 – константа скорости обратной реакции.

Скорость реакции окисления NO зависит от концентрации реаген-

тов, давления и температуры. Применение воздуха, обогащённого кисло-

родом, или чистого кислорода позволяет получать нитрозные газы с по-

вышенным содержанием NO2, увеличивая скорость окисления.

Для большинства реакций повышение температуры увеличивает их скорость. Однако для реакции окисления NO в NO2 наблюдается умень-

шение скорости реакции с ростом температуры, а при понижении темпе-

ратуры скорость реакции увеличивается. Это связано с тем то, при окис-

лении идёт образование промежуточного продукта – димера оксида азота:

Образование димера оксида азота – процесс обратимый, экзотерми-

ческий. Повышение температуры вызывает уменьшение равновесной кон-

центрации димера. Скорость дальнейшего окисления димера в диоксид азота зависит от концентрации димера. Таким образом, уменьшение ско-

рости окисления оксида азота в диоксид можно объяснить сильным сни-

жением концентрации димера с повышением температуры.

Давление значительно ускоряет реакцию окисления оксида азота,

увеличивая движущую силу прямой реакции в большей степени, чем об-

ратной. В связи с этим целесообразна организация производства HNO3

при повышенном давлении.

Вопрос. В каком аппарате осуществляется окисление оксида азота?

Ответ. Вследствие не очень высокой скорости реакции окисления оксида азота необходимо увеличить время пребывания реакционной смеси в зоне реакции для её завершения. Поэтому процесс проводят в полом реакторе – окислителе.

47

Вопрос. Каковы физико-химические основы процесса абсорбции диокси-

да азота?

Ответ. Диоксид азота взаимодействует с водой по схеме:

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + Q (11)

Абсорбция диоксида азота является гетерогенным процессом в си-

стеме газ-жидкость [3, раздел 3.2.2]. По сравнению с диффузией NO2 хи-

мическая реакция (11) протекает быстро вследствие природы реагирую-

щих веществ: «кислота-основание». Образующийся при этом оксид азота

NO частично окисляется в растворе кислородом. В силу плохой раство-

римости в водных растворах азотной кислоты значительная часть NO вы-

деляется в газовую фазу, где окисляется кислородом. Лимитирующей ста-

дией процесса абсорбции является диффузия диоксида азота NO2 в жид-

кую фазу.

Вопрос. Какие параметры процесса влияют на скорость абсорбции (по-

глощения) диоксида азота водными растворами азотной кислоты?

Ответ. Количество абсорбируемого диоксида азота зависит от скорости

W1 первого этапа процесса – переноса NO2 из потока газа через газовый пограничный слой к поверхности раздела фаз [3, раздел 3.2.2]:

весное давление NO2 над водным раствором азотной кислоты соответ-

ственно, βг – коэффициент массоотдачи в газовой фазе.

Из уравнения следует, что скорость поглощения диоксида азота водными растворами азотной кислоты определяется температурой, давле-

нием и концентрацией кислоты. С повышением температуры pNO2* увели-

чивается, а движущая сила этапа переноса ( pNO2 – pNO2* ) уменьшается,

48

что снижает скорость поглощения (абсорбции) NO2 и соответственно уменьшает концентрацию получаемой азотной кислоты. При понижении

азотной кислоты возрастает, при этом увеличивается давление оксидов

процесса массопереноса. Для увеличения движущей силы процесса аб-

сорбции используется противоток жидкой и газовой фаз в аппарате.

Гетерогенный процесс абсорбции NO2 в промышленности проводят при повышенном давлении, так как увеличение давления оказывает по-

ложительное воздействие на абсорбцию диоксида азота. Это позволяет вместо 6–8 абсорбционных колонн, используемых при атмосферном дав-

лении, при повышенном давлении использовать одну колонну, кроме того,

уменьшаются габариты остального оборудования.

Вопрос. Что представляет собой аппарат для абсорбции диоксида азота?

Ответ. Скорость абсорбции (поглощения) оксидов азота зависит от по-

верхности контакта газа с жидкостью, а степень окисления NO в NO2 – от свободного объёма в аппарате. Поэтому основное требование, предъявля-

емое к аппарату – создание максимального свободного объёма и сильно развитой поверхности поглощения. Таким аппаратом является абсорбци-

онная колонна с тарелками (ситчатыми, колпачковыми, переливными и др.). При этом барботаж в слое жидкости обеспечивает интенсивный мас-

сообмен с газом, способствуя поглощению NO2 и тем самым образованию

HNO3, а также жидкофазному окислению NO [3, раздел 3.2.2]. Простран-

ство между тарелками обеспечивает газофазное окисление основного ко-

49

личества выделившегося NO. Кислорода, который подаётся в составе воз-

духа на стадии окисления аммиака, недостаточно для проведения окисле-

ния NO в NO2 в абсорбционной колонне, поэтому недостающий кислород

(воздух) подаётся в абсорбционную колонну для полноты окисления NO.

Для отвода теплоты реакции на тарелках установлены теплообменники с циркулирующей в них водой.

Вопрос. Какие приёмы применены для реализации концепции полного использования сырьевых ресурсов при создании ХТС производства

HNO3?

Ответ. Концепция полного использования сырьевых ресурсов в произ-

водстве HNO3 может быть реализована следующими приёмами:

-избытком одного из реагентов;

-противоточным контактом фаз при абсорбции диоксида азота.

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве азотной кислоты для наиболее полного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР)?

Ответ. Наиболее полное использование ТЭР в производстве HNO3 мо-

жет быть реализовано следующими приёмами:

-регенерацией тепла в отделении окисления аммиака;

-утилизацией теплоты в отделении окисления аммиака;

-созданием энерготехнологической системы.

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве азотной кислоты для решения концепции минимизации отходов?

Ответ. Минимизация отходов в производстве HNO3 может быть реализо-

вана следующими приёмами:

-очисткой и обезвреживанием газовых выбросов;

-замкнутым водооборотом.

50