Prodhimi i acidit nitrik në industri: teknologji, faza, veçori

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Acidi nitrik është një nga llojet më të kërkuara të lëndëve të para industriale. Prodhimi i tij mund të kryhet me metoda të ndryshme - në varësi të shumëllojshmërisë në të cilën acidi duhet t'i furnizohet klientit. Cili është thelbi i teknologjive përkatëse? Si krahasohen me llojin e acidit nitrik të prodhuar në fabrikë?

Prodhimi industrial i acidit nitrik: një histori e zhvillimit të teknologjisë

Së pari, do të jetë e dobishme të studiohen faktet historike se si u zhvillua prodhimi i acidit nitrik në Rusi. Në industrinë vendase, lëshimi i kësaj substance, sipas informacionit të disponueshëm, filloi nën Peter I. Më pas, M. V. Lomonosov propozoi një metodë për prodhimin e acidit nitrik nga kripori - kjo substancë konsiderohej në të vërtetë lënda e parë kryesore për prodhimin e substancës në fjalë deri në fillim të shekullit të 20-të.

Së bashku me kripërat, prodhimi i acidit nitrik në industri u krye duke përdorur acid sulfurik. Dy substancat në shqyrtim, duke ndërvepruar me njëra-tjetrën, formuan acidin nitrik dhe oksidin e squfurit të natriumit. Avantazhi i kësajmetoda ishte aftësia për të marrë acid nitrik në një përqendrim prej rreth 96-98% (në varësi të përdorimit të lëndëve të para të cilësisë së kërkuar).

Teknologjia përkatëse është përmirësuar në mënyrë aktive - në favor të rritjes së shpejtësisë së përpunimit të lëndëve të para dhe sigurimit të prodhimit të një vëllimi më të madh produkti. Por gradualisht ajo i la vendin konceptit se prodhimi i acidit nitrik u krye nëpërmjet oksidimit të kontaktit të amoniakut.

Gjithashtu, u shpik një metodë në të cilën oksidi nitrik, i marrë nga oksidimi me hark i gazit përkatës nga atmosfera, përdorej si lënda e parë kryesore për prodhimin e acidit. Ekziston një këndvështrim i përhapur se metoda e parë është më ekonomike.

Me përmirësimin e qasjeve teknologjike për prodhimin e acidit nitrik, është formuar një qasje sipas së cilës opsioni më optimal për prodhimin e substancës përkatëse është përdorimi i infrastrukturës industriale që funksionon nën presion të lartë. Një alternativë për të është prodhimi i acidit në presionin atmosferik, i cili konsiderohet më pak fitimprurës nga pikëpamja ekonomike.

Lëshimi i një substance në presion normal ose të ngritur përfshin prodhimin e acidit nitrik nga amoniaku. Ekziston edhe një metodë e kombinuar që kombinon avantazhet e dy të tjerave. Karakteristikat e prodhimit të acidit nitrik me metodën e kombinuar janë, së pari, në oksidimin e amoniakut në presionin atmosferik, dhe zbatimin e përthithjes së tij - nëu rrit.

Amoniaku konsiderohet tashmë si lënda e parë kryesore për çlirimin e substancës në fjalë, së bashku me ujin dhe ajrin atmosferik. Le të studiojmë më në detaje specifikat e përdorimit të tyre në prodhimin e acidit.

Pushtet e parë të acidit nitrik

Pra, lëndët e para kryesore të përdorura në prodhimin e substancës në fjalë janë amoniaku, ajri dhe gjithashtu uji.

Kjo kërkon përdorimin e amoniakut të pastruar. Për ta bërë këtë, ajo pastrohet në pajisje speciale avullimi dhe distilimi brenda kuadrit të cikleve të ndryshme të prodhimit. Në mënyrë të ngjashme, ajri i pastër duhet të përdoret kur shkarkohet acidi nitrik. Gjithashtu filtrohet duke përdorur pajisje speciale. Nga ana tjetër, uji i përdorur në prodhimin e acidit nitrik pastrohet nga papastërtitë dhe kripërat. Në shumë raste, duhet përdorur kondensatë e pastër për të marrë substancën në fjalë.

Le të studiojmë se cilat lloje të substancës në fjalë mund të paraqiten, si dhe se si prodhohet çdo lloj acidi nitrik.

Llojet e acidit nitrik dhe fazat kryesore të lëshimit të tij

Ka 2 lloje të acidit nitrik të prodhuar në impiantet moderne industriale - të holluar dhe të koncentruar. Prodhimi i acidit nitrik të holluar kryhet në 3 faza kryesore:

• konvertimi i amoniakut (produkti i tij përfundimtar është oksidi nitrik);
• prodhimi i dioksidit të azotit;
• zbatimi i përthithjes së oksideve të azotit nëpërdorimi i ujit.

Prodhimi i acidit nitrik të holluar është i përhapur në ndërmarrjet moderne industriale sipas të ashtuquajturës skemë AK-72. Por ka, sigurisht, teknologji të tjera për çlirimin e kësaj substance.

Nga ana tjetër, prodhimi i acidit nitrik të koncentruar mund të kryhet duke rritur nivelin e substancës përkatëse në formë të holluar ose nëpërmjet sintezës së drejtpërdrejtë. Metoda e parë, si rregull, bën të mundur marrjen e një zgjidhje acidi në një përqendrim prej rreth 68%, e cila mund të mos jetë e mjaftueshme për aplikimin e substancës në fjalë në një sërë zonash. Prandaj, është e zakonshme edhe metoda e sintezës së drejtpërdrejtë, e cila bën të mundur marrjen e një substance në një përqendrim rreth 97-98%.

Le të hedhim një vështrim më të afërt se si prodhohet acidi nitrik në një formë ose në një tjetër. Më lart, vumë re se lëshimi i një substance të holluar mund të kryhet sipas skemës AK-72. Le të studiojmë së pari specifikat e tij.

Prodhimi i acidit të holluar duke përdorur teknologjinë AK-72

Skema e konsideruar, nëpërmjet së cilës kryhet prodhimi i acidit nitrik, përfshin përdorimin e një cikli të mbyllur, shoqëruar nga:

• konvertimi i amoniakut;
• gazrat e lidhur me ftohjen në një presion prej rreth 0,42-0,47 MPa:
• kryerja e përthithjes së oksideve nën presion të rendit 1,1-1,26 MPa.

Produkti përfundimtar i skemës AK-72 është acidi nitrik në një përqendrim prej rreth 60%. Prodhimi i acidit nitrik brendateknologjia në shqyrtim kryhet brenda kuadrit të fazave të tilla si:

• sigurimi i marrjes së ajrit nga atmosfera në njësinë industriale dhe pastrimi i saj;
• ngjeshja e ajrit, duke e ndarë atë në rrjedha teknologjike;
• avullim i amoniakut, pastrimi i gazit përkatës nga nafta dhe papastërtitë e tjera, si dhe ngrohja e tij pasuese;
• përzierja e amoniakut të pastruar dhe ajrit, pastrimi i mëpasshëm i kësaj përzierjeje dhe transferimi i saj në katalizator;
• marrja e gazeve azotike dhe ftohja e tyre;
• mbledhja e kondensatës me acid nitrik;
• përqendrimi dhe thithja e acidit nitrik;
• ftohje dhe pastrim të produktit që rezulton.

Acidi i përfunduar dërgohet në ruajtje ose klient.

Së bashku me teknologjinë në shqyrtim për prodhimin e acidit nitrik - AK-72, përdoret një koncept tjetër popullor për çlirimin e substancës përkatëse, i cili përfshin sigurimin e funksionimit të infrastrukturës industriale në një presion prej rreth 0.7 MPa.. Merrni parasysh veçoritë e tij.

Teknologjia e lëshimit të produktit nën presion 0,7 MPa: nuanca

Teknologjia në fjalë prodhon acid nitrik jo të koncentruar si një alternativë ndaj konceptit AK-72. Ai përfshin zbatimin e fazave të mëposhtme të çlirimit të substancës në fjalë.

Së pari, si në teknologjinë e mëparshme, ajri atmosferik pastrohet. Për këtë qëllim, si rregull, përdoret një filtër me dy faza. Më tej, ajri që është pastruar është i ngjeshurme anë të një kompresori ajri - deri në afërsisht 0,35 MPa. Në këtë rast, ajri nxehet - deri në një temperaturë prej rreth 175 gradë, dhe duhet të ftohet. Pasi të zgjidhet ky problem, ai shkon në zonën e ngjeshjes shtesë, në të cilën presioni i tij rritet në afërsisht 0,716 MPa. Rrjedha e ajrit që rezulton, nga ana tjetër, nxehet në një temperaturë të lartë - rreth 270 gradë përmes veprimit të gazeve azotike. Më pas përzihet me amoniak në një zonë të veçantë të njësisë industriale. Substanca përkatëse aktivizohet kur acidi lëshohet fillimisht në gjendje të gaztë, e cila formohet për shkak të avullimit të lëngut. Përveç kësaj, amoniaku duhet të pastrohet. Pas përgatitjes, gazi nxehet dhe futet në mikser njëkohësisht me ajër. Kjo përzierje gjithashtu filtrohet dhe, pas pastrimit, futet në shndërrimin e amoniakut. Procedura përkatëse kryhet duke përdorur rrjeta platini dhe aliazh rodiumi në një temperaturë shumë të lartë - rreth 900 gradë. Shkalla e konvertimit është rreth 96%.

Prodhimi i acidit nitrik të dobët sipas teknologjisë në shqyrtim përfshin formimin e gazrave të azotit. Ato sillen në një zonë të veçantë të njësisë industriale, në të cilën ftohen. Për shkak të kësaj, uji i pastruar avullon dhe shfaqet avulli me presion të lartë. Të kryera përmes zonës së duhur të njësisë industriale, gazrat e azotit lëvizin në oksidues. Duhet të theksohet se oksidimi i tyre pjesërisht ndodh tashmë në të mëparshmenhapat e prodhimit të acidit. Por në oksidues bëhet edhe më intensiv. Në këtë rast, gazrat e azotit nxehen në një temperaturë prej rreth 335 gradë. Më pas, ato ftohen në një shkëmbyes të veçantë nxehtësie dhe më pas dërgohen në kondensator.

Pas kësaj, acidi nitrik formohet në një përqendrim të dobët. Është e nevojshme të ndahen gazrat e mbetur të azotit prej tij - përdoret një ndarës për këtë. Prej tij, acidi nitrik futet në zonën e absorbimit të njësisë industriale. Acidi rrjedh më pas në zonat e aparatit më poshtë. Në të njëjtën kohë, ai ndërvepron me oksidet e azotit, si rezultat i të cilave rritet përqendrimi i tij. Në prodhim, është rreth 55-58%. Zakonisht përmban okside të tretura që duhet të hiqen: për këtë, substanca dërgohet në zonën e pastrimit të njësisë. Me ndihmën e ajrit të nxehtë, oksidet nxirren nga acidi. Produkti i përfunduar vendoset në magazinë ose i dërgohet klientit.

Prodhimi i acidit të koncentruar: sintezë e drejtpërdrejtë

Duke shqyrtuar se si kryhet prodhimi i acidit nitrik të holluar, ne do të studiojmë specifikat e lëshimit të një substance të përqendruar. Prodhimi i acideve me sintezë të drejtpërdrejtë nga lëndët e para në formën e oksideve të azotit është ndër teknologjitë më ekonomike të përdorura në ndërmarrjet e profilit përkatës.

Thelbi i kësaj metode është të stimulojë një reaksion kimik midis substancës së specifikuar, ujit dhe oksigjenit nën një presion prej rreth 5 MPa. Teknologjia me të cilën kryhet prodhimi i acidit nitrikLloji i përqendruar në bazë të një të holluar, ka një nuancë: sigurimi i kalimit të dioksidit të azotit në një formë të lëngshme është i mundur në një presion dhe temperaturë afër atmosferës. Megjithatë, në disa reaksione, përqendrimi i substancës përkatëse është i pamjaftueshëm për ta transferuar atë në një gjendje të lëngshme me presion normal, dhe ai duhet të rritet.

Prodhimi i acidit të koncentruar në bazë të acidit të holluar

Në këtë rast, supozohet se acidi është i përqendruar me anë të substancave absorbuese - si acidi sulfurik, fosforik, tretësira të ndryshme të nitrateve. Hapat kryesorë në prodhimin e acidit nitrik të koncentruar të bazuar në acidin sulfurik të holluar janë si më poshtë.

Së pari, lënda e parë ndahet në 2 rrjedha: e para futet në avullues, e dyta - hyn në zonën e ftohtë të njësisë industriale. Acidi sulfurik futet në rajonin e aparatit mbi rrymën e dytë të acidit nitrik të holluar. Nga ana tjetër, avulli furnizohet në pjesën e poshtme të njësisë, e cila ngroh përzierjen e përdorur, si rezultat i së cilës acidi nitrik avullohet prej tij. Avujt e saj ngrihen lart në aparat, pas së cilës ato hiqen në frigorifer. Atje, avujt e acidit kondensohen - derisa përqendrimi i tij arrin 98-99%.

Në të njëjtën kohë, disa nga oksidet e azotit të pranishëm gjatë kësaj faze prodhimi absorbohen nga acidi. Ato duhet të nxirren nga produkti: më shpesh, avujt e acidit nitrik përdoren për këtë qëllim, të cilët dërgohen në kondensator. Oksidet e azotit të nxjerrë, si dhe avujt e acidit që nuk formuan një kondensatë, dërgohen në një zonë tjetër të aparatit - për thithje, ku trajtohen me ujë. Si rezultat, formohet acid i holluar, i cili përsëri ushqehet në kondensim dhe ftohje. Produkti i përfunduar dërgohet në magazinë ose te klienti.

Veçoritë e përqendrimit me acid sulfurik

Detyra kryesore që karakterizon prodhimin e acidit nitrik në industri është zbatimi i përqendrimit të tij me kosto efektive dhe efikase. Ka disa qasje për zhvillimin e një skeme optimale për zgjidhjen e saj. Do të jetë e dobishme të merren parasysh ato që janë ndër më të zakonshmet.

Kemi vënë në dukje më lart se acidi sulfurik mund të përdoret për të përqendruar substancën në fjalë. Ekziston një mënyrë mjaft e zakonshme për të rritur efektivitetin e përdorimit të tij - një rritje paraprake në përqendrimin e acidit nitrik përmes avullimit. Në mënyrë optimale, para trajtimit me acid sulfurik, substanca përkatëse do të ketë një përqendrim prej rreth 59-60%. Duhet të theksohet se në praktikë kjo teknologji për prodhimin e acidit nitrik karakterizohet nga një nivel i ulët i mirëdashjes mjedisore. Prandaj, si një alternativë ndaj përdorimit të acidit sulfurik, përdorimi i nitrateve është i zakonshëm. Le të studiojmë specifikat e tyre më në detaje.

Përqendrimi me nitrate

Më shpesh, nitratet e magnezit ose zinkut përdoren për të zgjidhur problemin në shqyrtim, i cili karakterizon prodhimin e acidit nitrik nga amoniaku. Para së gjithash, është dukshëm më miqësore me mjedisin sesa metodaqë përfshin përdorimin e acidit sulfurik. Përveç kësaj, kjo teknologji siguron cilësinë më të lartë të acidit nitrik si produkt përfundimtar.

Në të njëjtën kohë, ai ka një sërë mangësish, të cilat paracaktojnë shfaqjen e vështirësive në aplikimin e tij të gjerë. Para së gjithash, kjo është një kosto mjaft e lartë e procesit të prodhimit. Përveç kësaj, kjo teknologji në shumë raste përfshin prodhimin e mbetjeve të ngurta, përpunimi i të cilave mund të jetë i ndërlikuar.

Përdorimi i katalizatorëve në prodhimin e acidit nitrik

Do të jetë e dobishme të shqyrtojmë se cilat substanca të tjera përdoren së bashku me lëndët e para kryesore për prodhimin e produktit në fjalë në prodhimin industrial (më shpesh katalizatorët konsiderohen të tillë) të acidit nitrik. Përdorimi i substancave në fjalë vjen për shkak të nevojës për të rritur rentabilitetin e prodhimit të acidit, për të rritur dinamikën e prodhimit të tij në një njësi industriale.

Kërkesa kryesore për katalizatorin në prodhimin e produktit në fjalë është selektiviteti i veprimit. Kjo do të thotë, duhet të ndikojë në reaksionin kryesor kimik pa ndikuar në proceset anësore. Më shpesh, katalizatorët përdoren në prodhimin e acidit, të cilët përmbajnë platin.

Më lart, vumë re se kur një substancë e përqendruar dobët lëshohet në presion të ngritur, përdoren katalizatorë të bazuar në platin dhe rodium. Në disa raste, përdoren edhe lidhjet me shtimin e paladiumit. Por metali kryesor në to ështëplatini, përmbajtja e tij zakonisht nuk është më pak se 81%. Thelbi i katalizatorit në këtë rast është të stimulojë kalimin e shpejtë të reaksionit kryesor kimik. Si rregull, ai kalon brenda seksionit të difuzionit të jashtëm.

Procesi varet nga kufijtë e difuzionit të oksigjenit në lidhje me sipërfaqen e katalizatorit. Kjo veçori shkakton një përqendrim më të lartë të amoniakut, lënda e parë kryesore për prodhimin e acidit nitrik, në sipërfaqen e njërit ose ndonjëherë të katalizatorit, kur krahasohet me përqendrimin në ajër. Është e mundur të rritet graviteti specifik i reaksioneve të ndryshme anësore në të cilat vërehet oksidimi jo i plotë dhe formimi i azotit ose oksidit të tij. Në këtë drejtim, oksigjeni pranë sipërfaqes duhet të jetë në një sasi të mjaftueshme për të zhvendosur amoniakun. Në këtë rast, do të jetë e mundur të arrihet një oksidim mjaft i thellë.

Mund të vërehet se, së bashku me katalizatorët e platinit, substancat e kombinuara gjithashtu përfshihen në prodhimin e acidit nitrik. Në veçanti, hekur-krom. Ato mund të ulin ndjeshëm kostot ekonomike që karakterizojnë prodhimin e substancës në fjalë.

Pra, ne kemi shqyrtuar metodat e prodhimit të acidit nitrik, kemi identifikuar llojet kryesore të tij. Sa faza të prodhimit të acidit nitrik duhet të zbatohen varet nga lloji i tij, si dhe nga teknologjia specifike për çlirimin e substancës përkatëse. Do të ishte e dobishme tani të shqyrtojmë se çfarë vështirësish karakterizojnë prodhimin industrial të këtij produkti, i cili është i kërkuar në shumë fusha të ekonomisë.

Problemet kryesore nëprodhimi i acidit nitrik

Pra, siç e dimë tashmë, prodhimi i acidit nitrik me metodën e kontaktit - një nga më të zakonshmet në industrinë moderne, përfshin përdorimin e një katalizatori për të përshpejtuar oksidimin e amoniakut dhe për të rritur rendimentin e produktin. Problemi kryesor në prodhimin e produktit në shqyrtim është çmimi mjaft i lartë i katalizatorit përkatës. Sidoqoftë, selektiviteti i tij nuk arrin gjithmonë vlerën optimale. Përveç kësaj, një pjesë e konsiderueshme e platinit që përdoret si elementi kryesor për katalizatorin mund të humbet gjatë prodhimit. Si rezultat, përsëri, kosto-efektiviteti i prodhimit të produktit zvogëlohet.

Një problem tjetër që karakterizon prodhimin e acidit nitrik është mjedisor. Më sipër, kemi vërejtur se acidi sulfurik mund të përdoret me përqendrimin e lëndëve të para dhe me kalimin e ciklit përkatës të prodhimit, formohen substanca të dëmshme. Një alternativë në këtë rast mund të jetë përdorimi i nitrateve - por kjo, përsëri, nënkupton një rritje të kostove ekonomike. Megjithatë, faktori mjedisor për prodhuesit modernë sot është po aq i rëndësishëm sa niveli i përfitimit të prodhimit.