Производство неконцентрированной азотной кислоты

Несмотря на незначительную степень диссоциации при низких температурах нитрозный газ окрашен в бурый цвет, что говорит о присутствии в нем оксида азота (IV) (NO2) – единственного оксида азота, имеющего окраску. Окраски не имеет лишь равновесная смесь, находящаяся в твердом состоянии.

Скорость полимеризации оксида азота (IV) очень велика. Равновесие реакции (3.2.) устанавливается практически мгновенно– за 10-4 с, поэтому в расчетах принимают, что в любой взятый отрезок времени смесь NO2–N2О4 находится в равновесии.

Образованию оксида азота (III) (N2О3) способствуют пониженные температуры. Равновесие реакции (3.3.) сдвигается в сторону образования N2O3 при понижении температуры, повышении давления и увеличении концентрации оксидов азота в газе. Приближение степени окисления NО к 50% также способствует увеличению содержания в нитрозном газе N2O3.

Так как оксид азота (IV), присутствующий в газе, немедленно полимеризуется (особенно при пониженных температурах), то содержание N2O3 в нитрозных газах обычно невелико. Так, в нормальных условиях, даже в эквимолекулярной смеси содержание N2O3 составляет всего 7%. Обычно в нитрозных газах при 25 °С и степени окисления 50% содержание N2O3 не превышает 2%.

Скорость достижения равновесия реакции (3.3.) велика – равновесие устанавливается за время, менее 0,1 с. Обычно при расчете процесса переработки нитрозных газов содержанием в них N2O3 пренебрегают, хотя следует иметь в виду, что в определенных условиях кислотообразование может идти путем поглощения N2O3.

3.2 Описание технологической схемы

Переработка окислов азота в азотную кислоту

Нитрозный газ после котла-утилизатора направляется в экономайзеры, который установлен последовательно по ходу нитрозного газа. Каждый водяной экономайзер состоит из трех блоков змеевиков, помещенных в общей камере. По трубкам экономайзера протекает питательная вода, а в межтрубном пространстве – нитрозный газ.

В теплообменной части экономайзера нитрозный газ охлаждается до температуры 250 ÷ 260оС.

В объеме газоходов и в свободном объеме второго по ходу нитрозного газа «не кипящего» экономайзера температура нитрозного газа повышается до температуры 270 ÷ 290оС. В теплообменной части экономайзера нитрозный газ охлаждается до температуры 185 ÷ 195оС.

Затем нитрозный газ охлаждается до температуры 110 ÷ 188оС в подогревателе частично обессоленной воды , который представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В трубной части теплообменника – нитрозный газ, в межтрубном – частично обессоленная вода.

После подогревателя частично обессоленной воды нитрозный газ поступает в водяной холодильник нитрозного газа I ступени, где охлаждается до температуры 55 ÷ 65оС. Одновременно с охлаждением газов происходит конденсация паров воды, образующихся в результате реакции окисления аммиака и образование азотной кислоты при поглощении окислов азота водой. Образовавшаяся азотная кислота с массовой концентрацией 35 ÷ 45% отводится в нижнюю часть газового холодильника-промывателя .

Водяной холодильник нитрозного газа I ступени представляет собой горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник. В трубном пространстве нитрозный газ, в межтрубном – оборотная вода.

После длительного периода эксплуатации схемой предусмотрена кислотная промывка холодильника для очистки поверхности трубчатки от солей. Промывка осуществляется 50 ÷ 60% азотной кислотой, в межтрубное пространство холодильника.

На период промывки холодильник оглушается от водяных коллекторов заглушками из нержавеющей стали.

Охлажденный нитрозный газ после холодильника нитрозного газа I ступени поступает в газовый промыватель, где на четырех тарелках повального типа происходит охлаждение и отмывка нитрозного газа азотной кислотой от нитрит – нитратных солей аммония. Нитрозный газ на тарелках охлаждается до температуры 40 ÷ 60оС.