Новыми в этой схеме являются автоклав и абсорбционная колонна.

Автоклав - это цилиндрический вертикальный реактор непрерывного действия диаметром 1,2 м и высотой 8,6 м, изготовленный из стали, внутри которого находится стакан из алюминия. В стакане расположена насадка из ситчатых тарелок. Смесь кислоты с жидким тетроксидом азота перетекает по тарелкам сверху вниз, а снизу под давлением подается кислород.

Абсорбционная колонна диаметром 2,4 м и высотой 27 м состоит из трех зон: доокислительной, нитроолеумной и промывной, в каждой из которых расположены тарелки. Между тарелками доокислительной и нитроолеумной зон расположены охлаждающие змеевики, поддерживающие оптимальный тепловой режим работы колонны.

Концентрирование разбавленной азотной кислоты

В целом ряде производств (нитрование ароматических углеводородов, получение нитратов целлюлозы, спиртов и др.) используется не разбавленная (45-60%), а концентрированная (96-98%) азотная кислота, которая не может быть получена по описанным выше схемам. Для получения подобной кислоты используются два метода: концентрирование разбавленной кислоты и прямой синтез из жидких оксидов азота.

При простом упаривании водной азотной кислоты нельзя получить продукт концентрацией выше азеотропа (68,5%). Чтобы увеличить концентрацию получаемой этим способом кислоты, ее перегоняют в присутствии водоотнимающих средств (ВОС). Тогда при кипячении тройной смеси «Н₂О - HNO₃ - ВОС» в парах уменьшается содержание водяного пара и возрастает содержание паров азотной кислоты. При конденсации паров образуется высококонцентрированная азотная кислота.

Концентрирование с помощью серной кислоты

Разбавленная азотная кислота из бака 1 разделяется на два потока. Один поступает в испаритель 3, где подогревается паром, и направляется на 10-ю тарелку концентрационной колонны 4. Второй поток без подогрева вводится сразу на 8-ю тарелку колонны. Серная кислота из бака 2 поступает в верхнюю часть колонны на 5-ю тарелку и, перетекая вниз, смешивается с азотной кислотой, образуя тройную смесь «Н₂О - HNO₃ - H₂SO₄».

Рисунок Технологическая схема концентрирования с помощью серной кислоты: 1 - бак разбавленной азотной кислоты, 2 - бак серной кислоты, 3 - испаритель азотной кислоты, 4 - концентрационная колонна, 5 - холодильник-концентратор, 6 - холодильник концентрированной азотной кислоты

Пары азотной кислоты, выходящие из колонны, поступают в холодильник-конднсатор 5, где конденсируются с образованием 98% -ной кислоты, которая возвращается в колонну. При этом из нее парами кислоты выдуваются оксиды азота и направляются на абсорбцию. Концентрированная кислота, выходящая из колонны, охлаждается в холодильнике 6 и поступает в хранилище. Отработанная серная кислота концентрацией около 65% поступает на концентрирование.

Недостатком этого метода концентрирования является высокое содержание паров и тумана серной кислоты в выхлопных газах, что требует их тщательной и дорогостоящей очистки перед выпуском в атмосферу [3]

Концентрирование с помощью нитрата магния

Этот способ концентрирования разбавленной азотной кислоты в отличие от предыдущего, обеспечивает получение чистой высококонцентрированной азотной кислоты без вредных выбросов в атмосферу.

В отпарную колонну 1 вводится разбавленная азотная кислота и из вакуум-испарителя 6 подается 80%-ный раствор нитрата магния. Выходящие из отварной колонны пары 97%-ной азотной кислоты поступают в дистилляционную колонну 2 и оттуда через холодильник-конденсатор 3 в хранилище. Выделяющаяся из нижней части дистилляционной колонны 75%-ная азотная кислота возвращается в отпарную колонну. Разбавленный до концентрации 50-60% раствор нитрата магния из нижней части отпарной колонны направляется в вакуум-испаритель 6 и оттуда, после упаривания до первоначальной концентрации (80%) перекачивается насосом 7 в отпарную колонну.

Таким образом, на этой схеме достигается замкнутая циркуляция ВОС без вывода его из схемы на концентрирование.

Рисунок Технологическая схема концентрирования азотной кислоты с помощью нитрата магния: 1 - отпарная колонна, 2 - дистилляционная колонна, 3 - холодильник-конденсатор, 4-5 - нагреватели, 6 - вакуум-испаритель, 7 - насос [3]

1.9 Перспективы развития азотно - кислотного производства

Исключительное значения азотной кислоты для многих отраслей народного хозяйства и обороднной техники и большие объемы производства обусловили интенсивную разработку эффективных и экономически выгодных направлений совершенствования азотнокислотного производства.

К таким направлениям относятся:

- создание систем высокой единичной мощности (до 400 тыс. т/год), работающих по комбинированной схеме;

- разработка высокоактивных избирательно действующих неплатиновых катализаторов окисления аммиака;

- возможно более полное использование энергии сжатых отходящих газов и низкопотенциальной теполоты процессов путем создания полностью автономных энерготехнологических схем;

- создание замкнутого оборота охлаждающей воды;

- решение проблемы очистки отходящих газов с утилизацией оксдов азота путем внедрения адсорбционно - десорбцион - ного метода очистки на силикагеле и цеолитах;

- возможно более полное удаление остатков оксидов азота из отходящих газов с использованием в качестве восстановителей горючих газов и аммиака.

1.10 Процессы и аппараты химической промышленности

Автоклав непрерывного действия с ситчатыми тарелками:

Существуют автоклавы трех типов, отличающиеся конструкцией насадки: с колпачковыми тарелками, с ситчатыми и пленочные, в которых засыпаны алюминиевые кольца Рашига. На рисунке 0 показан автоклав с ситчатыми тарелками. Аппарат состоит из толстостенного стакана, выполненного из углеродистой стали и рассчитанного на работе давление 50 ат. Высота автоклава 8500 мм, внутренний диаметр 1140 мм, толщина стенки 36 мм, габаритная высота аппарата достигает 9860 мм.

В стальной стакан автоклава вставлены два стакана из чистого алюминия (99,8% Al). Внешний стакан толщиной 6 мм служит для защиты стального стакана от воздействия окислов азота, центральный стакан имеет толщину стенки 25 мм и диаметр 1020 мм. В этот внутренний стакан вставлена насадка из ситчатых тарелок, смонтированных в каркасе в виде этажерки.

Тарелка автоклава представляет собой алюминиевый диск толщиной 8 мм и диаметром 830 мм с 900 отверстиями диаметром 2 мм. Через этажерку почти до дна стакана проходят две трубы: по одной трубе подается кислород под нижнюю тарелку, по второй - с дна стакана отбирается кислота.

В верхней части автоклава имеется также труба для непрерывной подачи «сырой» смеси на верхнюю тарелку и две трубы для перелива избытка жидкости в приемный резервуар. Смесь перетекает по тарелкам сверху вниз, кислород движется противотоком снизу вверх. За время пребывания на девяти тарелках «сырая» смесь превращается в 98-99% - ную азотную кислоту. Одновременно с подачей в реакционный стакан кислород поступает в пространство между реакционным и внешним стальным стаканами. Благодаря этому давление внутри и вне реакционного стакана одинаково алюминиевый стакан не подвергается действию давления.

Автоклавы старых конструкций работали периодически, «сырая» смесь находилась в автоклаве в течение 4 ч, продувалась кислородом; реакционный стакан не имел насадки. Введение описанной выше насадкой позволило перевести автоклавы на непрерывный режим работы, увеличить их производительность в 3-4 раза и автоматизировать управление процессом.

Автоклав с колпачковыми тарелками имеет такое же устройство, но его тарелки снабжены барботажными колпачками; у пленочного автоклава реакционный стакан заполнен кольцами.

Отбелочная колонна

Отбелочная колонна ( рис. 0 ) служит для отделения окислов азота от азотной кислоты. Колонна состоит из двух труб диаметром 345 мм; нижняя труба высотой 2670 мм, снабженная паровой рубашкой, имеет 7 тарелок, расстояния между которыми по 325 мм. Тарелка имеет форму усеченной воронки, обращенной большим диаметром вниз, и плотно прижата краем к стенке трубы. Таким образом, с обогреваемой стенкой трубы тарелка образует кольцевой карман, в котором находится жидкость. Горловина тарелки перекрыта колпаком так, чтобы между образует кольцевой карман, в котором находится жидкость. Горловина тарелки перекрыта колпаком так, чтобы между обрезом воронки и колпаком имелась щель для прохода газов.

Жидкость стекает вниз с тарелки на тарелку колонны, постепенно обедняясь окислами азота. Газы поднимаются вверх, во вторую трубу с чередующимися полутарелками, по которым каскадом стекает свежая («сырая») смесь, подогреваемая восходящими снизу парами.

Колонны подобной конструкции изготовляют больших диаметров. Иногда вместо тарельчатой насадки колонну заполняют кольцами, а греющий змеевик размещают в нижней части колонны. Диаметр таких аппаратов до 1000 мм, высота до 7000 мм. Во всех случаях отбелочные колонны изготовляют из алюминия высокой чистоты.



2. Конструкционная часть

2.1 Расчет

Условно постоянная информация для расчета

№	Содержание информации	Условное обозначение	Единица измерения	Принятое значение
1	Содержание NH3 в АВС		% об.	10,5
2	Степень превращения NH3 в NO	?1	%	94
3	Степень переработки НГ в HNO3	?2	%	98,8
4	Концентрация HNO3		% масс.	57
5	Содержание O2 в выхлопных газах		% об.	3,3
6	Содержание H2O в выхлопных газах		% об.	2,8
7	Базис расчета, кг HNO3 в продукте	П	кг	5500

G - масса потока;

V - объём потока;

N - количество молей потока;

? - доля компонентов в потоке: нижний индекс номер потока; верхний - компонент.

Расчет материального баланса отделения концентрирования HNO₃

Отделение денитрации и концентрирования азотной кислоты.

Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию:

а) от нитрации HNO₃ 16-26%

H₂SO₄ 46-66%

H₂O 18-28%

б) от абсорбционной установки

HNO₃ 50%

H₂O 50%

Исходные данные для расчета

- концентрация крепкой азотной кислоты - 98%

- концентрация серной кислоты, поступающей в колонну - 91%

- концентрация отработанной кислоты, выходящей из колонны - 70%

Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей в колонну ГБХ, учитывая, что ОК - 80%, а смесь азотной кислоты и воды - 20%.

Выбираем средний состав кислот:

HNO₃ 27%

H₂SO₄ 45%

H₂O 28%

Принимаем, что в отработанной кислоте 3% АК в виде окислов азота связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции:

2H₂SO₄ + N₂O₃ 2HNSO₅ + H₂O (1)

Пересчитав состав кислот, получим:

HNO₃ - 25%

H₂SO₄ - 45%

H₂O - 26,1%

N₂O₃ - 0,9%

HNSO₅ - 3%

Всего - 100%

В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO₅ в колонне протекают следующие реакции:

- разложение HNSO₅

2HNSO₅ + H₂O = 2H₂SO₄ + NO₂ (2)

- разложение HNO₃

2HNO₃2NO₂+H₂O+ 1/2O₂ (3)

2HNO₃N₂ + H₂O + 2*1/2 O₂ (4)

- разложение N₂O₃

N₂O₃(газ)

NO (газ) + NO₂ (газ) (5)

В колонну ГБХ поступает:

1. Отработанная кислота в количестве 1000 кг,

В том числе:

HNO₃ - 250 кг

H₂SO₄ - 450 кг.

H₂O - 261 кг.

N₂O₃ - 9 кг.

HNSO₅ - 30 кг.

2. Купоросное масло 91% - х кг.

3. Перегретый пар - у кг.

4. Воздух, подсасываемый из помещения

Из колонны выходит:

1. Разбавленная 70% H₂SO₄= кг

2. Крепкая 98% HNO₃ = =242,3 кг

3. Нитрозные газы

а) в колонне 1/2 количества (1,5%) HNO₃ разлагается до NO₂ по реакции (3)

242,3х0,015 = 3,64 кг.

При этом образуются газообразные вещества:

NO₂ == = 2,65 кг

H₂O == 0,52 кг

O₂ = 0,46 кг.

б) по реакции (4) разлагается Ѕ количества (1,5%) HNO₃ до N₂:

N₂==0,81 кг.

H₂O = =0,52 кг.

O₂ = =2,3 кг

в) при разложении N₂O₃ по реакции (5):

NO₂==5,45 кг

NO = = 3,55 кг

г) при разложении HNSO₅ по реакции (2):

NO₂==5,43 кг

NO = = 3,54 кг

Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав отработанной кислотной смеси и доля ее в последней составит 450кг.

д) с нитрозными газами уносится 1% HNO₃:

242,3х0,01 = 2,42 кг.

В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха):

	g, кг	u, нм3
NO2	13,5	6,87
NO	7,09	5,29
N2	0,81	0,65
O2	2,76	1,93
HNO3	2,42	0,86
Всего	26,58	15,6

Подсос воздуха u_под через неплотности соединений царг колонны

принимаем равным 100% объема сухих газов

u_под = 15.6 нм³, в том числе:

N₂=0,78*15,6=12,17 нм³;

O₂=0,21*15,6=3,28 нм³;

Или

N₂==15,21 кг;

O₂==4,68 кг;

Итого: u_под=19,89 кг.

Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t=20 ^ОС, относительная влажность 80%

Количество водяных паров, поступающих в колонну с воздухом (14,61*0,8)10^-3

*19,89=0,23 кг, где

d₀ = 14.61 - влагосодержание

Всего воздуха: 19,89+0,23=20,12 кг.

Количество паров воды, уходящих из колонны (за конденсатом) с нитрозными газами при t=35 ^ОС

v= 30 нм³

p = 1,8 мм. Рт. Ст - парциальное давление воды над 98% HNO₃ при t=35 ^ОС

p = 133.3*1.8=239.9 Па

H₂O = кг

в объеме v= нм³

Тепловой баланс концентрирования азотной кислоты

Приход	Расход
статьи прихода	КДж	статьи расхода	кДж
1. С отработанной кислотой	199800	1. С парами HNO3 98%	39075,43
2. С перегретым паром	193497,89	2. На испарении HNO3	137040,64
3. Теплота от H2SO4 91%	485336,86	3. С H2SO4 70%	581546,53
4. С HNO3 50% из конденсатора	18705,56	4. С HNO3 98%	39749,32
5. С воздухом	397,8	5. На нагрев воздуха	1392,3
		6. На закрепление слабой HNO3	89017,7
		7. С нитрозными газами	3843,73
		8. В окружающую среду	6072,46
Всего:	897738,11	Всего:	897738,11

На 1 тонну отработанной кислоты приходится в 4.127 раза больше крепкой 98% HNO₃. Пересчитаем на 1 тонну готового продукта 98% HNO₃

Расчет основных технологических показателей процесса

Ш Расходные коэффициенты по сырью (аммиаку):

· Теоретический расходный коэффициент:

· Практический расходный коэффициент:

Ш Конверсия аммиака.

(по условию).

Ш Выход.

Ш Селективность.

поскольку степень превращения равна 100%.



3. Экономическая часть

3.1 Технико - экономическая показатели азотной кислоты

Фактическая себестоимость и энергоемкость азотной кислоты самые низкие по сравнению с другими агрегатами. Фактические технико-экономические показатели агрегата:

Выработка кислоты в пересчете на 100% ННО₃ - 397т/сут.

Расходные коэффициенты на 1т азотной кислоты:

Аммиак, кг -290

Природный газ, м3 -108

Электроэнергия, МДж - 150.

Степень конверсии аммиака -95%;

Степень абсорбции оксидов азота -99%;

Концентрация продукционной кислоты - 58.8%;

Рассмотренные различные способы производства азотной кислоты и встречающиеся при этом альтернативные решения позволяют сделать вывод, что основным критерием для выбора того или иного способа производства должна являться его экономическая оценка.

Основным экономическим показателем производства азотной кислоты является себестоимость единицы продукции, т. е. 1 т 100 % - ной азотной кислоты. Составляющими себестоимости азотной кислоты являются стоимость исходного сырья, энергетических ресурсов, зарплата обслуживающего персонала, амортизационные отчисления, затраты на ремонт оборудования и сооружений. затраты на содержание управленческого аппарата предприятия. Для определения себестоимости кислоты из сумммы перечисленных затрат вычитают стоимость сопутствующей продукции (пар, электроэнергия и т. д).

Стоимость исходного сырья и материалов обычно включает: стоимость аммиака; стоимость платиноидного катализатора, безвозвратно теряемого в процессе производства; стоимость переработки платиноидного катализатора после исчерпания его активности и механической прочности (так называемые затраты на аффинаж); стоимость заменяемых фильтровальных элементов; стоимость реагентов для регенерации платиновых сеток.

Стоимость энергетических ресурсов может включать стоимости потребляемых электроэнергии, пара, химически очищенной и деминерализованной воды, парового конденсата, водорода для розжига катализаторных сеток, природного газа, оборотной охлаждающей воды, холода.

Удельные амортизационные отчисления в составе себестоимости азотной кислоты рассчитают как отношение годовых амортизационных отчислений к годовой производительности цеха.

Затраты на ремонт оборудования и сооружений, так называемые цеховые расходы, определяются как отношение суммы годового фонда зарплаты ремонтного персонала и затрата на поредение ремонтов оборудования к годовой производительности цеха. В свою очередь затраты на проведение оборудования цеха на нормативный коэффициент, принимаемый равным 0, 02.

Для производства азотной кислоты считается что эффективный срок окупаемости составляет 7 лет, а коэффициент эффективности капитальных вложений составляет 0, 15.

Экономические соображения определяют и оптимальную производительность технологической линии азотной кислоты. Однако в этом случае оценка оптимальности нередко сопряжена с необходимостью учета не только технико - экономических показателей самой установки азотной кислоты, но и возможностей машиностроительной промышленности, наличия необходимых конструкционных материалов, применения оборудования разумных геометрических размеров, мощности смежных предприятий по производству аммиака и минеральных удобрений, на котором будет размещена установка. Кроме того, с увеличением производительности линии резко повышаются требования к надежности всех систем.

Значительный рост производства азотной кислоты, его концентрация на сравнительно небольшом числе заводов потребовали совершенствования технологий и увеличения мощности отдельной технологической линии.

Укрупнение технологической линии позволяет так же несколько сократить удельные затраты на внутрицеховые трубопроводы и межцеховые коммуникации, что может быть показано на следующем простом примере.

Предположим, что требуется создать агрегат вдвое большей - мощности по сравнению с существующим при полном сохранении параметров процесса. При этом, естественно, должно соблюдаться равенство газодинамических и гидравлических сопротивлений во всех трубопроводах.

Преобразованной уравнение Бернулли для сопротивления прямого участка трубопровода имеет вид:

(3. 1)

где - падение давления на участке трубопровода; - коэффициент, определяющей качество внутренней поверхности трубопровода; - длина участка трубопровода; - диаметр трубопровода; - скорость среды в трубопроводе; р - плотность среды.

Скорость среды может быть определена по формуле:

(3.2)

где V- расход среды (объемная скорость).

подставляя уравнение (3.2) в уравнение (3.1), получаем

(3.3)

где - величина, не зависящая от расхода среды и диаметра трубопровода.

Следовательно

(3.4)

Для установок с малым V₁ и вдвое большим расходом V₂ = 2V₁выражение (3.4) можно записать в виде

и (3.5)

Отсюда получаем

D₁/D₂ = (1/4)^0.2 = 0.758 (3.6)

При условии одинаковой прочности трубопроводов обеих установок отношение толщине стенок труб: S₁:S₂ также равно

S₁/S₂ = (1/4)^0.2 = 0.758 (3.7)

Полагая, что масса трубы приблизительно составляет

G = рDSLс_T (3.8)

где с_T- плотность материала трубопровода.

С учетом уравнений (3.5) и (3.6) имеем:

G₁/G₂ = (1/4)^0.4 = 0.574 (3.9)

Таким образом при удвоении мощности агрегата и сохранении постоянными перепадов давления в трубопроводах удельные затраты металла на трубопроводы сокращаются примерно на 15 % (0,574: 0,5) = 1,15.

Приняв, что доля стоимости трубопроводов в общей стоимости установки составляет 10-15 %, при удвоении мощности можно ожидать снижения удельных капитальных вложений на 1,5 - 2,5 %.

Стоимость средств автоматики составляет около 0,5 % полной стоимости установки, поэтому при удвоении мощности можно ожидать снижения удельных капитальных затрат по этой образом от удешевления (в удельном выражении) строительной части, средств вентиляции и т. п. можно ожидать снижения удельных капиталовложений на 5 - 7%. В сумме укрупнение агрегата в 2 раза должно дать экономию капитальных затрат на 1 т продукции в пределах 7 - 10%.

Используемые агрегаты производства азотной кислоты имеют следующие экономические показатели:

Таблица №1

Рк/Ра,*МПА	Мощность, кт в год	Удельные капитальные затраты, тг
0,098/0,343	50	135
0,716/0,716	120	110
0,392/1,079	380	100

Расходные коэффициенты в процессах производства концентрированной азотной кислоты

В табл. 5 приведены расходные коэффициенты (РК) в расчете на 1 т азотной кислоты для процессов концентрирования с помощью серной кислоты и прямого синтеза.

Из данных табл. 5 следует, что экономически более выгодным остается метод концентрирования разбавленной азотной кислоты.

Промышленность выпускает три сорта разбавленной и два сорта концентрированной азотных кислот. Согласно ГОСТ-701 они должны удовлетворять следующим условиям (табл. 6).



4. Охрана труда окружающей среды

Охрана труда и окружающей среды

Охрана труда является заранее спланированной и тщательно проработанной системой по обеспечению защиты жизни и здоровья трудящихся на производстве людей. В рамках этой системы проводятся различные мероприятия для обучения, оздоровления и реабилитации сотрудников предприятия. В рамках данной системы изучаются и внедряются в жизнь достижения науки в сфере гигиены труда, промышленной санитарии, техники безопасности, технической эстетики и других.

Современное производство работает в достаточно сложных условиях, поэтому руководители всех предприятий должны с полной ответственностью подходить понятию охраны труда. Поэтому на предприятиях должны проводиться обучающие лекции «охрана труда обучение». На данных лекциях каждому сотруднику предприятия разъясняются технические вопросы, касающиеся безопасности проведения работ на производстве. Плюс ко всему глава предприятия должен всеми методами и способами обеспечивать полную безопасность каждого сотрудника. В таком случае это обеспечение всех сотрудников индивидуальными средствами для защиты на производстве, безопасность оборудования, зданий и сооружений, оптимальный режим труда и отдыха, безопасность процесса производства.

Охрана окружающей среды направлена, прежде всего, на ограждение от природы отрицательного воздействия, вызванного деятельностью человека. Чтобы улучшить общую экологическую обстановку, проводятся меры по ограничению выбросов негативных веществ в атмосферу, создаются национальные парки и заповедники, которые помогают сохранить различные природные комплексы, ставится определенное ограничение на ловлю речной и морской рыбы и охоту, целью которого является сохранение редких и вымирающих видов животных. Так же охрана окружающей среды предусматривает ограничения на несанкционированные выбросы мусорных отходов, которые загрязняют окружающую среду и портят экологию. Зачастую для этого применяется метод экологической логистики, благодаря которой засоренные территории очищаются от мусора.

Инструкции по охране труда и промышленной безопасности отделения, инструкций по отдельным видам работ.

Обслуживающий персонал допускается к работе в положенной по нормам спецодежде и спецобуви, обязан иметь при себе исправные средства индивидуальной защиты. Средства защиты (индивидуальный противогаз) обязательно проверяется ежесменно перед началом работы.

Все контрольно-измерительные приборы и системы автоматики и блокировки должны находится в исправном состоянии.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

В производстве азотной кислоты приходится иметь дело с такими веществами, как аммиак, окислы азота, серная кислота, кислород и другие, обладающими токсическими свойствами (например, NH3), либо с огнеопасными (например, азотная кислота при соприкосновении с древесиной, соломой и подобными горючими материалами), либо с такими, которые образуют взрывоопасные смеси (смеси аммиака с воздухом или кислородом, смеси жидких окислов азота и аммиака или органических ненасыщенных соединений). Помимо этого, органические вещества в среде чистого газообразного кислорода могут самовоспламеняться, а жидкий аммиак, азотная и серная кислота оказывают обжигающее действие при попадании на открытые участки кожи и особенно на слизистые оболочки.

Некоторые физико-химическое и токсические свойства окислов азота, азотной и серной кислот приведены в таблице.

Взрывоопасные участки. Взрывоопасным участком в производстве азотной кислоты является отделение конверсии аммиака, где при увелечении концентрации аммиака в смеси с воздухом в зоне катализатора возможны взрывы, разрушительное действие которых распространяется на смежную аппаратуру.

Кроме того, при перегреве котлов-утилизатров из-за недостатка воды или по другим причинам также может произойти взрыв.

Меры первой помощи. При ожогах азотной кислотой следует немедленно обмыть пораженное место большим количеством воды, затем 2%-ным раствором бикарбоната натрия NaHCO₃, после чего смазать вазелином или специальной медицинской мазью и перевязать. В случае попадания под струю кислоты нужно быстро сбросить верхнюю смоченную кислотой одежду и встать под водяной душ или лечь в ванну с водой, которые обычно устанавливаются в азотно-кислотных цехах вблизи рабочих мест. В тяжелых случаях ожогов раздеваться следует под душем или в ванне с помощью других людей.

При попадании на кожу концентрированной серной кислоты необходимо осторожно снять ее ватным тампоном, после чего промыть пораженное место водой, затем 2%-ным раствором соды и, смазав вазелином, наложить повязку.

При вдыхании газообразных окислов азота или паров азотной кислоты пострадавшего надо прежде всего вывести или вынести на свежий воздух, дать выпить возможно больше молоко и в случае необходимости применить кислородное дыхание. При поражении дыхательных путей аммиаком рекомендуется выйти на свежий воздух и принять внутрь разбавленный раствор винной или лимонной кислоты с сахаром. При термических ожогах обгоревшую одежду следует разрезать и осторожно снять, не соприкасаясь при этом с обожженной кожей. Места ожогов нельзя смазывать вазелином или маслом, необходимо наложить компресс (без бумаги) из 1%-ного раствора марганцевокислого калия.

Требования безопасности концентрированная азотная кислоты.

Концентрированная азотная кислота вызывает серьезные ожоги кожи. Разбавленная кислота при частом попадании на кожу может вызвать экзему. Пораженная кожа окрашивается в желтый цвет. При попадании внутрь вызывает тяжелые ожоги. При попадании на кожу или в глаза немедленно промыть водой до полного удаления кислоты.

При вдыхании паров азотной кислоты происходит раздражение слизистых оболочек, головокружение, шум в ушах, сонливость, легкий отек. При вдыхании паров кислоты вывести пострадавшего на свежий воздух, дать теплое молоко с содой или боржоми.

Делать содовые ингаляции, банки, горчичники. При удушье давать кислород.

При попадании внутрь требуется промывание желудка. Избегать рвотных средств и растворов углекислых щелочей.

Концентрированная азотная кислота способна взрываться при соприкосновении с веществами - восстановителями: сероводородом, скипидаром, этанолом. При соприкосновении с горючими веществами может произойти воспламенение, сопровождающееся выделением ядовитого диоксида азота, поэтому при тушении пожара необходимо пользоваться противогазом.

Не следует допускать соприкосновения азотной кислоты со скипидаром, карбидами, порошками металлов, солями пикриновой и хлорноватой кислот, муравьиной кислотой, а также с горючими веществами. Под действием азотной кислоты воспламеняются бумага, масло, древесина, уголь.

Аварийные проливы азотной кислоты и смывные воды (при промывке полов) собираются в металлические поддоны из нержавеющей стали и дренируются в дренажный бак, из которого кислота или стоки погружным насосом откачивается в хранилище азотной кислоты.



Таблица 6.2

Характеристика токсичности вредных веществ на производстве

Название вещества	Класс опасности	ПДКрз, мг/м3	ПДКмр, мг/м3	Токсикологическая характеристика
Оксид азота	III	5	0,4	Оксид азота - кровяной яд, переводит оксигемоглобин в метгемоглобин.
Диоксид азота	II	2	0,085	Диоксид азота обладает выраженным раздражающим действием на дыхательные пути, что может привести к тяжелым случаям отека легких. Диоксид азота обладает и общетоксическим действием.
Оксид углерода	IV	20	5,00	Оксид углерода по типу своего патофизиологического действия- кровяной яд, который, взаимодействуя с гемоглобином, превращает его в карбоксигемоглобин, вызывая гемический тип гипоксии.
Аммиак	IV	20	0,2	Вызывает острое раздражение слизистых оболочек, слезотечение, удушье. Порог восприятия обонянием 35 мг/м3. Концентрация 350-700 мг/м3 опасна для жизни

4.1 Экология азотной кислоты

Азот имеет газообразный резервный фонд, который находится в атмосфере. Между резервным и обменным фондами постоянно осуществляется обмен элементов и обеспечивается непрерывная связь.

Из резервного фонда азот включается в обменный фонд тремя путями:

Атмосферная фиксация. Под действием атмосферных электрических разрядов часть азота взаимодействует с кислородом с образованием оксида и диоксида азота, которые растворяются в водяных парах и в виде азотистой и азотной кислот попадают в почву. В почве образуются нитраты, которые поглощаются растениями и включаются в биологический круговорот.

Круговорот азота

В основном азот из резервного фонда вовлекается в обменный фонд азотфиксирующими бактериями, которые переводят его в доступные для растений формы.

Промышленная фиксация. С наступлением промышленной революции человек научился с помощью техники превращать газообразный азот в минеральные азотные удобрения, которые после внесения в почву усваиваются растениями в аммиачной и нитратной форме.

Пополнение резервного фонда из обменного фонда происходит путем денитрификации, которую осуществляют денитрифицирующие бактерии. Часть азота из обменного фонда смывается с поверхностным стоком в море, где он включается в морские организмы или мелководные отложения. Часть его через живые организмы возвращается в биологический круговорот, а часть переходит в глубоководные отложения - это полные и окончательные потери элемента.

После наступления техногенной эры сельское хозяйство стало широко использовать технику для обработки почвы, а это привело к усилению поверхностного стока и увеличению выноса азота. За счет улучшения аэрации усилился процесс денитрификации. В то же время, за последние 100 лет биологическая фиксация снизилась в 20-30 раз. Все это привело к обеднению обменного фонда и для его пополнения человек вынужден вносить минеральные удобрения или на больших площадях выращивать азотфиксирующие бобовые растения. Однако примерно 1/10 часть искусственно внесенного азота используется растениями, а остальная часть с поверхностным стоком и грунтовыми водами переходит в морские отложения.

При этом имеет место эвтрофикация пресноводных экосистем, что ведет к их деградации. Таким образом, в результате антропогенного влияния происходит перекачивание азота из резервного фонда в обменный, а из него - в глубоководные отложения. То есть происходит постепенное выведение азота из круговорота.

4.2 Хранение и транспортировка азотной кислоты

Азот газообразный хранится и транспортируется в баллонах окрашенных в черный цвет с надписью "АЗОТ" желтого цвета.

Азот жидкий хранится и транспортируется в специальных криогенных емкостях. Азот относится к классу опасных грузов. Поэтому транспорт используемый для перевозки азота должен быть оборудован в соответствии с правилами перевозки опасных грузов.

Концентрированную азотную кислоту хранят в резервуарах и перевозят в железнодорожных цистернах из алюминия.

Слабую азотную кислоту (45-60% -ную) хранят на складе в резервуарах из нержавеющей стали. Небольшие количества разбавленной азотной кислоты перевозят в стеклянных бутылях, которые упаковывают в корзины или деревянную обрешетку с обкладкой стружкой или соломой, пропитанными огнестойкими веществами. Большие количества разбавленной азотной кислоты перевозят в железнодорожных цистернах из нержавеющей стали.

Транспортирование концентрированной азотной кислоты осуществляется в железнодорожных цистернах по ГОСТ 10674 - 82 и автомобильным транспортом в соответствии с правилами перевозок опасных грузов, действующими на соответствующих видах транспорта, по трубопроводу, изготовленному из алюминия марки А 85 или стали марок ЭИ 654, ЭП 79

Транспортирование концентрированной серной кислоты осуществляется в железнодорожных сернокислотных стальных цистернах из стали марки Ст. 3 по ГОСТ 380 - 71 с маркировкой «Серная кислота», в стальных контейнерах, бочках по ГОСТ 6247 - 79 или поставляют потребителю перекачкой по кислотопроводу из стали марки Ст. 3 по ГОСТ 380 - 71.

Азотную и серную кислоты хранят в стальных емкостях с кислотостойкой футеровкой. Коэффициент заполнения емкостей не должен превышать 0,8.



Заключение

Я в этом курсовом проекте ознакомилась "Синтез концентрированной азотной кислоты".

При проектировании я собирала много материалов.

Пepвыe иccлeдoвaния cинтeзa aзoтнoй киcлoты из aммиaкa oтнocятcя к нaчaлy XIX вeкa.

Азотная кислота - одна из важнейших минеральных кислот. По объему производства в химической промышленности она занимает второе место после серной кислоты.

Азотная кислота -- бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления ? 41,59 °C, кипения + 82,6 °C с частичным разложением. Азот в азотной кислоте четырёхвалентен, степень окисления +5, а валентность равна IV.

Опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между двумя атомами кислорода и атомом азота две химические связи абсолютно одинаковые - полуторные связи.

Получения концентрированной азотной кислоты вызвано высокой энергоемкостью (расход тепла на упаривание ВОС) процессов концентрирования разбавленной кислоты.

Исключительное значения азотной кислоты для многих отраслей народного хозяйства и оборонной техники и большие объемы производства обусловили интенсивную разработку эффективных и экономически выгодных направлений совершенствования азотнокислотного производства.

Основным экономическим показателем производства азотной кислоты является себестоимость единицы продукции, т. е. 1 т 100 % - ной азотной кислоты.

Охрана окружающей среды направлена, прежде всего, на ограждение от природы отрицательного воздействия, вызванного деятельностью человека.

Концентрированная азотная кислота способна взрываться при соприкосновении с веществами - восстановителями: сероводородом, скипидаром, этанолом.

Концентрированная азотная кислота способна взрываться при соприкосновении с веществами - восстановителями: сероводородом, скипидаром, этанолом.

Концентрированную азотную кислоту хранят в резервуарах и перевозят в железнодорожных цистернах из алюминия.

Транспортирование концентрированной азотной кислоты осуществляется в железнодорожных цистернах



Заключение

Рассмотрели основные свойства, способы получения и применение азотной кислоты. Изучили процесс производства азотной кислоты, его основные этапы и технологические схемы. Проследили этапы исторического развития азотнокислого производства и перспективы его развития.

Данная курсовая работа содержит в себе описание химии азота и некоторых его соединений. Включает в себя 33 страниц, 17 пунктов, использовано 17 литературных источников.

Целью этой работы было ознакомиться с самой молекулой азота и её свойствами.

В ходе написания курсовой работы я ознакомилась с историей открытия азота, его нахождение в природе и с химическими реакциями, которые происходят непосредственно в природе при участии азота. А также с его химическими и физическими свойствами. Подробно ознакомилась с некоторыми методами его связывания и сделала краткий осмотр методов получения и свойств его нескольких важнейших соединений. Дала краткое описание применения азота. Провела эксперимент: получила азот в лаборатории и изучила его свойства.

Производство концентрированной азотной кислоты

Неконцентрированную азотную кислоту можно сконцентрировать путем перегонки только до 68,4% HNO3; т.к. при этой концентрации состав азотной кислоты в парах и перегоняемой смеси одинаков, образуется так называемая азеотропная смесь. Максимальная температура кипения такой кислоты 393,05 К. Концентрированную азотную кислоту с содержанием 98% HNO3 получают двумя способами. Наиболее распространённый способ - получение азотной кислоты при помощи водоотнимающих веществ, таких, например, как серная кислота в виде купоросного масла (92-93%-ная H2SO4) и нитрат магния. Второй метод - прямой синтез из жидких оксидов азота и кислорода под давлением.

1. При помощи серной кислоты (купоросного масла).

Применение водоотнимающих средств даёт возможность содержание водяных паров над кипящей смесью и увеличить содержание паров азотной кислоты, при конденсации которых получается 98%-ная HNO3.

В процессе концентрирования азотной кислоты в смеси с купоросным маслом под действием высокой температуры и частичного разложения азотной кислоты происходит образование нитрозилсерной кислоты:

N2O3 + H2SO4 = HNSO5 + Н2О

При концентрации H2SO4 ниже 75% и повышенной температуре нитрозилсерная кислота гидролизуется:

HNSO5 + Н2О = H2SO4 + HNO2

3HNO2 = HNO3 + 2NO + Н2О

При концентрации серной кислоты 57,5% нитрозилсерная кислота не образуется. Таким образом, процесс концентрирования азотной кислоты при помощи купоросного масла состоит из следующих стадий:

1) образования тройной смеси;

2) отгонки паров азотной кислоты из тройной смеси купоросного масла, азотной кислоты и воды;

3) конденсации выделившихся паров азотной кислоты;

4) удаления из концентрированной азотной кислоты растворённых в ней оксидов азота;

5) поглощения выделившихся оксидов азота при конденсации паров азотной кислоты.

Концентрирование разбавленной азотной кислоты с применением серной кислоты связано с большими затратами на упаривание отработанной серной кислоты, необходимое для её повторного использования в процессе укрепления азотной кислоты.

Применение серной кислоты в качестве водоотнимающего средства приводит к необходимости иметь цех концентрирования серной кислоты. Эта операция обходится дорого и сопряжена с выделением больших количеств вредных газов, которые гибельно действуют на окружающую природу. Облако газов, содержащих пары H2SO4, SO3, SO2, иногда простирается за пределы азотного завода.

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты из окислов азота

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты состоит в том, что жидкая четырёхокись азота взаимодействует с водой в присутствии газообразного кислорода под давлением 5 МПа:

2N2O4 + О2 + 2Н2О = 4HNO3 +59,5 кДж

Наиболее сложным в этом процессе является получение жидкой четырёхокиси азота; обычно её получают из нитрозных газов, образующихся при окислении аммиака. Вначале из нитрозных газов выделяют избыточную влагу, для этого газы охлаждают от 200 до 40°С. Затем окисляют содержащуюся в нитрозных газах NO до NO2 вначале кислородом воздуха в газовой фазе, а затем концентрированной азотной кислотой.

2HNO3 + NO = 3NO2 + Н2О

После этого из нитрозных газов выделяют NO2 охлаждением газов до минус 15 - минус 20°С (под давлением не ниже 0,5 МПа) либо до минус 10°С и поглощением двуокиси азота концентрированной азотной кислотой (97-98% HNO3), в которой NO2 хорошо растворяется с образованием нитролеума:

nNO2 + HNO3 = HNO3·nNO2

Если в нитрозных газах присутствует 10-11% окислов азота, получают нитролеум, содержащий до 25% NO2. При нагревании такого нитролеума до 80°С получают газообразную двуокись азота, которая отделяется от азотной кислоты, а затем конденсируется и полимеризуется.

В заводских условиях конденсацию обычно осуществляют в двух последовательно соединённых холодильниках: в первом из них охлаждение производится водой, а во втором (до минус 8°С) - рассолом Са(NOз)2.

На экономические показатели процесса большое влияние оказывает давление, так как при увеличении давления уменьшается объём аппаратуры, повышается интенсивность процесса и снижается расход металла по системе в целом. Однако при этом уменьшается степень окисления аммиака и возрастает расход платины. В установках, работающих под давлением, увеличивается выход пара, что существенно снижает энергетические затраты и себестоимость азотной кислоты.

Себестоимость 1т концентрированной азотной кислоты, получаемой методом прямого синтеза из окислов азота, примерно на 15% выше себестоимости кислоты, получаемой концентрированием.

Концентрирование при помощи нитрата магния

В соответствии с литературными данными наибольший интерес представляет использование в качестве водоотнимающего средства нитрата магния вместо серной кислоты. Это метод с экономической и экологической точки зрения является наиболее выгодным, чем рассмотренные выше способы концентрирования азотной кислоты. Установка концентрирования азотной кислоты в присутствии нитрата магния состоит из отпарной и дистилляционной колонн, конденсатора концентрированной азотной кислоты и конденсатора раствора нитрата магния.

Температура кипения растворов нитрата магния примерно соответствует температурам кипения растворов серной кислоты в пределах концентрации 0-70% Н2SO4. Разбавленная азотная кислота поступает в отпарную колонну 1 тарельчатого типа. Сюда на одну тарелку выше ввода азотной кислоты подаётся подогретый до 100°С в кипятильнике 8 72%-ный раствор нитрата магния. В нижней части отпарной колонны при помощи кипятильника 2 температура раствора поддерживается в пределах 160 - 180°С. Пары, выходящие из отпарной колонны, содержат около 87% HNO3 и 13% воды и направляются в дистилляционную колонну 3. Раствор нитрата магния, содержащий около 55% Mg(NO3)2, поступает через кипятильник 8 на концентрирование до содержания 72% Mg(NC3)2. Пары воды, выделяющиеся из раствора в вакуум-испарителе 6, поступают в барометрический конденсатор 5. В дистилляционной колонне 3 происходит концентрирование 87% -ной азотной кислоты до содержания 99% HNO3. Ее пары при 86°С поступают в конденсатор 4, затем часть конденсата в виде флегмы возвращается в дистилляционную колонну, а остальное количество концентрированной кислоты передается на склад. Образовавшаяся в дистилляционной колонне 75%-ная азотная кислота стекает в отпарную колонну.

Соотношение концентрированного раствора Mg(NO3)2 и поступающей азотной кислоты должно быть не менее 2,5, чтобы концентрация отработанного раствора нитрата магния была не ниже 55%.

Преимущество этого способа концентрирования азотной кислоты состоит в значительно меньших эксплуатационных расходах (вдвое), меньших капитальных затратах (на 30 - 40%) и в возможности получения азотной кислоты, не содержащей H2SO4. Кроме того, устраняется загрязнение атмосферы сернокислотным туманом, образующимся, как известно, при концентрировании серной кислоты. Однако этот способ связан с большим расходом пара.



Список используемой литературы

1. А.А.Соколовский. Е, В. Яшке. "Технология минеральных удобрений и кислот". Москва. Издательство "Химия" 1979.

2. Е.Я.Мельников, В. П. Салтанова. "Технология неорганических веществ и минеральных удобрений". Москва Издательство "Химия" 1983 г.

3. М.Е.Позин, Б.А. Кобылов. "Расчеты по технологии неорганических веществ". Москва. Издательство "Химия" 1980 г.

4. В. И. Пряников. "Техника безопасности в химической промышленности" Москва. 1989.

5. Г.Н.Кононова и др. Общая химическая технология: Лабораторный практикум. / М.: МИТХТ, 1991.

6. Кутепов А.М. и др. " Общая химическая технология": Учебник. для техн. вузов М.: Высш. шк., 1990. 520 с.

7. А.Г.Амелин. "Общая химическая технология" Москва. 1977.

8. Справочник азотчика.

9. Соколов, «Химическая технология».

10. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта: http: Google.ru; http: rambler.ru; http: www.yandex.ru.

Размещено на Allbest.ru

...