Producció d'àcid nítric a la indústria: tecnologia, etapes, característiques

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'àcid nítric és un dels tipus de matèries primeres industrials més demandats. La seva producció es pot dur a terme per diferents mètodes, depenent de la varietat en què s'ha de subministrar l'àcid al client. Quina és l'essència de les tecnologies rellevants? Com es comparen amb el tipus d'àcid nítric produït a la fàbrica?

Producció industrial d'àcid nítric: una història del desenvolupament tecnològic

En primer lloc, serà útil estudiar els fets històrics sobre com es va desenvolupar la producció d'àcid nítric a Rússia. A la indústria nacional, l'alliberament d'aquesta substància, segons la informació disponible, es va iniciar sota Pere I. Posteriorment, M. V. Lomonosov va proposar un mètode per a la producció d'àcid nítric a partir de salitre: aquesta substància es considerava en realitat la principal matèria primera per a la producció. de la substància en qüestió fins a principis del segle XX.

Juntament amb el salitre, la producció d'àcid nítric a la indústria es va dur a terme amb àcid sulfúric. Les dues substàncies considerades, interactuant entre elles, van formar àcid nítric i òxid de sofre sòdic. L'avantatge d'aixòel mètode era la capacitat d'obtenir àcid nítric a una concentració d'aproximadament 96-98% (subjecte a l'ús de matèries primeres de la qualitat requerida).

La tecnologia corresponent s'ha millorat activament, a favor d'augmentar la velocitat de processament de matèries primeres i assegurar la producció d'un volum més gran de producte. Però a poc a poc es va anar donant pas al concepte que la producció d'àcid nítric es duia a terme mitjançant l'oxidació de contacte de l'amoníac.

A més, es va inventar un mètode en el qual l'òxid nítric, obtingut per arc oxidació del gas corresponent de l'atmosfera, s'utilitzava com a matèria primera principal per a la producció d'àcid. Hi ha un punt de vista generalitzat que el primer mètode és més rendible.

Amb la millora dels plantejaments tecnològics per a la producció d'àcid nítric, s'ha format un plantejament segons el qual l'opció més òptima per a la producció de la substància corresponent és l'ús d'infraestructura industrial que funcioni sota alta pressió. Una alternativa és la producció d'àcid a pressió atmosfèrica, que es considera menys rendible des del punt de vista econòmic.

L'alliberament d'una substància a pressió normal o elevada implica la producció d'àcid nítric a partir de l'amoníac. També hi ha un mètode combinat que combina els avantatges dels altres dos. Les característiques de la producció d'àcid nítric pel mètode combinat són, en primer lloc, l'oxidació de l'amoníac a pressió atmosfèrica i la implementació de la seva absorció - aaugmentat.

L'amoníac es considera ara la principal matèria primera per alliberar la substància en qüestió, juntament amb l'aigua i l'aire atmosfèric. Estudiem les especificitats del seu ús en la producció d'àcid amb més detall.

Matèries primeres àcid nítric

Per tant, les principals matèries primeres utilitzades en la producció de la substància en qüestió són l'amoníac, l'aire i també l'aigua.

Això requereix l'ús d'amoníac purificat. Per a això, es purifica en equips especials d'evaporació i destil·lació en el marc de diferents cicles de producció. De la mateixa manera, s'ha d'utilitzar aire net quan es descarregui àcid nítric. També es filtra amb un equip especial. Al seu torn, l'aigua utilitzada en la producció d'àcid nítric es purifica d'impureses i sals. En molts casos, s'ha d'utilitzar condensat pur per obtenir la substància en qüestió.

Estudiem quines varietats de la substància en qüestió es poden presentar, així com com es produeix cada tipus d'àcid nítric.

Varietats d'àcid nítric i les principals etapes del seu llançament

Hi ha 2 tipus d'àcid nítric produïts a les plantes industrials modernes: diluït i concentrat. La producció d'àcid nítric diluït es realitza en 3 etapes principals:

• conversió d'amoníac (el seu producte final és l'òxid nítric);
• producció de diòxid de nitrogen;
• implementació de l'absorció d'òxids de nitrogen aús d'aigua.

La producció d'àcid nítric diluït està molt estesa a les empreses industrials modernes sota l'anomenat esquema AK-72. Però, per descomptat, hi ha altres tecnologies per alliberar aquesta substància.

Al seu torn, la producció d'àcid nítric concentrat es pot dur a terme augmentant el nivell de la substància corresponent en forma diluïda o mitjançant la síntesi directa. El primer mètode, per regla general, permet obtenir una solució àcida a una concentració d'aproximadament el 68%, que pot no ser suficient per a l'aplicació de la substància en qüestió en diverses àrees. Per tant, també és habitual el mètode de síntesi directa, que permet obtenir una substància en una concentració d'uns 97-98%.

Fem una ullada més de prop a com es produeix l'àcid nítric d'una forma o una altra. Més amunt, vam observar que l'alliberament d'una substància diluïda es pot dur a terme segons l'esquema AK-72. Estudiem primer els seus detalls.

Producció d'àcid diluït mitjançant la tecnologia AK-72

L'esquema considerat, mitjançant el qual es realitza la producció d'àcid nítric, implica l'ús d'un cicle tancat, acompanyat de:

• conversió d'amoníac;
• refrigerament dels gasos associats a una pressió d'aproximadament 0,42-0,47 MPa:
• realitzant l'absorció d'òxids sota pressió de l'ordre d'1,1-1,26 MPa.

El producte final de l'esquema AK-72 és l'àcid nítric a una concentració d'aproximadament el 60%. Producció d'àcid nítric dinsla tecnologia en qüestió es porta a terme en el marc d'etapes com:

• garantir l'entrada d'aire de l'atmosfera a la nau industrial i la seva neteja;
• comprimir l'aire, separant-lo en corrents tecnològics;
• evaporació de l'amoníac, purificació del gas corresponent del petroli i altres impureses, així com el seu posterior escalfament;
• mescla d'amoníac purificat i aire, purificació posterior d'aquesta mescla i la seva transferència al catalitzador;
• obtenció de gasos nitrosos i el seu refredament;
• recollida de condensats amb àcid nítric;
• concentració i absorció d'àcid nítric;
• refredar i netejar el producte resultant.

L'àcid acabat s'envia a l'emmagatzematge o al client.

Juntament amb la tecnologia en consideració per a la producció d'àcid nítric - AK-72, s'utilitza un altre concepte popular per alliberar la substància corresponent, que implica garantir el funcionament de la infraestructura industrial a una pressió d'uns 0,7 MPa. Tingueu en compte les seves característiques.

Tecnologia d'alliberament de productes sota pressió 0,7 MPa: matisos

La tecnologia en qüestió produeix àcid nítric no concentrat com a alternativa al concepte AK-72. Implica la implementació de les següents etapes d'alliberament de la substància en qüestió.

En primer lloc, com en la tecnologia anterior, es neteja l'aire atmosfèric. Amb aquesta finalitat, per regla general, s'utilitza un filtre de dues etapes. A més, l'aire que s'ha netejat es comprimeixmitjançant un compressor d'aire - fins a aproximadament 0,35 MPa. En aquest cas, l'aire s'escalfa, fins a una temperatura d'uns 175 graus, i s'ha de refredar. Un cop resolt aquest problema, passa a l'àrea de compressió addicional, en la qual la seva pressió augmenta fins a aproximadament 0,716 MPa. El flux d'aire resultant, al seu torn, s'escalfa a una temperatura elevada, uns 270 graus mitjançant l'acció dels gasos nitrosos. Després es barreja amb amoníac en una zona especial de la unitat industrial. La substància corresponent s'activa quan l'àcid s'allibera inicialment en estat gasós, que es forma a causa de l'evaporació del líquid. A més, l'amoníac s'ha de purificar. Després de la preparació, el gas s'escalfa i s'introdueix al mesclador simultàniament amb aire. Aquesta mescla també es filtra i, després de la purificació, s'alimenta a la conversió d'amoníac. El procediment corresponent es porta a terme amb malles d'aliatge de platí i rodi a una temperatura molt alta, uns 900 graus. El percentatge de conversió és d'aproximadament el 96%.

La producció d'àcid nítric feble segons la tecnologia en qüestió implica la formació de gasos nitrosos. Es porten a una zona especial de la unitat industrial, on es refreden. A causa d'això, l'aigua purificada s'evapora i l'aparició de vapor amb alta pressió. Realitzat a través de la zona adequada de la unitat industrial, els gasos nitrosos es desplacen a l'oxidant. Cal tenir en compte que la seva oxidació es produeix parcialment ja a l'anterioretapes de producció d'àcid. Però en l'oxidant es fa encara més intens. En aquest cas, els gasos nitrosos s'escalfen a una temperatura d'uns 335 graus. Posteriorment, es refreden en un intercanviador de calor especial i després s'envien al condensador.

Després d'això, l'àcid nítric es forma en una concentració feble. Cal separar-ne els gasos nitrosos restants; per això s'utilitza un separador. A partir d'ell, l'àcid nítric s'introdueix a l'àrea d'absorció de la unitat industrial. L'àcid flueix posteriorment a les zones de l'aparell de sota. Al mateix temps, interacciona amb òxids de nitrogen, de manera que augmenta la seva concentració. A la sortida, és d'uns 55-58%. Normalment conté òxids dissolts que s'han d'eliminar: per això, la substància s'envia a l'àrea de purga de la unitat. Amb l'ajuda d'aire escalfat, s'extreuen òxids de l'àcid. El producte acabat es col·loca al magatzem o s'envia al client.

Producció d'àcid concentrat: síntesi directa

Un cop considerat com es duu a terme la producció d'àcid nítric diluït, estudiarem les particularitats de l'alliberament d'una substància concentrada. La producció d'àcid per síntesi directa a partir de matèries primeres en forma d'òxids de nitrogen és una de les tecnologies més rendibles utilitzades a les empreses del perfil rellevant.

L'essència d'aquest mètode és estimular una reacció química entre la substància especificada, l'aigua i l'oxigen sota una pressió d'uns 5 MPa. La tecnologia mitjançant la qual es realitza la producció d'àcid nítrictipus concentrat sobre la base d'un diluït, té un matís: garantir la transició del diòxid de nitrogen a una forma líquida és possible a una pressió i una temperatura properes a l'atmosfèrica. Tanmateix, en algunes reaccions, la concentració de la substància corresponent és insuficient per transferir-la a un estat líquid a pressió normal i s'ha d'augmentar.

Producció d'àcid concentrat a base d'àcid diluït

En aquest cas, s'assumeix que l'àcid es concentra mitjançant substàncies absorbents, com ara àcid sulfúric, fosfòric, diverses solucions de nitrats. Els passos principals en la producció d'àcid nítric concentrat a base d'àcid sulfúric diluït són els següents.

Primer, la matèria primera es divideix en 2 corrents: el primer s'introdueix a l'evaporador, el segon entra a la zona freda de la unitat industrial. L'àcid sulfúric s'introdueix a la regió de l'aparell per sobre del segon corrent d'àcid nítric diluït. Al seu torn, el vapor es subministra a la part inferior de la unitat, que escalfa la mescla utilitzada, com a resultat de la qual s'evapora l'àcid nítric. Els seus vapors pugen per l'aparell, després de la qual cosa es traslladen a la nevera. Allà, els vapors àcids es condensen fins que la seva concentració arriba al 98-99%.

Al mateix temps, alguns dels òxids de nitrogen presents durant aquesta etapa de producció són absorbits per l'àcid. S'han d'extreure del producte: la majoria de vegades s'utilitzen vapors d'àcid nítric per a aquesta finalitat, que s'envien al condensador. Els òxids de nitrogen extrets, així com els vapors àcids que no van formar condensats, s'envien a una altra zona de l'aparell, per a l'absorció, on es tracten amb aigua. Com a resultat, es forma àcid diluït, que es torna a alimentar a la condensació i el refredament. El producte acabat s'envia al magatzem o al client.

Característiques de la concentració amb àcid sulfúric

La principal tasca que caracteritza la producció d'àcid nítric a la indústria és la implantació de la seva concentració rendible i eficient. Hi ha diversos enfocaments per desenvolupar un esquema òptim per resoldre'l. Serà útil tenir en compte els que es troben entre els més comuns.

Hem assenyalat anteriorment que l'àcid sulfúric es pot utilitzar per concentrar la substància en qüestió. Hi ha una manera bastant comuna d'augmentar l'eficàcia del seu ús: un augment preliminar de la concentració d'àcid nítric mitjançant l'evaporació. De manera òptima, abans del tractament amb àcid sulfúric, la substància corresponent tindrà una concentració d'uns 59-60%. Cal tenir en compte que a la pràctica aquesta tecnologia per a la producció d'àcid nítric es caracteritza per un baix nivell de respecte al medi ambient. Per tant, com a alternativa a l'ús de l'àcid sulfúric, és habitual l'ús de nitrats. Estudiem les seves especificitats amb més detall.

Concentració amb nitrats

La majoria de les vegades, els nitrats de magnesi o zinc s'utilitzen per resoldre el problema en qüestió, que caracteritza la producció d'àcid nítric a partir de l'amoníac. En primer lloc, és significativament més respectuós amb el medi ambient que el mètodeque implica l'ús d'àcid sulfúric. A més, aquesta tecnologia garanteix la màxima qualitat d'àcid nítric com a producte final.

Al mateix temps, presenta una sèrie de deficiències, que predeterminan l'aparició de dificultats en la seva aplicació generalitzada. En primer lloc, aquest és un cost força elevat del procés de producció. A més, aquesta tecnologia en molts casos implica la producció de residus sòlids, el processament dels quals pot ser complicat.

Ús de catalitzadors en la producció d'àcid nítric

Serà útil considerar quines altres substàncies s'utilitzen juntament amb les principals matèries primeres per a l'elaboració del producte en qüestió en la producció industrial d'àcid nítric (la majoria de vegades es consideren catalitzadors com a tals). L'ús de les substàncies en qüestió es deu a la necessitat d'augmentar la rendibilitat de la producció d'àcid, augmentar la dinàmica de la seva producció en una unitat industrial.

El principal requisit per al catalitzador en la producció del producte en qüestió és la selectivitat d'acció. És a dir, ha d'afectar la reacció química principal sense afectar els processos secundaris. Molt sovint, els catalitzadors s'utilitzen per a la producció d'àcid, que contenen platí.

Més amunt, hem observat que quan s'allibera una substància poc concentrada a pressió elevada, s'utilitzen catalitzadors basats en platí i rodi. En alguns casos, també s'utilitzen aliatges amb addició de pal·ladi. Però el metall principal en ells ésplatí, el seu contingut no sol ser inferior al 81%. L'essència del catalitzador en aquest cas és estimular el pas ràpid de la reacció química principal. Per regla general, passa dins de la secció de difusió externa.

El procés depèn dels límits de difusió de l'oxigen en relació a la superfície del catalitzador. Aquesta característica provoca una major concentració d'amoníac, la principal matèria primera per a la producció d'àcid nítric, a la superfície d'un o de vegades el catalitzador, en comparació amb la concentració a l'aire. És possible augmentar la gravetat específica de diverses reaccions secundaries en les quals s'observa una oxidació incompleta i la formació de nitrogen o el seu òxid. En aquest sentit, l'oxigen a prop de la superfície ha d'estar en una quantitat suficient per desplaçar l'amoníac. En aquest cas, serà possible aconseguir una oxidació prou profunda.

Es pot assenyalar que, juntament amb els catalitzadors de platí, les substàncies combinades també participen en la producció d'àcid nítric. En particular, ferro-crom. Poden reduir significativament els costos econòmics que caracteritzen la producció de la substància en qüestió.

Per tant, hem considerat els mètodes de producció d'àcid nítric, identificats els seus principals tipus. Quantes etapes de producció d'àcid nítric s'han d'implementar depèn del seu tipus, així com de la tecnologia específica per alliberar la substància corresponent. Ara seria útil considerar quines dificultats caracteritzen la producció industrial d'aquest producte, demandat en molts àmbits de l'economia.

Problemes principals aproducció d'àcid nítric

Per tant, com ja sabem, la producció d'àcid nítric pel mètode de contacte, un dels més comuns a la indústria moderna, implica l'ús d'un catalitzador per accelerar l'oxidació de l'amoníac i augmentar el rendiment de el producte. El principal problema en la producció del producte considerat és el preu força elevat del catalitzador corresponent. Tanmateix, la seva selectivitat no sempre arriba al valor òptim. A més, una part important del platí que s'utilitza com a element principal per al catalitzador es pot perdre durant la producció. Com a resultat, de nou, la rendibilitat de la producció del producte disminueix.

Un altre problema que caracteritza la producció d'àcid nítric és el mediambiental. Més amunt, hem observat que l'àcid sulfúric es pot utilitzar amb la concentració de matèries primeres i, en passar pel cicle de producció corresponent, es formen substàncies nocives. Una alternativa en aquest cas pot ser l'ús de nitrats, però això, de nou, implica un augment dels costos econòmics. Tanmateix, el factor mediambiental per als fabricants moderns avui és tan important com el nivell de rendibilitat de la producció.