Теоретические основы производства азотной кислоты

1.

• Химическая технология неорганических
веществ
Модуль 4 Производство кислот
Лекция 4.2 Теоретические основы
производства азотной кислоты
15.2.14

2. Конверсия аммиака Реакции окисления аммиака

При окислении аммиака могут образовываться
как NO, так и N2O, N2:
4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O + 907 кДж (1)
4 NH3 + 4 O2 2 N2O + 6 H2O + 1104 кДж (2)
4 NH3 + 3 O2 2 N2 + 6 H2O + 1269 кДж (3)
В свою очередь образовавшийся оксид азота
(2) может также окислять аммиак до азота:
4 NH3 + 6 NO 5 N2 + 6 H2O (4)

3. Константы равновесий при 900 С

Согласно термодинамическим
расчётам все эти реакции могут
идти до конца. Состав
конечных продуктов при
окислении аммиака будет
определяться материалом
применяемого катализатора,
температурой процесса и
давлением газовой смеси.

4. Как работает катализатор

5.

6.

Платина, хотя и дорогой катализатор, но она
долго сохраняет высокую активность,
достаточно устойчива и механически прочна и
легко регенерируется. Кроме того, платина
легко разогревается до температуры зажигания
(начало реакции) и расход её на единицу
продукции незначителен.
Катализаторы из Pt и её сплавов не используют
на носителях (подложке), так как быстро
снижается
активность
и
затруднена
регенерация. Применяют катализаторы из
сетки. При этом создаётся большая поверхность
катализатора при малом расходе Pt. Площадь
сетки, не занятая проволокой, около 50 – 60 %
общей площади.

7.

8. Сплав № 5

• %: платина – 81, палладий – 15, родий – 3,5,
рутений – 0,5
• В совокупности: повышается т-ра плавления
сплава, увеличивается прочность,
повышается селективность (больше выход
NO)
• В среднем раз в 3 мес. – регенерация сеток
(промывка дист. водой и спиртом, прокалка
в пламени азото-водородной смеси)
15.2.14

9. Внешний вид Pt сетки

10. Влияние температуры

11. Соотношение объёмов кислорода и аммиака

• Для КОНВЕРСИИ теоретическое
соотношение объёмов кислорода и
аммиака равно 5 : 4 = 1,25
• Для СУММАРНОЙ РЕАКЦИИ получения АК
• 2 O2 + NH3 = HNO3 + H2O
• соотношение объёмов кислорода и
аммиака равно 2 : 1 = 2
15.2.14

12. Соотношение объёмов воздуха и аммиака

• А какое соотношение объёмов ВОЗДУХА и аммиака?
• объёмная доля кислорода в воздухе 0,21,
• следовательно, воздуха д.б. в 1 : 0,21 = 4,76 раз больше
по объёму.
• Для КОНВЕРСИИ теоретическое соотношение объёмов
ВОЗДУХА и аммиака равно 1,25 х 4,76 = 5,95
• Для СУММАРНОЙ РЕАКЦИИ получения АК
• соотношение объёмов ВОЗДУХА и аммиака равно 2 х
4,76 = 9,52
15.2.14

13. Объёмный процент аммиака в АВС по теории

• Каков же объёмный процент аммиака в
АВС?
• Для КОНВЕРСИИ объёмная доля аммиака
равна
• 1 / (1 + 5,95) = 0,144, или 14,4 %
• Для СУММАРНОЙ РЕАКЦИИ объёмная
доля аммиака равна
• 1 / (1 + 9,52) = 0,095, или 9,5 %
15.2.14

14. Влияние соотношения кислород - аммиак

15. Практическое содержание аммиака в АВС

• По Ильину, Кунину: в схеме УКЛ-7 от 9,5 до
10,6 % (880 – 910 град. С); в схеме АК-72 –
от 9,6 до 10,5 % (840 – 880 град. С)
• Избыток кислорода необходим для
постоянного покрытия Pt катализатора
кислородом
15.2.14

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

15.2.14

25.

15.2.14