Азотна кислота

Рис.3. Схема установки для концентрування HNO3:

1-випарник;2-ректифікаційна колона;3-холодильник;

4-холодильник HNO3; 5-абсорбційна колона;6-вентилятор.

Відпрацьовану H2SO4 , з вмістом H2SO4 до 65% направляють на концентрування.

Концентрування HNO3, дистиляцією її у суміші з концентрованою H2SO4 , -громіздкий і дорогий процес. Кращим методом добування концентрованої HNO3 Є прямий її синтез, який має значні технічні й економічні переваги перед перегонкою суміші HNO3 і H2SO4. Він здійснюється в спеціальних автоклавах під тиском до 50 • 106 Па внаслідок взаємодії рідкого димеру NO2, з водою (розбавленою HNO3 при наявності газоподібного О2 і температурі 70-800 С за рівнян¬ням (2N2O4 +2H2O +O2 = 4HNO3 +59,5 кДж ).

Для зміщення рівноваги реакції в бік утворення концентрованої HNO3 треба підвищити тиск і взяти надлишок NO2.

При прямому синтезі концентрованої HNO3 використовують рідкий димер NO2. Для добування його з нітрозних газів треба скон¬денсувати водяну пару, яка є в газовій суміші, окислити NO до NO2 і виділити його з газової суміші у рідкому стані.

Як видно з рівняння (2N2O4 +2H2O +O2 = 4HNO3 +59,5 кДж ), для утворення 98%-ної HNO3 на 1 г-моль NO2. потрібно 0,5 г-моль Н2 О. З рівняння (4HN3 + 5O2=4NO +6 H2O +907,3 кДж.) видно, що на 1 г-моль NO припадає 1,5 г-моль Н2О. Для сконденсування більшої частини Н2О і відділення її від NO нітрозні гази треба дуже швидко охолоджувати. Для цього застосовують швидкісні холодильники з дуже розвиненою поверхнею, в яких при атмосферному тиску час охолодження нітрозних газів становить близько 0,1-0,2 с.

Для швидкого окислення NO застосовують HNO3

NO +2HNO3 =3N02 + H2O.

Щоб виділити NO2 з газової суміші, газ охолоджують у розсольному холодильнику до -10 0С. Таким способом можна сконденсувати значну частину оксидів азоту і розчиненням їх в концентрованій HNO3 вилучити з газової суміші. Утворений розчин називається нітроолеумом.

Схему прямого синтезу концентрованої HNO3 наведено на рис.4.

На установку надходять нітрозні гази, що утворилися внаслідок окислення NН3 під атмосферним тиском. Після охолодження в тепло¬обміннику і котлі-утилізаторі нітрозні гази проходять через швидкісні холодильники 1 і 2. Конденсат з першого холодильника містить близько 2-3% HNO3. Конденсат з другого холодильника, в якому міститься до 30% HNO3 , подають у змішувач 11 і застосовують для добування концентрованої HNО3.

Окислення NO до NO2 відбувається вокислювальній башті 3 киснем, який є в газовій суміші, а решта NO доокислюється в башті 5 концент¬рованою HNO3; 75%-ний розчин HNO3, що тут утворюється, надхо¬дить у змішувач 11. Далі NO2 вилучається з газової суміші, розчиняю¬чись у концентрованій HNO3, в поглинальній башті 7. Для збільшення ступеня вилучення NO2 нітрозні гази і кислоту охолоджують при¬близно до-100 С. В газах, що виходять з поглинальної башти,лишаеться ще багато оксидів азоту, тому їх промивають водою в іншій башті.

Розчин NO2 в HNO3 надходить у вибілювальну колону 8, де від нагрівання глухою водяною парою NО2 виділяється з розчину і вихо¬дить через верхню частину колони в розсільний холодильник-конденсатор 10, а звідти в змішувач 11.В колону 8 надходить і автоклавна HNO3, в якій розчинений NО2. ПродукціЙна HNO3, що звільнилася від оксидів азоту в вибілювальній колоні, надходить через розсіль¬ний холодильник на склад готової продукції і на зрошення доокислювальної 5 та поглинальної 7 башт. Діоксид азоту конденсується в роз¬сільному холодильнику-конденсаторі 10 і збігає в змішувач 11, де розчиняється в НNО3. Суміш подається в автоклав 12, куди надходить і О2.

Автоклав-це товстостінний вертикальний стальний циліндр об'ємом 8-12 м3, футерований всередині листовим алюмінієм для збереження від дії HNO3.Перспективи розвитку азотнокислотного виробництва пов'язані з раціональним розв'язанням питань збільшення потужності агрегатів, повнішим використанням тепла реакцій, скороченням викидання оксидів азоту в атмосферу, значним зниженням відносних капітало¬вкладень і собівартості HNO3.