حمض النيتريك هو من بين الأكثر طلباأنواع الخامات الصناعية. يمكن أن يتم إنتاجه بطرق مختلفة - اعتمادًا على نوع الحمض الذي سيتم توفيره للعميل. ما هو جوهر التقنيات المعنية؟ كيف ترتبط بنوع حامض النيتريك المنتج في المصنع؟
بادئ ذي بدء ، سيكون من المفيد دراسة التاريخحقائق حول كيفية تطور إنتاج حامض النيتريك في روسيا. في الصناعة المحلية ، بدأ إطلاق هذه المادة ، إذا اتبعنا المعلومات المتاحة ، تحت إشراف بيتر الأول.وبعد ذلك ، اقترح MV Lomonosov طريقة لإنتاج حمض النيتريك من النترات - اعتبرت هذه المادة في الواقع المادة الخام الرئيسية لـ إنتاج المادة المعنية حتى بداية القرن العشرين.
جنبا إلى جنب مع النترات ، فإن إنتاج حمض النيتريك فيتم استخدام حامض الكبريتيك. المادتان قيد الدراسة ، المتفاعلتان مع بعضهما البعض ، شكلت حامض النيتريك وأكسيد الصوديوم الكبريتي. كانت ميزة هذه الطريقة هي القدرة على الحصول على حامض النيتريك بتركيز حوالي 96-98٪ (مع مراعاة استخدام المواد الخام بالجودة المطلوبة).
التكنولوجيا المناسبة نشطة بدرجة كافيةمحسّن - لصالح زيادة سرعة معالجة المواد الخام وضمان إخراج حجم أكبر من المنتج. لكنها أفسحت المجال تدريجياً للمفهوم الذي بموجبه يتم إنتاج حمض النيتريك من خلال أكسدة الأمونيا الملامسة.
تم اختراع طريقة أيضًا وفقًا لها ، حيثتم استخدام أكسيد النيتريك كمادة خام رئيسية لإنتاج الحمض الذي يتم الحصول عليه عن طريق أكسدة القوس للغاز المقابل من الغلاف الجوي. هناك وجهة نظر منتشرة مفادها أن الطريقة الأولى أكثر قابلية للتطبيق من الناحية الاقتصادية.
كما التكنولوجيةنهج لإنتاج حامض النيتريك ، تم تشكيل نهج وفقًا له يكون الخيار الأمثل لإنتاج المادة ذات الصلة هو استخدام البنية التحتية الصناعية التي تعمل تحت ضغط متزايد. البديل هو إنتاج الحمض تحت الضغط الجوي ، والذي يعتبر أقل فعالية من حيث التكلفة من الناحية الاقتصادية.
إطلاق مادة طبيعية أو متزايدةيفترض الضغط إنتاج حمض النيتريك من الأمونيا. هناك أيضًا طريقة مدمجة تجمع بين مزايا الطريقتين الأخريين. تتمثل خصائص إنتاج حامض النيتريك بالطريقة المدمجة ، أولاً ، في أكسدة الأمونيا عند الضغط الجوي ، وتنفيذ امتصاصه - عند زيادة.
تعتبر الأمونيا الآن المادة الخام الرئيسية لإطلاق المادة المعنية ، إلى جانب الماء والهواء الجوي. دعونا ندرس تفاصيل استخدامها في إنتاج الحمض بمزيد من التفصيل.
لذلك ، فإن المواد الخام الرئيسية المستخدمة في إنتاج المادة المعنية هي الأمونيا والهواء وكذلك الماء.
هذا يتطلب استخدام الأمونيا في تنقيتهاشكل. للقيام بذلك ، يتم تنقيته في دورات إنتاج مختلفة باستخدام معدات التبخير والتقطير الخاصة. وبالمثل ، يجب استخدام الهواء النظيف عند تفريغ حامض النيتريك. يتم تصفيته أيضًا باستخدام معدات خاصة. بدوره ، يتم تنقية المياه المستخدمة في إطلاق حمض النيتريك من الشوائب والأملاح. في كثير من الحالات ، يجب استخدام المكثفات النقية للحصول على المادة المعنية.
سوف ندرس الأصناف التي يمكن فيها تقديم المادة المعنية ، وكذلك كيفية إنتاج كل نوع من أنواع حمض النيتريك.
هناك نوعان من حامض النيتريك ،ينتج في المنشآت الصناعية الحديثة - مخفف ومركّز. يتم إنتاج حمض النيتريك المخفف في 3 مراحل رئيسية:
في المؤسسات الصناعية الحديثة ، ينتشر إنتاج حامض النيتريك المخفف على نطاق واسع ضمن ما يسمى مخطط AK-72. لكن هناك بالطبع تقنيات أخرى لإطلاق هذه المادة.
بدوره ، يتركز إنتاجيمكن إجراء حمض النيتريك عن طريق زيادة مستوى المادة المقابلة في شكل مخفف أو عن طريق التوليف المباشر. الطريقة الأولى ، كقاعدة عامة ، تجعل من الممكن الحصول على محلول حمضي بتركيز حوالي 68٪ ، وهو ما قد يكون غير كافٍ لاستخدام المادة المعنية في عدد من المجالات. لذلك ، فإن طريقة التوليف المباشر منتشرة أيضًا ، مما يجعل من الممكن الحصول على مادة بتركيز يصل إلى 97-98٪.
دعنا نلقي نظرة فاحصة على كيفية القيام بذلكإنتاج حمض النيتريك بشكل أو بآخر. لاحظنا أعلاه أنه يمكن تنفيذ إطلاق مادة مخففة وفقًا لمخطط AK-72. دعنا ندرس تفاصيلها أولاً.
يتضمن المخطط قيد الدراسة ، والذي يتم من خلاله إنتاج حمض النيتريك ، استخدام دورة مغلقة ، مصحوبة بما يلي:
المنتج النهائي لنظام AK-72 هو حمض النيتريك بتركيز حوالي 60٪. يتم إنتاج حمض النيتريك في إطار التكنولوجيا قيد الدراسة في إطار مراحل مثل:
يتم إرسال الحمض النهائي إلى منشأة التخزين أو إلى العميل.
جنبا إلى جنب مع التكنولوجيا قيد النظر ، والتي وفقا لهايتم تنفيذ إنتاج حمض النيتريك - AK-72 ؛ يتم تطبيق مفهوم شائع آخر لإطلاق المادة المقابلة ، والذي يتضمن ضمان عمل البنية التحتية الصناعية تحت ضغط حوالي 0.7 ميجا باسكال. دعونا نفكر في ميزاته.
من خلال التكنولوجيا المعنية ،يتم إنتاج حمض النيتريك غير المركز كبديل لمفهوم AK-72. يتضمن تنفيذ المراحل التالية من إطلاق المادة المعنية.
بادئ ذي بدء ، كما في التكنولوجيا السابقة ،يتم تنظيف الهواء الجوي. لهذا ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام مرشح من مرحلتين. علاوة على ذلك ، يتم ضغط الهواء الذي تم تنظيفه بواسطة ضاغط هواء - إلى حوالي 0.35 ميجا باسكال. في هذه الحالة ، يسخن الهواء - إلى درجة حرارة حوالي 175 درجة ، ويجب تبريده. بعد حل هذه المشكلة ، يتم توجيهها إلى منطقة الضغط الإضافي ، حيث يزداد ضغطها إلى حوالي 0.716 ميجا باسكال. يتم تسخين تيار الهواء المتشكل بدوره إلى درجة حرارة عالية - حوالي 270 درجة عن طريق التعرض لغازات النيتريك. ثم يتم خلطها مع الأمونيا في منطقة خاصة بالوحدة الصناعية. تشارك المادة المقابلة في إطلاق الحمض ، في البداية في حالة غازية ، والتي تتشكل بسبب تبخر السائل. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تنقية الأمونيا. بعد التحضير ، يتم تسخين الغاز وتزويده بالهواء في نفس الوقت. يتم ترشيح هذا الخليط أيضًا ، وبعد التنقية ، يتم تغذيته لتحويل الأمونيا. يتم تنفيذ الإجراء المقابل باستخدام شباك مصنوعة من سبائك البلاتين والروديوم عند درجة حرارة عالية جدًا - حوالي 900 درجة. معدل التحويل حوالي 96٪.
ضعف إنتاج حمض النيتريكتتضمن التكنولوجيا قيد الدراسة تكوين غازات النيتروز. يتم نقلهم إلى منطقة خاصة من الوحدة الصناعية ، حيث يتم تبريدهم. نتيجة لذلك ، يتبخر الماء المنقى ويظهر بخار عالي الضغط. يتم نقل غازات النيتروز التي تمر عبر المنطقة المناسبة للوحدة الصناعية إلى المؤكسد. وتجدر الإشارة إلى أن تأكسدها يحدث جزئيًا بالفعل في المرحلة السابقة من إنتاج الحمض. ولكن في عامل مؤكسد ، يصبح أكثر كثافة. في هذه الحالة ، يتم تسخين غازات النيتروز إلى درجة حرارة حوالي 335 درجة. بعد ذلك ، يتم تبريدها في مبادل حراري خاص ، ثم إرسالها إلى المكثف.
بعد ذلك يتشكل حامض النيتريك بشكل ضعيفتركيز. من الضروري فصل غازات النيتروز المتبقية منه - يتم استخدام فاصل لهذا الغرض. من هناك ، يتم تغذية حمض النيتريك إلى منطقة الامتصاص للوحدة الصناعية. يتدفق الحمض بعد ذلك إلى مناطق الجهاز أدناه. في الوقت نفسه ، يتفاعل مع أكاسيد النيتروجين ، مما يؤدي إلى زيادة تركيزه. عند الإخراج ، يكون حوالي 55-58٪. عادة ما تحتوي على أكاسيد مذابة يجب إزالتها: لذلك ، يتم إرسال المادة إلى منطقة النفخ بالوحدة. بمساعدة الهواء الساخن ، تتم إزالة الأكاسيد من الحمض. يتم وضع المنتج النهائي في المستودع أو شحنه إلى العميل.
بعد النظر في كيفية تنفيذ الإنتاجحمض النيتريك المخفف ، سوف ندرس تفاصيل إطلاق المادة المركزة. من بين التقنيات الأكثر جدوى من الناحية الاقتصادية المستخدمة في المؤسسات ذات المظهر الجانبي المقابل ، إنتاج الحمض عن طريق التوليف المباشر من المواد الخام في شكل أكاسيد النيتروجين.
جوهر هذه الطريقة هو التحفيزتفاعل كيميائي بين المادة المحددة والماء والأكسجين تحت ضغط حوالي 5 ميجا باسكال. إن التقنية التي يتم من خلالها إنتاج حمض النيتريك المركز على أساس حمض مخفف لها فارق بسيط: ضمان انتقال ثاني أكسيد النيتروجين إلى شكل سائل ممكن عند ضغط ودرجة حرارة قريبة من الغلاف الجوي. ومع ذلك ، في بعض التفاعلات ، يكون تركيز المادة المقابلة غير كافٍ لتحويلها إلى حالة سائلة عند الضغط العادي ، ويجب زيادتها.
في هذه الحالة ، يفترض التركيزالأحماض عن طريق مواد ماصة مثل حامض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك ومحاليل نترات مختلفة. المراحل الرئيسية في إنتاج حامض النيتريك المركز على أساس حمض الكبريتيك المخفف هي كما يلي.
أولاً ، تنقسم المادة الخام إلى تيارين:يتم إدخال الأول في المبخر ، والثاني يدخل المنطقة الباردة للوحدة الصناعية. يتم تغذية حامض الكبريتيك إلى منطقة الجهاز الموجودة في أعلى تيار حمض النيتريك المخفف الثاني. في المقابل ، يتم توفير البخار للجزء السفلي من الوحدة ، والذي يقوم بتسخين الخليط المستخدم ، ونتيجة لذلك يتبخر حمض النيتريك منه. يرتفع أبخرتها في الجهاز ، وبعد ذلك يتم إخراجها إلى الثلاجة. وهناك تتكثف أبخرة الحمض حتى يصل تركيزها إلى 98-99٪.
علاوة على ذلك ، بعض الحاضرين في الإطارفي هذه المرحلة من إنتاج أكاسيد النيتروجين ، يمتصه الحمض. يجب إزالتها من المنتج: في أغلب الأحيان ، يتم استخدام أبخرة حمض النيتريك لهذا الغرض ، والتي يتم إرسالها إلى المكثف. يتم إرسال أكاسيد النيتروجين المستخرجة ، وكذلك الأبخرة الحمضية التي لا تشكل مكثفات ، إلى منطقة أخرى من الجهاز - للامتصاص ، حيث يتم معالجتها بالماء. نتيجة لذلك ، يتم تكوين حمض مخفف ، والذي يتم تغذيته مرة أخرى للتكثيف والتبريد. يتم إرسال المنتج النهائي إلى المستودع أو إلى العميل.
المهمة الرئيسية التي تميزإنتاج حامض النيتريك الصناعي - تنفيذ تركيز فعال من حيث التكلفة وحمض النيتريك. هناك عدة طرق لتطوير مخطط أمثل لحلها. سيكون من المفيد النظر في تلك الأكثر شيوعًا.
لاحظنا أعلاه للتركيزالمادة المعنية ، يمكن استخدام حامض الكبريتيك. هناك طريقة شائعة إلى حد ما لزيادة كفاءة استخدامه - زيادة أولية في تركيز حمض النيتريك عن طريق التبخر. على النحو الأمثل ، قبل المعالجة بحمض الكبريتيك ، سيكون تركيز المادة المقابلة حوالي 59-60٪. وتجدر الإشارة إلى أنه من الناحية العملية ، تتميز تقنية إنتاج حمض النيتريك هذه بمستوى منخفض من الملاءمة البيئية. لذلك ، فإن استخدام النترات واسع الانتشار كبديل لاستخدام حامض الكبريتيك. دعنا ندرس تفاصيلها بمزيد من التفصيل.
في أغلب الأحيان ، لحل المشكلة قيد النظر ،يتم استخدام خصائص إنتاج حمض النيتريك من الأمونيا والمغنيسيوم أو نترات الزنك. بادئ ذي بدء ، إنها صديقة للبيئة أكثر بكثير من الطريقة التي تنطوي على استخدام حامض الكبريتيك. بالإضافة إلى ذلك ، تضمن هذه التقنية أعلى جودة لحمض النيتريك كمنتج نهائي.
في الوقت نفسه ، لديها عدد من العيوب ، والتيتحديد ظهور الصعوبات في استخدامه على نطاق واسع. بادئ ذي بدء ، إنها تكلفة عالية إلى حد ما لعملية الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك ، تتضمن هذه التقنية في كثير من الحالات ظهور النفايات الصلبة ، والتي يمكن أن تكون معالجتها معقدة.
سيكون من المفيد النظر في المواد الأخرىيتم استخدامها جنبًا إلى جنب مع المواد الخام الرئيسية لإطلاق المنتج المعني في الإنتاج الصناعي (غالبًا ما تعتبر المحفزات على هذا النحو) إنتاج حمض النيتريك. يرجع استخدام المواد المعنية إلى الحاجة إلى زيادة ربحية إنتاج الحمض ، لزيادة ديناميكيات إنتاجه في الوحدة الصناعية.
الشرط الرئيسي للمحفز متىإنتاج المنتج المعني - انتقائية العمل. أي أنه يجب أن يعمل على التفاعل الكيميائي الرئيسي دون التأثير على العمليات الجانبية. في أغلب الأحيان ، تشارك المحفزات التي تحتوي على البلاتين في إنتاج الحمض.
أعلاه ، لاحظنا ذلك عند إطلاق سراحمن مادة مركزة تركيزًا ضعيفًا عند ضغط مرتفع ، يتم تضمين المحفزات القائمة على البلاتين والروديوم. في بعض الحالات ، يتم استخدام السبائك المشبعة بالبلاديوم أيضًا. لكن المعدن الرئيسي فيها هو البلاتين ، ومحتواه عادة ما لا يقل عن 81 ٪. يتمثل جوهر المحفز في هذه الحالة في تحفيز المرور السريع للتفاعل الكيميائي الرئيسي. كقاعدة عامة ، يتم ذلك داخل قسم الانتشار الخارجي.
في هذه الحالة ، تعتمد العملية على حدود الانتشارالأكسجين نسبة إلى سطح المحفز. تتسبب هذه الميزة في زيادة تركيز الأمونيا ، وهي المادة الخام الرئيسية لإطلاق حمض النيتريك ، على سطح عامل حفاز ، إذا قارنا المؤشر المقابل بالتركيز في الهواء. من الممكن حدوث زيادة في الثقل النوعي للتفاعلات الجانبية المختلفة ، حيث يتم ملاحظة الأكسدة غير الكاملة وتكوين النيتروجين أو أكسيده. في هذا الصدد ، يجب أن يكون الأكسجين الموجود على السطح بكمية كافية لتحل محل الأمونيا. في هذه الحالة ، سيكون من الممكن تحقيق أكسدة عميقة بدرجة كافية.
وتجدر الإشارة إلى أنه مع البلاتينالمحفزات ، وتشارك المواد المركبة أيضًا في إنتاج حمض النيتريك. على وجه الخصوص ، حديد الكروم. يمكن أن تقلل بشكل كبير من التكاليف الاقتصادية التي تميز إطلاق المادة قيد الدراسة.
لذلك ، قمنا بفحص طرق إنتاج النيتروجينالأحماض ، وتحديد أنواعها الرئيسية. يعتمد عدد مراحل إنتاج حمض النيتريك التي يجب تنفيذها على نوعه ، بالإضافة إلى التكنولوجيا المحددة لإنتاج المادة المقابلة. سيكون من المفيد الآن النظر في الصعوبات التي تميز الإنتاج الصناعي لهذا المنتج ، وهو أمر مطلوب في العديد من مجالات الاقتصاد.
لذلك ، كما نعلم بالفعل ، إنتاج النيتروجينطريقة التلامس الحمضي - واحدة من أكثر الطرق شيوعًا في الصناعة الحديثة ، تتضمن استخدام محفز من أجل تسريع أكسدة الأمونيا وزيادة إنتاجية المنتج. المشكلة الرئيسية في إطلاق المنتج قيد الدراسة هي السعر المرتفع إلى حد ما للمحفز المقابل. علاوة على ذلك ، لا تصل انتقائيتها دائمًا إلى القيمة المثلى. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن فقد جزء كبير من البلاتين المستخدم كعنصر رئيسي للمحفز أثناء الإنتاج. نتيجة لذلك ، مرة أخرى ، يتم تقليل الكفاءة الاقتصادية لإطلاق المنتج.
مشكلة أخرى تميز الإنتاجحمض النيتريك - بيئي. أعلاه ، لاحظنا أنه عندما تتركز المادة الخام ، يمكن استخدام حامض الكبريتيك ، وبعد مرور دورة الإنتاج المقابلة ، تتشكل المواد الضارة. قد يكون البديل في هذه الحالة هو استخدام النترات - ولكن هذا ، مرة أخرى ، يعني زيادة في التكاليف الاقتصادية. ومع ذلك ، فإن العامل البيئي للمصنعين الحديثين اليوم لا يقل أهمية عن مستوى ربحية الإنتاج.
