O ácido nítrico está entre os mais exigidostipos de matérias-primas industriais. Sua produção pode ser realizada por diferentes métodos - dependendo do tipo de ácido a ser fornecido ao cliente. Qual é a essência das respectivas tecnologias? Como eles se relacionam com o tipo de ácido nítrico produzido na fábrica?
Em primeiro lugar, será útil estudar o históricofatos sobre como a produção de ácido nítrico se desenvolveu na Rússia. Na indústria nacional, a liberação dessa substância, se seguirmos as informações disponíveis, foi iniciada no governo de Pedro I. Posteriormente, MV Lomonosov propôs um método para a produção de ácido nítrico a partir de nitrato - essa substância era na verdade considerada a principal matéria-prima da a produção da substância em questão até o início do século XX.
Junto com nitrato, a produção de ácido nítrico emindústria foi realizada com ácido sulfúrico. As duas substâncias em consideração, interagindo entre si, formaram ácido nítrico e óxido de sódio sulfúrico. A vantagem desse método era a capacidade de obter ácido nítrico em uma concentração de cerca de 96-98% (sujeito ao uso de matéria-prima com a qualidade exigida).
A tecnologia apropriada é ativa o suficientemelhorada - a favor de aumentar a velocidade de processamento das matérias-primas e garantir a saída de um maior volume de produto. Mas aos poucos foi dando lugar ao conceito de que a produção de ácido nítrico era realizada por meio da oxidação de contato da amônia.
Um método também foi inventado de acordo com o qual, comoO óxido nítrico foi utilizado como principal matéria-prima para a produção do ácido, obtido pela oxidação do arco do gás correspondente da atmosfera. Existe um ponto de vista difundido segundo o qual o primeiro método é mais viável economicamente.
Como tecnológicoabordagens para a produção de ácido nítrico, foi formada uma abordagem segundo a qual a opção mais ótima para a produção da substância em questão é a utilização de infra-estrutura industrial operando sob pressão aumentada. Uma alternativa é a produção de ácido à pressão atmosférica, considerada de menor custo-benefício do ponto de vista econômico.
Liberação de uma substância com normal ou aumentadaa pressão pressupõe a produção de ácido nítrico a partir da amônia. Também existe um método combinado que combina as vantagens dos outros dois. As peculiaridades da produção de ácido nítrico pelo método combinado estão, em primeiro lugar, na oxidação da amônia à pressão atmosférica, e na implementação de sua absorção - a uma elevada.
A amônia passou a ser considerada a principal matéria-prima para o lançamento da substância em questão, junto com a água e o ar atmosférico. Vamos estudar as especificidades de seu uso na produção de ácido com mais detalhes.
Assim, as principais matérias-primas utilizadas na produção da substância em questão são a amônia, o ar e também a água.
Isso requer o uso de amônia purificadaFormato. Para fazer isso, ele é purificado em vários ciclos de produção usando equipamento especial de evaporação e destilação. Da mesma forma, ar limpo deve ser usado ao descarregar o ácido nítrico. Também é filtrado por meio de equipamentos especiais. Por sua vez, a água utilizada para a liberação do ácido nítrico é purificada de impurezas e sais. Em muitos casos, condensado puro deve ser usado para obter a substância em questão.
Estudaremos as variedades em que a substância em questão pode ser apresentada, bem como a forma como cada tipo de ácido nítrico é produzido.
Existem 2 tipos de ácido nítrico,produzido em modernas plantas industriais - diluído e concentrado. A produção de ácido nítrico diluído é realizada em 3 etapas principais:
Nas empresas industriais modernas, a produção de ácido nítrico diluído é amplamente difundida no chamado esquema AK-72. Mas existem, é claro, outras tecnologias para a liberação dessa substância.
Por sua vez, a produção de concentradoO ácido nítrico pode ser realizado aumentando o nível da substância correspondente na forma diluída ou por síntese direta. O primeiro método permite, via de regra, obter uma solução ácida numa concentração de cerca de 68%, o que pode não ser suficiente para a utilização da substância em causa em vários domínios. Portanto, o método de síntese direta também é difundido, o que possibilita a obtenção de uma substância em uma concentração da ordem de 97-98%.
Vamos dar uma olhada em comoprodução de ácido nítrico de uma forma ou de outra. Acima, notamos que a liberação de uma substância diluída pode ser realizada de acordo com o esquema AK-72. Vamos estudar seus detalhes primeiro.
O esquema proposto, através do qual é realizada a produção de ácido nítrico, envolve a utilização de um ciclo fechado, acompanhado de:
O produto final do esquema AK-72 é o ácido nítrico em uma concentração de cerca de 60%. A produção de ácido nítrico no âmbito da tecnologia em consideração é realizada no âmbito de etapas como:
O ácido acabado é enviado para a instalação de armazenamento ou para o cliente.
Junto com a tecnologia em consideração, segundo a qualestá em curso a produção de ácido nítrico - AK-72, aplica-se outro conceito popular para a libertação da substância correspondente, que consiste em garantir o funcionamento da infra-estrutura industrial a uma pressão de cerca de 0,7 MPa. Vamos considerar seus recursos.
Por meio da tecnologia em questão,o ácido nítrico não concentrado está sendo produzido como uma alternativa ao conceito AK-72. Envolve a implementação das seguintes etapas da liberação da substância em questão.
Em primeiro lugar, como na tecnologia anterior,o ar atmosférico é limpo. Para isso, via de regra, é utilizado um filtro de dois estágios. Além disso, o ar que foi limpo é comprimido por meio de um compressor de ar - a aproximadamente 0,35 MPa. Neste caso, o ar aquece - a uma temperatura de cerca de 175 graus, e deve ser resfriado. Depois de resolvido esse problema, ele é direcionado para a área de compressão adicional, na qual sua pressão aumenta para cerca de 0,716 MPa. A corrente de ar em formação, por sua vez, é aquecida a uma temperatura elevada - cerca de 270 graus pela exposição a gases nítricos. Em seguida, é misturado à amônia em área especial da unidade industrial. A substância correspondente está envolvida na liberação do ácido, inicialmente no estado gasoso, que se forma com a evaporação do líquido. Além disso, a amônia deve ser purificada. Após a preparação, o gás é aquecido e fornecido ao misturador simultaneamente com o ar. Essa mistura também é filtrada e, após purificação, é enviada para a conversão de amônia. O procedimento correspondente é realizado com redes feitas de liga de platina e ródio a uma temperatura muito alta - cerca de 900 graus. A taxa de conversão é de cerca de 96%.
Fraca produção de ácido nítrico pora tecnologia em consideração pressupõe a formação de gases nitrosos. São conduzidos a uma área especial da unidade industrial, onde são resfriados. Devido a isso, a água purificada evapora e surge o vapor de alta pressão. Os gases nitrosos que passam pela área apropriada da unidade industrial são transferidos para o oxidante. Deve-se notar que sua oxidação ocorre parcialmente já na fase anterior de produção do ácido. Mas em um agente oxidante, torna-se ainda mais intenso. Neste caso, os gases nitrosos são aquecidos a uma temperatura de cerca de 335 graus. Posteriormente, são resfriados em um trocador de calor especial e, em seguida, enviados ao condensador.
Depois disso, o ácido nítrico é formado em um fracoconcentração. É necessário separar os gases nitrosos restantes - um separador é usado para isso. A partir daí, o ácido nítrico segue para a área de absorção de uma unidade industrial. O ácido flui subsequentemente para as áreas do aparelho abaixo. Ao mesmo tempo, ele interage com os óxidos de nitrogênio, o que aumenta sua concentração. Na saída, é cerca de 55-58%. Geralmente contém óxidos dissolvidos que devem ser removidos: para isso, a substância é enviada para a área de descarga da unidade. Com a ajuda de ar aquecido, os óxidos são removidos do ácido. O produto acabado é colocado no depósito ou enviado ao cliente.
Tendo considerado como a produção é realizadaácido nítrico diluído, estudaremos as especificidades da liberação de uma substância concentrada. Entre as tecnologias economicamente mais viáveis utilizadas nas empresas do perfil correspondente está a produção de ácido por síntese direta a partir de matérias-primas na forma de óxidos de nitrogênio.
A essência deste método é estimularreação química entre a substância especificada, água e oxigênio sob uma pressão de cerca de 5 MPa. A tecnologia pela qual a produção de ácido nítrico concentrado a partir de um diluído é realizada tem uma nuance: garantir a transição do dióxido de nitrogênio para a forma líquida é possível a uma pressão e temperatura próximas às atmosféricas. No entanto, em algumas reações, a concentração da substância correspondente é insuficiente para convertê-la em um estado líquido à pressão normal e deve ser aumentada.
Neste caso, presume-se que oácidos por meio de substâncias absorventes, como ácido sulfúrico, ácido fosfórico, várias soluções de nitrato. As principais etapas da produção de ácido nítrico concentrado à base de ácido sulfúrico diluído são as seguintes.
Primeiro, a matéria-prima é dividida em 2 fluxos:o primeiro é alimentado no evaporador, o segundo entra na área fria da unidade industrial. O ácido sulfúrico é alimentado à área do aparelho localizada a montante da segunda corrente de ácido nítrico diluída. Por sua vez, o vapor é fornecido para a parte inferior da unidade, que aquece a mistura utilizada, fazendo com que o ácido nítrico se evapore. Seus vapores sobem pelo aparelho, após o que são levados para a geladeira. Lá, os vapores ácidos se condensam até a concentração atingir 98-99%.
Além disso, alguns dos presentes dentro da estruturaNesta fase da produção de óxidos de nitrogênio, ele é absorvido pelo ácido. Devem ser retirados do produto: na maioria das vezes, para isso, são utilizados vapores de ácido nítrico, que são enviados ao condensador. Os óxidos de nitrogênio extraídos, assim como os vapores ácidos que não se condensaram, são enviados para outra área do aparelho - para absorção, onde são tratados com água. Como resultado, o ácido diluído é formado, que é novamente alimentado para condensação e resfriamento. O produto acabado é enviado para o depósito ou para o cliente.
A principal tarefa que caracterizaprodução industrial de ácido nítrico - a implementação de concentração econômica e eficiente de ácido nítrico. Existem várias abordagens para desenvolver um esquema ideal para sua solução. Será útil considerar aqueles que estão entre os mais comuns.
Notamos acima que para concentraçãoa substância em questão, o ácido sulfúrico pode ser usado. Existe uma maneira bastante comum de aumentar a eficiência de seu uso - um aumento preliminar na concentração de ácido nítrico por evaporação. Idealmente, antes do tratamento com ácido sulfúrico, a substância correspondente terá uma concentração de cerca de 59-60%. Deve-se notar que, na prática, esta tecnologia de produção de ácido nítrico é caracterizada por um baixo nível de compatibilidade ambiental. Portanto, o uso de nitratos é amplamente difundido como alternativa ao uso do ácido sulfúrico. Vamos estudar suas especificidades com mais detalhes.
Na maioria das vezes, para resolver o problema em consideração,caracterizando a produção de ácido nítrico a partir de amônia, são utilizados nitratos de magnésio ou zinco. Em primeiro lugar, é significativamente mais ecológico do que o método que envolve o uso de ácido sulfúrico. Além disso, esta tecnologia garante a mais alta qualidade de ácido nítrico como produto final.
Ao mesmo tempo, tem uma série de desvantagens, quepredeterminar o surgimento de dificuldades em seu uso generalizado. Em primeiro lugar, este é um custo bastante elevado do processo de produção. Além disso, essa tecnologia em muitos casos envolve o aparecimento de resíduos sólidos, cujo processamento pode ser complicado.
Será útil considerar quais outras substânciassão utilizados juntamente com a principal matéria-prima para o lançamento do produto em questão na produção industrial (na maioria das vezes os catalisadores são considerados como tal) de produção de ácido nítrico. A utilização das substâncias em questão deve-se à necessidade de aumentar a rentabilidade da produção do ácido, para aumentar a dinâmica da sua produção numa unidade industrial.
O principal requisito para o catalisador quandoprodução do produto em questão - seletividade de ação. Ou seja, deve atuar na principal reação química sem afetar os processos colaterais. Na maioria das vezes, os catalisadores que contêm platina estão envolvidos na produção de ácido.
Acima, notamos que ao lançarde uma substância fracamente concentrada a pressão elevada, catalisadores à base de platina e ródio estão envolvidos. Em alguns casos, ligas dopadas com paládio também são usadas. Mas o principal metal neles é a platina, seu conteúdo geralmente é de pelo menos 81%. A essência do catalisador, neste caso, é estimular a passagem rápida da reação química principal. Via de regra, ocorre dentro da seção de difusão externa.
Neste caso, o processo depende dos limites de difusãooxigênio em relação à superfície do catalisador. Essa característica provoca uma maior concentração de amônia, principal matéria-prima para a liberação de ácido nítrico, na superfície de um catalisador, se compararmos o indicador correspondente com a concentração no ar. É possível um aumento da gravidade específica de várias reações colaterais, nas quais se observa a oxidação incompleta e a formação de nitrogênio ou seu óxido. Nesse sentido, o oxigênio na superfície deve ser em quantidade suficiente para deslocar a amônia. Neste caso, será possível conseguir uma oxidação suficientemente profunda.
Pode-se notar que, junto com a platinacatalisadores, substâncias combinadas também estão envolvidas na produção de ácido nítrico. Em particular, ferro-cromo. Eles podem reduzir significativamente os custos econômicos que caracterizam a liberação da substância em questão.
Então, examinamos os métodos para a produção de nitrogênioácidos, identificados seus principais tipos. A quantidade de etapas a serem implementadas na produção de ácido nítrico depende do seu tipo, bem como da tecnologia de produção específica da substância correspondente. Será útil agora considerar quais são as dificuldades que caracterizam a produção industrial desse produto, muito procurado em diversos setores da economia.
Então, como já sabemos, a produção de nitrogêniométodo de contato com ácido - um dos mais comuns na indústria moderna, envolve o uso de um catalisador para acelerar a oxidação da amônia e aumentar o rendimento do produto. O principal problema no lançamento do produto em consideração é o preço bastante alto do catalisador correspondente. Além disso, sua seletividade nem sempre atinge o valor ideal. Além disso, uma porção significativa da platina que é usada como elemento principal para o catalisador pode ser perdida durante a produção. Como resultado, novamente, a eficiência econômica do lançamento do produto é reduzida.
Outro problema que caracteriza a produçãoácido nítrico - ecológico. Acima, notamos que quando a matéria-prima é concentrada pode-se utilizar ácido sulfúrico e, após a passagem do ciclo de produção correspondente, formam-se substâncias nocivas. Uma alternativa neste caso pode ser o uso de nitratos - mas isso, novamente, implica um aumento nos custos econômicos. No entanto, o fator ambiental para os fabricantes modernos hoje é tão significativo quanto o nível de lucratividade da produção.
