Конструкция контактного аппарата

Апп. состоит из 2х частей: коническая – состоит из усеченного конуса, и нижняя – цилиндрической формы. М/у этими частями на колосниковой решетке располагается пакет каt сеток 9, кот. опираются на колосники 10. Под решеткой расположен слой керамических колец Рашига 1. Этот слой обеспечивает стабильный темпер. режим на сетках каt9 и необходим для улавливания частиц каt. Темп.режим контролир. с помощью термопар 2, которые располагаются по окружности аппарата под углом 90⁰. АВС поступает в конт. апп. сбоку, огибает внутренний конус, проходит распределит. слой колец Рашига 1, расположенный на решётке, и поступает на катализатор СПЛАВ-1 9. Верхний штуцер перекрыт предохранит. взрывной пластиной 5, кот. разрывается в случае увеличения Р внутри контактного апп-та. Для визуального наблюдения за накалом сеток имеются смотровые стёкла 3.

Подача АВС осущ-ся через боковой штуцер. Г.смесь проходит по зазору между наружным и внутренним конусами и напр-ся сверху вниз на каt сетки. В верхней части аппарата имеется штуцер, внутри которого располагается взрывная пластина. При увел-нии Р в системе эта пластина разрывается и газовая смесь выбрасывается через штуцер. На момент пуска аппарата для разогрева каt сеток исп-ют розжеговое устр-во. После выхода апп-а на оптим.Т-ый режим процесс оки-ия протекает автотермично. Тепло отходящих газов исп-ся для получ. пара. Аппарат совмещен с котлом-утилизатором.

СТАДИЯ ОКИСЛЕНИЯ МОНООКСИДА АЗОТА В ДИОКСИД. ТЕОР-СКИЕ ЗАКО-СТИ, ОПТ-ЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХН-ГО РЕЖИМА. ТЕХН-АЯ СХЕМА, АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ.

При окис-ии NH₃ кислородом воздуха получают нитрозный газ, содерж. 10-11 % NO, а также N₂, O₂, водяные пары.2NO + O2 = 2NO2 + Q

Р-ция обратимая, экзотерм-ая, сопровождается ум-ем объема. Согласно принципу Ле-Ш- р-цию целесообразно проводить при низких t и высоком Р. С повыш-ем P от 1 до 8атм выход NO2 имеет мах величину при 150-200С. Ув-ние Р и снижение t смещает равн-сие р-ции в сторону обр-ния NO₂/

Кинетический анализ.

Механизм рассматривают используя теории:

1)теория активированного комплекса. 2 мол-лы NO и 1 мол-ла О2 образуют комплекс переходного состава:О=N-O-O-N=O, кот. имеет 3 вращательных, 3 поступательных и 12 колебательных степеней свободы, из кот. только одно состояние соответствует переходу в NO2.

2)теория промежуточных соединений

NO+O2 = NO3

NO3 + NO = 2NO2

NO3+NO = NO3*NO = 2NO2

Скорость р-ии окис-ия может быть рассчитана по уравнению:r=К1*СNO²*CO₂ – K2*CNO₂²

В пр-ти р-цию проводят вдали от состояния равновесия и тогда скорость р-ии опред-ют по уравнению прямой р-ии:r=К1*РNO²*РO₂

Обоснование оптимальных параметров

1)Р. С увел-нием Р, скорость р-ии резко возрастает. Скорость прямой р-ии прямо пропорциональна конц-ции реагирующих в-в и кубу общего Р:r=К1*[NO]²*[O₂] *Робщ³

Проведение процесса окис-я под Р позволяет: увел-ть ск-ть х-ой р-ии; повысить производ-ть установки; сократить размеры реактора; снизить себестоим. конечного продукта.

2)конц-ция исходных реагентов. Достичь полного окис-ия NO в NO2 практически трудно, т.к. требуется длительное время, кот-е зависит от состава нитрозных газов. Чем ниже содержание NO в исходной газовой смеси, тем больше продолжит-ть процесса окис-ия

3)Т С ув-нием Т скорость умень-тся, что объясняется сложным мех-мом р-ии. Для объяс-ия исп-т несколько гипотез:

1)2NO = (NO)2 + Q (1)

(NO)2 + O2 = 2NO2 + Q (2)

С ув-нием t равновесие (1) смещается влево, при этом численное значение Кр ум-ся, т.к. конц-ция димера в Г фазе уменьш-ся. (2) зависит от конц-ции димера:r=Кс*РNO2*РO₂

С увел-нием t конц-ция димера уменьш-ся и след-но скорость (2) также ум-ся. Т.о. с увел-нием t скорость оки-ия NO в NO2 уменьш-ся за счет ум-ния конц-ции димера в Г фазе.

2)NO + O2= NO3+Q (1)

NO3 + NO = 2NO2 + Q(2)

С ув-нием t равновесие (1) смещается влево, значит ум-ся конц-ция NO3. Т.о. снижение конц-ции NO3 замедляет скорость оки-ия NO в NO2.

Оки-ие NO в NO2 самая медленная стадия в технологии азот. к-ты. Ускорить эту р-цию пытались за счет применения каt – селикагель, V. Не получилось из-за образования большого кол-ва вод.паров в Г фазе.Данная р-я яв-я самой медленной в технологии неконцентрир-ой азот.к-ты.

Ускорить р-цию оки-ия NO возможно за счёт применения каt-ров. В качестве последних были апробированы пемза, силикагель, соед-ия марганца, кобальта и др. «+» результаты достигнуты при исполь-ии силикагеля, ванадиевого и хромоцинкового кат-в. Однако наличие паров воды резко снижает акт-ть каt-ров.

Особенностей протекания процессе: р-ция оки-ия NO в NO₂ относится к числу тримолекулярных, для осущ-ния кот-ых необходимо одновременное столкновение двух молекул NO и одной молекулы O₂; ск-ть оки-ия NO в NO₂ пропорциональна кубу общего Р газовой смеси; прим-ние Р позволяет сократить реакц V апп. за счёт ум-ния V газа и снижения продолжительности оки-ия NO в NO₂.

Аппаратурное оформление

Окислитель – предназначен для ок-яNO в NO₂. Это полый цилиндр из нержавеющей стали диам.3,2 м, высотой 10 м. В верхней части оки-теля между двумя ситчатыми корзинами (I корзина – диам.440 мм;II корзина – диам.1280 мм, высотой – 2200 мм ) проложен слой стекловаты массой 85 кг для улавливания частичек платины, уносимых из контактного апп. нитрозными газами.С внешней стороны ап-т покрыт теплоизоляцией. В нижней части апп.имеется штуцер выхода газа.Степень ок-ия NO в NO₂ 80-83 %.

СТАДИЯ АБСОРБЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА. ТЕОР. ЗАКОН., ОПТИМ. ПАР. ТЕХНОЛ. РЕЖИМА. ТЕХНОЛ. СХЕМА, АПП-Е ОФОРМЛЕНИЕ.

Процесс поглощения диоксида азота водой протекает по р-и: 3 NO₂ + H₂O = 2 HNO₃ + NO +Q

р-я сопровождается ум-ем V и выделением тепла. След-но, понижение t и повышение Р полож-новлияют на процесс кислотообразования.

Выразим константу равновесия рассматриваемой р-ии через парциал.Р участников р-ции: Кр = P²_HNO3P_NO/ P³_NO2P_H2O

Эту константу выражают через произведение двух частных констант Кр=К₁К₂, где К₁ - хар-ет степень окисленности нитрозных газов (опр-ся по парц.Р оксида и диоксида N₂ над р-ром азотной к-ты); К₂ – хар-ет отношение парц.Р паров азотной к-ты и воды над р-рами азотной к-ты.Если константа равновесия зависит только от t, то частные константы К₁и К₂ зависят и от t и от конц-ции к-ты в р-ре.Для опр-ния частной константы равновесия К₁ предложено следующее у-е:lg К₁ = 2,188 10⁷T^-2,58 – 4,571 10²T^-1,424C_HNO3^-2,017

Приведённое ур-ние справедливо для диапазона конц-ции азотной к-ты от 0 до 62 % и t 20-70^оС.

Поглощение NO₂ водой - это типичный хемосорбционный процесс, протекающий в системе Г-Ж. Конц-ция получаемой к-ты зависит от движущей силы процесса:Р = Р_NO2^г - Р _NO2^*,

где Р_NO2^г  - парц.Р диоксида азота;

  Р _NO2^* - равновесная упругость диоксида азота над поверхностью раздела фаз.

Для обеспечения высокой движущей силы, а значит и повышения конц-ции получаемой к-ты, необходимо: созд-ть условия для ок-ия NO в NO₂; процесс абсорбции желательно проводить под повыш. Р.

Кинетический анализ процесса

Механизм процесса поглощения NO

1)диффузия мол-л NO2 из объема Г фазы к пов-ти раздела фаз

2)диффузия мол-л газа через пограничную пленку в объем Ж фазы

3)хим.взаимод-вие растворенного газа и жид-ти:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

Эти процессы по сравнению с диффузией газа протекают относительно быстро

4)диф-зия мол-л NO ч/з пограничную поенку в V газ.ф.

5)диф-зия NO через пограничную пленку в объем Г фазы

NO + 1/2O2 = NO2

Исходя из данного механизма стадией, определяющей скорость абс-ции, будет явл. диффузионное сопротивление газов, кот.можно интенсифицировать за счет перемеш-ия. Исходя из механизма рассматрив-го процесса, в кач-ве апп-а необходимо применять абсорбц. колонны с ситчатыми или колпачковыми тарелками.