Uzalishaji wa asidi ya nitriki katika sekta: teknolojia, hatua, vipengele

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Asidi ya nitriki ni mojawapo ya aina zinazohitajika sana za malighafi za viwandani. Uzalishaji wake unaweza kufanywa kwa njia tofauti - kulingana na aina ambayo asidi inapaswa kutolewa kwa mteja. Ni nini kiini cha teknolojia husika? Je, zinalinganishwaje na aina ya asidi ya nitriki inayozalishwa kiwandani?

Uzalishaji wa asidi ya nitriki viwandani: historia ya maendeleo ya teknolojia

Kwanza kabisa, itakuwa muhimu kujifunza ukweli wa kihistoria kuhusu jinsi utengenezaji wa asidi ya nitriki ulivyokua nchini Urusi. Katika tasnia ya ndani, kutolewa kwa dutu hii, kulingana na habari inayopatikana, kulianzishwa chini ya Peter I. Baadaye, M. V. Lomonosov alipendekeza njia ya utengenezaji wa asidi ya nitriki kutoka kwa chumvi - dutu hii kwa kweli ilizingatiwa kuwa malighafi kuu kwa utengenezaji. ya dutu inayozungumziwa hadi mwanzoni mwa karne ya 20.

Pamoja na s altpeter, utengenezaji wa asidi ya nitriki kwenye tasnia ulifanywa kwa kutumia asidi ya sulfuriki. Dutu hizi mbili zinazozingatiwa, kuingiliana na kila mmoja, ziliunda asidi ya nitriki na oksidi ya sulfuri ya sodiamu. Faida ya hiimbinu hiyo ilikuwa ni uwezo wa kupata asidi ya nitriki katika mkusanyiko wa takriban 96-98% (kulingana na matumizi ya malighafi ya ubora unaohitajika).

Teknolojia inayolingana imeboreshwa kikamilifu - kwa ajili ya kuongeza kasi ya usindikaji wa malighafi na kuhakikisha utoaji wa kiasi kikubwa cha bidhaa. Lakini hatua kwa hatua ilitoa nafasi kwa dhana kwamba utengenezaji wa asidi ya nitriki ulifanywa kupitia uoksidishaji wa mguso wa amonia.

Pia, mbinu ilivumbuliwa ambapo oksidi ya nitriki, iliyopatikana kwa uoksidishaji wa arc ya gesi inayolingana kutoka angahewa, ilitumiwa kama malighafi kuu ya utengenezaji wa asidi. Kuna maoni yaliyoenea kwamba mbinu ya kwanza ni ya gharama nafuu zaidi.

Kwa kuboreshwa kwa mbinu za kiteknolojia za utengenezaji wa asidi ya nitriki, mbinu imeundwa kulingana nayo ambayo chaguo bora zaidi kwa utengenezaji wa dutu inayolingana ni matumizi ya miundombinu ya viwandani inayofanya kazi chini ya shinikizo la juu. Njia mbadala yake ni utengenezaji wa asidi katika shinikizo la angahewa, ambayo inachukuliwa kuwa haina faida kidogo kutoka kwa mtazamo wa kiuchumi.

Kutolewa kwa dutu kwa shinikizo la kawaida au la juu huhusisha utengenezaji wa asidi ya nitriki kutoka kwa amonia. Pia kuna njia iliyojumuishwa ambayo inachanganya faida za zingine mbili. Vipengele vya uzalishaji wa asidi ya nitriki kwa njia ya pamoja ni, kwanza, katika oxidation ya amonia kwenye shinikizo la anga, na utekelezaji wa ngozi yake - saa.imeongezeka.

Amonia sasa inachukuliwa kuwa malighafi kuu ya kutolewa kwa dutu inayohusika, pamoja na maji na hewa ya anga. Hebu tujifunze kwa undani zaidi matumizi yake katika utengenezaji wa asidi.

Mlisho wa asidi ya nitriki

Kwa hivyo, malighafi kuu zinazotumika katika utayarishaji wa dutu husika ni amonia, hewa, na pia maji.

Hii inahitaji matumizi ya amonia iliyosafishwa. Ili kufanya hivyo, inajitakasa katika uvukizi maalum na vifaa vya kunereka ndani ya mfumo wa mizunguko mbalimbali ya uzalishaji. Vile vile, hewa safi lazima itumike wakati wa kutoa asidi ya nitriki. Pia huchujwa kwa kutumia vifaa maalum. Kwa upande mwingine, maji yanayotumiwa katika uzalishaji wa asidi ya nitriki yanatakaswa kutoka kwa uchafu na chumvi. Katika hali nyingi, condensate safi lazima itumike kupata dutu inayohusika.

Hebu tujifunze ni aina gani za dutu inayohusika inaweza kuwasilishwa, na pia jinsi kila aina ya asidi ya nitriki inavyotolewa.

Aina za asidi ya nitriki na hatua kuu za kutolewa kwake

Kuna aina 2 za asidi ya nitriki inayozalishwa katika mitambo ya kisasa ya viwandani - iliyochemshwa na iliyokolea. Uzalishaji wa asidi ya nitriki ya dilute hufanywa ndani ya hatua kuu 3:

• ubadilishaji wa amonia (bidhaa yake ya mwisho ni oksidi ya nitriki);
• inazalisha dioksidi ya nitrojeni;
• utekelezaji wa ufyonzwaji wa oksidi za nitrojeni saamatumizi ya maji.

Uzalishaji wa asidi ya nitriki iliyochanganyika umeenea katika biashara za kisasa za viwanda chini ya mpango unaoitwa AK-72. Lakini kuna, bila shaka, teknolojia nyingine za kutolewa kwa dutu hii.

Kwa upande wake, utengenezaji wa asidi ya nitriki iliyokolea unaweza kufanywa kwa kuongeza kiwango cha dutu inayolingana katika umbo la dilute au kupitia usanisi wa moja kwa moja. Njia ya kwanza, kama sheria, inafanya uwezekano wa kupata suluhisho la asidi katika mkusanyiko wa karibu 68%, ambayo inaweza kuwa haitoshi kwa matumizi ya dutu inayohusika katika maeneo kadhaa. Kwa hiyo, njia ya awali ya moja kwa moja pia ni ya kawaida, ambayo inafanya uwezekano wa kupata dutu katika mkusanyiko wa karibu 97-98%.

Hebu tuangalie kwa karibu jinsi asidi ya nitriki inavyozalishwa kwa namna moja au nyingine. Hapo juu, tuligundua kuwa kutolewa kwa dutu iliyopunguzwa kunaweza kufanywa kulingana na mpango wa AK-72. Hebu tuchunguze sifa zake kwanza.

Uzalishaji wa asidi ya dilute kwa kutumia teknolojia ya AK-72

Mpango unaozingatiwa, ambao uzalishaji wa asidi ya nitriki unafanywa, unahusisha matumizi ya mzunguko funge, unaoambatana na:

• ubadilishaji wa amonia;
• kupoeza gesi zinazohusiana kwa shinikizo la takriban 0.42-0.47 MPa:
• kufanya ufyonzwaji wa oksidi chini ya shinikizo la mpangilio wa MPa 1.1-1.26.

Bidhaa ya mwisho ya mpango wa AK-72 ni asidi ya nitriki katika mkusanyiko wa takriban 60%. Uzalishaji wa asidi ya nitriki ndaniteknolojia inayozingatiwa inafanywa ndani ya mfumo wa hatua kama vile:

• kuhakikisha uingizaji wa hewa kutoka angahewa hadi kwenye kitengo cha viwanda na usafishaji wake;
• kugandamiza hewa, kuitenganisha katika mitiririko ya kiteknolojia;
• uvukizi wa amonia, utakaso wa gesi inayolingana kutoka kwa mafuta na uchafu mwingine, pamoja na joto lake linalofuata;
• mchanganyiko wa amonia iliyosafishwa na hewa, utakaso wa baadae wa mchanganyiko huu na uhamisho wake kwa kichocheo;
• kupata gesi za nitrojeni na ubaridi wake;
• mkusanyiko wa condensate na asidi ya nitriki;
• ukolezi na ufyonzaji wa asidi ya nitriki;
• kupoeza na kusafisha bidhaa iliyotokana.

Asidi iliyokamilishwa hutumwa kwa hifadhi au mteja.

Pamoja na teknolojia inayozingatiwa kwa ajili ya utengenezaji wa asidi ya nitriki - AK-72, dhana nyingine maarufu ya kutolewa kwa dutu inayolingana hutumiwa, ambayo inahusisha kuhakikisha uendeshaji wa miundombinu ya viwanda kwa shinikizo la takriban 0.7 MPa.. Zingatia vipengele vyake.

Teknolojia ya kutoa bidhaa chini ya shinikizo la MPa 0.7: nuances

Teknolojia inayohusika huzalisha asidi ya nitriki isiyokolea kama mbadala wa dhana ya AK-72. Inahusisha utekelezaji wa hatua zifuatazo za kutolewa kwa dutu inayohusika.

Kwanza kabisa, kama ilivyokuwa katika teknolojia iliyopita, hewa ya angahewa husafishwa. Kwa kusudi hili, kama sheria, chujio cha hatua mbili hutumiwa. Zaidi ya hayo, hewa iliyosafishwa inakandamizwakwa njia ya compressor hewa - hadi takriban 0.35 MPa. Katika kesi hii, hewa ina joto - hadi joto la digrii 175, na lazima ipozwe. Baada ya shida hii kutatuliwa, huenda kwenye eneo la compression ya ziada, ambayo shinikizo lake huongezeka hadi takriban 0.716 MPa. Mtiririko wa hewa unaosababishwa, kwa upande wake, huwashwa kwa joto la juu - karibu digrii 270 kupitia hatua ya gesi za nitrous. Kisha huchanganywa na amonia katika eneo maalum la kitengo cha viwanda. Dutu inayofanana imeamilishwa wakati asidi inapotolewa awali katika hali ya gesi, ambayo hutengenezwa kutokana na uvukizi wa kioevu. Kwa kuongeza, amonia lazima itakaswe. Baada ya maandalizi, gesi huwashwa na kulishwa ndani ya mchanganyiko wakati huo huo na hewa. Mchanganyiko huu pia huchujwa na, baada ya utakaso, hulishwa kwa uongofu wa amonia. Utaratibu unaofanana unafanywa kwa kutumia meshes ya platinamu na aloi ya rhodium kwa joto la juu sana - kuhusu digrii 900. Asilimia ya walioshawishika ni takriban 96%.

Uzalishaji wa asidi ya nitriki dhaifu kulingana na teknolojia inayozingatiwa unahusisha uundaji wa gesi za nitrojeni. Wanaletwa kwenye eneo maalum la kitengo cha viwanda, ambacho hupozwa. Kutokana na hili, maji yaliyotakaswa hupuka na kuonekana kwa mvuke na shinikizo la juu. Inafanywa kupitia eneo linalofaa la kitengo cha viwanda, gesi za nitrojeni huhamia kwenye kioksidishaji. Ikumbukwe kwamba oxidation yao sehemu hutokea tayari katika uliopitahatua za uzalishaji wa asidi. Lakini katika oxidizer inakuwa makali zaidi. Katika kesi hii, gesi za nitrojeni huwashwa kwa joto la digrii 335. Baadaye, hupozwa kwenye kibadilishaji joto maalum, na kisha hutumwa kwa condenser.

Baada ya hapo, asidi ya nitriki huundwa katika mkusanyiko dhaifu. Ni muhimu kutenganisha gesi za nitrous iliyobaki kutoka kwake - mgawanyiko hutumiwa kwa hili. Kutoka kwake, asidi ya nitriki inalishwa ndani ya eneo la kunyonya la kitengo cha viwanda. Baadaye asidi hutiririka katika maeneo ya kifaa hapa chini. Wakati huo huo, inaingiliana na oksidi za nitrojeni, kama matokeo ambayo mkusanyiko wake huongezeka. Katika pato, ni kuhusu 55-58%. Kawaida ina oksidi zilizoyeyushwa ambazo lazima ziondolewa: kwa hili, dutu hii hutumwa kwa eneo la utakaso la kitengo. Kwa msaada wa hewa yenye joto, oksidi hutolewa kutoka kwa asidi. Bidhaa iliyokamilishwa huwekwa kwenye ghala au kusafirishwa kwa mteja.

Uzalishaji wa asidi iliyokolea: usanisi wa moja kwa moja

Baada ya kutafakari jinsi utayarishaji wa asidi ya nitriki ya dilute hufanywa, tutajifunza mahususi kuhusu utolewaji wa dutu iliyokolea. Uzalishaji wa asidi kwa usanisi wa moja kwa moja kutoka kwa malighafi katika mfumo wa oksidi za nitrojeni ni miongoni mwa teknolojia za gharama nafuu zinazotumiwa katika biashara za wasifu husika.

Kiini cha mbinu hii ni kuchochea mmenyuko wa kemikali kati ya dutu iliyobainishwa, maji na oksijeni chini ya shinikizo la takriban MPa 5. Teknolojia ambayo uzalishaji wa asidi ya nitriki unafanywaaina ya kujilimbikizia kwa misingi ya moja ya kuondokana, ina nuance: kuhakikisha mpito wa dioksidi ya nitrojeni katika fomu ya kioevu inawezekana kwa shinikizo na joto karibu na anga. Hata hivyo, katika baadhi ya athari, mkusanyiko wa dutu inayolingana haitoshi kuihamisha hadi kwenye hali ya kioevu kwa shinikizo la kawaida, na lazima iongezwe.

Uzalishaji wa asidi iliyokolea kulingana na asidi ya dilute

Katika kesi hii, inachukuliwa kuwa asidi hujilimbikizwa kwa njia ya vitu vya kunyonya - kama vile sulfuriki, asidi ya fosforasi, miyeyusho mbalimbali ya nitrati. Hatua kuu katika utengenezaji wa asidi ya nitriki iliyokolea kulingana na asidi ya sulfuriki iliyoyeyushwa ni kama ifuatavyo.

Kwanza, malighafi imegawanywa katika mito 2: ya kwanza inalishwa ndani ya evaporator, ya pili - inaingia kwenye eneo la baridi la kitengo cha viwanda. Asidi ya sulfuri hulishwa ndani ya eneo la kifaa juu ya mkondo wa pili wa asidi ya nitriki. Kwa upande wake, mvuke hutolewa kwa sehemu ya chini ya kitengo, ambayo huwasha mchanganyiko unaotumiwa, kama matokeo ya ambayo asidi ya nitriki huvukiza kutoka humo. Mvuke wake huinua vifaa, baada ya hapo huondolewa kwenye jokofu. Hapo, mvuke wa asidi hugandana - hadi ukolezi wake ufikie 98-99%.

Wakati huohuo, baadhi ya oksidi za nitrojeni zilizopo katika hatua hii ya uzalishaji humezwa na asidi. Lazima ziondolewe kutoka kwa bidhaa: mara nyingi, mvuke ya asidi ya nitriki hutumiwa kwa kusudi hili, ambayo hutumwa kwa condenser. Oksidi za nitrojeni zilizotolewa, pamoja na mvuke wa asidi ambayo haikuunda condensate, hutumwa kwa eneo lingine la kifaa - kwa kunyonya, ambapo hutibiwa na maji. Matokeo yake, asidi ya kuondokana huundwa, ambayo hutolewa tena kwa condensation na baridi. Bidhaa iliyokamilishwa hutumwa kwenye ghala au kwa mteja.

Vipengele vya ukolezi na asidi ya sulfuriki

Kazi kuu inayoangazia utengenezaji wa asidi ya nitriki katika tasnia ni utekelezaji wa ukolezi wake wa gharama nafuu na ufanisi. Kuna njia kadhaa za kuunda mpango bora wa kuutatua. Itakuwa muhimu kuzingatia zile ambazo ni kati ya zinazojulikana zaidi.

Tulibainisha hapo juu kuwa asidi ya sulfuriki inaweza kutumika kukazia dutu inayohusika. Kuna njia ya kawaida ya kuongeza ufanisi wa matumizi yake - ongezeko la awali la mkusanyiko wa asidi ya nitriki kupitia uvukizi. Inafaa, kabla ya matibabu na asidi ya sulfuri, dutu inayolingana itakuwa na mkusanyiko wa karibu 59-60%. Ikumbukwe kwamba katika mazoezi teknolojia hii kwa ajili ya uzalishaji wa asidi ya nitriki ina sifa ya kiwango cha chini cha urafiki wa mazingira. Kwa hiyo, kama mbadala kwa matumizi ya asidi ya sulfuriki, matumizi ya nitrati ni ya kawaida. Hebu tusome maelezo yao kwa undani zaidi.

Mkusanyiko na nitrati

Mara nyingi, nitrati za magnesiamu au zinki hutumiwa kutatua tatizo linalozingatiwa, ambalo ni sifa ya utengenezwaji wa asidi ya nitriki kutoka kwa amonia. Kwanza kabisa, ni rafiki wa mazingira zaidi kuliko njiaikihusisha matumizi ya asidi ya sulfuriki. Zaidi ya hayo, teknolojia hii inahakikisha ubora wa juu zaidi wa asidi ya nitriki kama bidhaa ya mwisho.

Wakati huo huo, ina idadi ya mapungufu, ambayo huamua mapema kuonekana kwa matatizo katika matumizi yake yaliyoenea. Kwanza kabisa, hii ni gharama kubwa ya mchakato wa uzalishaji. Kwa kuongeza, teknolojia hii mara nyingi inahusisha uzalishaji wa taka ngumu, ambayo usindikaji wake unaweza kuwa mgumu.

Matumizi ya vichocheo katika utengenezaji wa asidi ya nitriki

Itakuwa muhimu kuzingatia ni vitu gani vingine hutumika pamoja na malighafi kuu kwa ajili ya uzalishaji wa bidhaa husika katika viwanda (mara nyingi vichocheo huzingatiwa hivyo) uzalishaji wa asidi ya nitriki. Matumizi ya vitu vinavyohusika ni kutokana na haja ya kuongeza faida ya uzalishaji wa asidi, kuongeza mienendo ya pato lake katika kitengo cha viwanda.

Sharti kuu la kichocheo katika utengenezaji wa bidhaa husika ni uteuzi wa kitendo. Hiyo ni, lazima iathiri mmenyuko kuu wa kemikali bila kuathiri michakato ya upande. Mara nyingi, vichocheo hutumiwa katika utengenezaji wa asidi, ambayo ina platinamu.

Hapo juu, tulibainisha kuwa wakati dutu iliyojilimbikizia hafifu inapotolewa kwa shinikizo la juu, vichocheo vinavyotokana na platinamu na rhodiamu hutumiwa. Katika baadhi ya matukio, aloi na kuongeza ya palladium pia hutumiwa. Lakini chuma kuu ndani yao niplatinamu, maudhui yake ni kawaida si chini ya 81%. Kiini cha kichocheo katika kesi hii ni kuchochea kifungu cha haraka cha mmenyuko kuu wa kemikali. Kama kanuni, hupita ndani ya sehemu ya usambaaji wa nje.

Mchakato unategemea vikomo vya usambaaji wa oksijeni kuhusiana na uso wa kichocheo. Kipengele hiki husababisha mkusanyiko wa juu wa amonia, malighafi kuu kwa ajili ya uzalishaji wa asidi ya nitriki, juu ya uso wa moja au wakati mwingine kichocheo, ikilinganishwa na mkusanyiko wa hewa. Inawezekana kuongeza mvuto maalum wa athari mbalimbali za upande ambapo oxidation isiyo kamili na uundaji wa nitrojeni au oksidi yake huzingatiwa. Katika suala hili, oksijeni karibu na uso lazima iwe kwa kiasi cha kutosha kuondoa amonia. Katika hali hii, itawezekana kupata uoksidishaji wa kina wa kutosha.

Inaweza kuzingatiwa kuwa, pamoja na vichocheo vya platinamu, vitu vilivyounganishwa pia vinahusika katika utengenezaji wa asidi ya nitriki. Hasa, chuma-chromium. Wanaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama za kiuchumi zinazoonyesha utengenezaji wa dutu husika.

Kwa hivyo, tumezingatia mbinu za utengenezaji wa asidi ya nitriki, tukabainisha aina zake kuu. Ni hatua ngapi za uzalishaji wa asidi ya nitriki zinazohitajika kutekelezwa inategemea aina yake, pamoja na teknolojia maalum ya kutolewa kwa dutu inayofanana. Ingefaa sasa kufikiria ni matatizo gani yanajitokeza katika uzalishaji wa bidhaa hii viwandani, ambao unahitajika katika maeneo mengi ya uchumi.

Matatizo makuu ndaniuzalishaji wa asidi ya nitriki

Kwa hivyo, kama tunavyojua tayari, utengenezaji wa asidi ya nitriki kwa njia ya mgusano - mojawapo ya kawaida katika tasnia ya kisasa, inahusisha matumizi ya kichocheo ili kuharakisha uoksidishaji wa amonia na kuongeza mavuno. bidhaa. Shida kuu katika utengenezaji wa bidhaa inayozingatiwa ni bei ya juu ya kichocheo kinacholingana. Walakini, uteuzi wake haufikii dhamana bora kila wakati. Kwa kuongezea, sehemu kubwa ya platinamu ambayo hutumiwa kama nyenzo kuu ya kichocheo inaweza kupotea wakati wa uzalishaji. Kwa hivyo, tena, ufanisi wa gharama ya pato la bidhaa hupungua.

Tatizo lingine linaloashiria utengenezwaji wa asidi ya nitriki ni mazingira. Hapo juu, tuligundua kuwa asidi ya sulfuri inaweza kutumika pamoja na mkusanyiko wa malighafi, na baada ya kupitia mzunguko wa uzalishaji unaofanana, vitu vyenye madhara huundwa. Njia mbadala katika kesi hii inaweza kuwa matumizi ya nitrati - lakini hii, tena, ina maana ya kuongezeka kwa gharama za kiuchumi. Hata hivyo, kipengele cha mazingira kwa watengenezaji wa kisasa ni muhimu kama kiwango cha faida ya uzalishaji.