автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Переработка концентрированных оксидов азота в азотную кислоту

ХАРКЕВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛГГЕХНГЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

ПЕРЕРОБКА КОНЦЕНТРОВАНИХ ОКСИД1В АЗОТУ В АЗОТНУ КИСЛОТУ

05.17.01 - технологи! нсоргатчних рсчодан

Автореферат дисергацц на здобутхя наукового ступеня кандидата технпчних наук

ргз од

H айда Микола Ссрпйович

Г

и

Харюв - 1996

Дисергашею е рукопис

Робота косолапа на кафедр1 хпачноа технологи неоргашчних рсчавин, клташзу та сколоти Харивського державного поттехтчного уншерситету

Науковий кершник: доктор техтчких наук, профссор I Конисар Вжтор 1вансшич |

Наукошш консультант: кандидат техшчних наук, доцент Псчснко Тамара 1ватвна

Офцдйш опоненти: доктор техшчних наук, профссор Клсщсв Микола Фсдосавнч

кандидат техшчних наук, доцент Бшшкш Вододимир Микалайович

Прошдна органыацш: Державний науково-дослздний та просктний шетитут хишчнеи технологи, М1шстерство промиславосп Украши, и. С еверодонецьк

3 ахнет диссргацц идбудсться " Л ? " г^бс^г бАСеХ 1996 р. о 12 годиш на зааданш спедаал^зованса вчежи ради Д 02.09.10 при Харкшському державному полгозолчному угаверситсй ( 310002, м.Харыв, МСП, вул. Фрунзе, 21 ).

3 диссршцею можна ознакомится в бабшогиц утвсрситсту. Автореферат решеланлй б " 1996 р.

Вчений сскрстар

спещашзовансц вченоа ради Ч. Гринь Г.1.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнасть проблеми. Розвиток хЬ,пчно1 прамиславосп Украши на сучасному сташ нсможяиво уянитн бс-з ниходу на ягасно новин рпвснь базоних виробнгадтв галуз1, одтею з яких е виробншдтво азалия кислота. Наукой дослздження у виробгагцтт азсгшса кисяош спрямоваш на сгворення пеших систем велико!' одиничнеа потужносп, лиевщаццо ви-кидш шюдлиних рсчовин в атмосферу, та на удосконалення диочкх схем через штенсифпсадао вс!х стадш тсхнолопчного процесу,

Досетд робота прамислошк систем показав, що одержання азот-нса кислош з масовою комцетращею бшьш як 59 - 60 е^цсопов нс-мажлнво отримати нашть в систеш Ак-72. Крш того, щ снстеми не е еколопчно безпечними.

В останне дссяшр1ччя досотдження штчтняшас та закордонних вчених показали, що найбшьш псрспективним налрямком азогнокис-лохного виробництва е проведения парокисневого та кислевого окисления атаку з метою одержання концентраваних штрозних газ^в. Вив-чення кшешчних законслорностей, сдержанна кииасних паказнигав переробки канцетрованих оксидш азоггу, з мсгою забезпечення умов одержання кислспи з масовсао концентращега 60-64 вщеопав, та маж-ливосп створсиня еколопчно чистих систем за рахунок незначног кшь-коеп ¡нерпа як наелвдок, рязке зниження об'ешв газу, безумовно, маюпь теорстичну та практичну щннкггь,

Робота никонувалась у вцщовщносп з Постановок» Ради Мийсцмв СРСР N 847 вщ 11,09.85 р."0 мерах по развитию промышленности минеральных удобрений, химических средств защиты растений и увеличению поставок их сельскому хозяйству в 1986-1990 годах.", а тахаж у идлотдносп з постановаю Мшвузу УРСР та галуэт (наказ N 43/36 нд 27/31 01.1956) "Розробка нових та штснсифисашя дштпх технолагш та каталЬатсрв у шфобншпта азотно! та арчанея кислот, метанолу та азотних добрив".

Мета роботи. Розробка наукових та технолопчних оснс® перс-робки концентраваних оксидав азспу в азшну кислоту. У ндпатдносп з цим були поставлеш сипдукла завдання:

• - - провести тсоретичний аналЬ 1снуютих науконих канцеццш про-цссу абсорбци оксид1в азоту;

- експерименталыю доследити мистику процссу абсорбци кон-центраваних оксидш азоту лзд щцнщцснэм тискам, встановити сятш-мллып. умани проведения процссу в р!зних пдродинамнних та кшетич-ши умсвах;

- на оснош експсриментальних даних розробити програму розра-хунку абсорбщйно! колони;

- видати рекомендацц дан просктування та розрахунку абоорб-цшного гыдгцлення промгелавих агрегапв на оснош парокиснсво! та кисневса канвсрси ахпаку.

■ • - Наукою новизна. На оснош теоретичного анашзу та результатов сксцернмснтальних дослщжень встановлсно основш заканашрноста процссу абсорбци концентраваних оксидав азоту:

. - вперще одержано ынстичш залсжносп. процссу абсорбци концентрованих штрозних газнз, ша дозволили ренробиги матема-тичну модель, що шдображуе захоношрностг процесу в широкому диапазон! ф1зико-хи,ачних та г1дродинам1чпшх параметров,

- шерше визначено оптимальш . тсхнолопчш парамстри проведения процссу;

- створено алгоритм I програму розрахунку абсорбцишсд колонн з урахуванням.. зхшш об'ему газу (за рахунок змши ршнаважних пар-щальных тисов оксидав азоту) при 1х поглинакт розчинами азотнея! кислота на однш тартыц.

Практична шншегь робота. Одержаний експермметальтш ма-тераал та математичну модель було застосстано галуз сними науково-доелвднимн шетитутами для розробки та розрахунку вар!антш схем ни-робництва кислот з никористанням паракленевед та киснеж» кон-верей ашаку.

_ Запропоновано варшнт схсми э розрахованим абсорбцшяим вщцшенням переробки концентрованих газ ¿в в кислоту з масовою кон-центращею 62-64%.

На захист виносяться;

- експерименталъш дат по кшстнщ абсорбда кондснтровашк оксидов азоту;

- матемаигчна модель процссу абсорбцц канцмправаних газш шд тискам в рзних пдредашалачга« та ганетичннх умовах;

- вартант tcxiiototÍ4hoí' схеми абсорбшйного вадшлення по пере-робщ концентрованих оксидов азоггу в азогну кислоту з матовою часткою 62-64%.

Характеристика методологи, методу досл1джсння предмета i об'екта. Об'ектом дослзджень е процее переробки концентрованих оксидов азоггу в кислоту з масовою часткою 60-64%. ГОд час дослщження процесш, що лежать в оснош технолога, яка розроблюеться, був кико-рисгашш системний пщнд,

Лабсраторна установка дозволяла провести моделювання процссу з метою подальшого використання експериментальних даних в про-мислоиих умовах. Обробка результата проводилась з шосористашгам сучасних методов на ЕОМ. Котггролыю-шмрювальш прилади та метода контролю прейшли державну псаирку.

Апробащя робогги. Оснавш резулътати дисертацшнсп робогш допо-вщались i обгаворювались на наукешо-техтчних конференциях Харывсьхаго пегатехкпчного шетитуту в 1988-1992 роках; на VI Всесоюзному ceMmapi "Вдосконаленнл агрегата виробшщтва азогног кис-лаш", Черкаси, 1988; на Всесоюзшй нарадо по обговоренню результата досладжснь по масообмшним процесам шпеонаних по коердшпщшному плану 1986-1990 роках, Северодонецьк, 1989; на VII Всесоюзному ceMÍHapi "Вдосксиалення агрегата виробшщтва азотнед кислота", Харгав, 1991-

Публткацц. За темою дисергацц опублжовано 8 робп.

Обсяг дисергаип. Дисерлвдя внкладена на 126 сторщках машинописного тексту, список вихористаних джерел включае 120 таймену-вань пралъ вичизняних та закордошшх авторш, додаток шпсладсно на 26 сторщках.

- б -

основный зм!ст ПРАЦ1.

Аналгптоом огляд. Проведено анашз робгг по юнетгац 1 пдро-динамиц абсорбцшних процссш, розглянуп теорегшчш особливосп сдержанна азспио! кислсгш як Ь "звичайних" так 1 канцентрованих оксидов азота, штання 1х ршновати з розчинами азстгнеа кислош, 1 пшид-ксхуп абе-орбцп оксид)п азоту та впливу на ни фЪихо-имчних 1 пдроди-нашчних параметр!».

Виконано детальшш анашз одержат« рядом авторш ршноваж-них.даних"' Обгрунговано виб!р ршнянь для розрахунху ршнаважшге хиаав з урахуванням змш» об'ему оксидов азоту при к поглшшнш розчинами кислот.

Встановлено вщеутшеть данзк по ынстщд процссу кислотоутво-рення при пщвнщеному загальному тиску для газ!в з об'емною кон-центращею 15-57 %, а також суперсчшсть по впливу тиску на процес переробки оксидов азоту.

Вссшццеек азане й зумонило виб!р напрямку доопджеш. по вив-ченню процссш . кислотоутворишя в области високих кешцентрацш оксидов азоту в широкому диапазон! ф1зико-хЬ.цчн1к 1 пдродошакпчнюс параметр1в з метою одержання основшсх закономерностей процссу та його математичного опнеу.

Експериментальш доелвдження

Дослцркення по визначенню впливу основних технолопчних парам етргв на процес абсорбцп оксидов азоту розчинами азегшеа кислош проводились на лабораторий установщ проточного типу. Абсорбцц'ша колона (внутршшш доамстр дор^внюе 0.05 м), та шше обладнання з комунжадцями виготовлеш Ь нержавпочей стаж 12Х18Н10Т. Штрозний газ необидно! концентради 1 окисност! готували у випарниху рщккх оксидов азоту. Анашз газово!' 1 рщишю!' фаз проводили по стандаршим методикам.

При розробщ матсматичнс» модсш, в рот функцп вщгуку, фактору, що ввдображуе вплыв тсхнолопчних параметров на щтенсившсть процссу кислотоутвореютя були прийнзш;

- коефццеят масопередащ (К), яиш бшыи об'ехигоно вщображуе процес масопсрсдащ при одержанга азотной кислота;

- коефцдент корисно! да таршки (ККД), якин необхздгаш при розрахунках абсорбщйног колони.

Експсримснтальш досшдження проводились в сгадуючому диапа-зот технатопчних параметров:

СМОх - об'емна концешращя оксидов азоту 15-57 %;

Сц^о;, - масова доля азспноа ки слоги 45-64 %;

Р - тис* 0,2-0,74 МПа;

\У - лшшна шиидоасть газу 0,2-0,6 м/с;

Т - температура 283-353 К-

На зрошеннл подавали розчин кислопи, який тетив ршноважну кшыасть оксидов азоту. Показники процссу переробки кондентрованих газш розраховували за формулами та розшрностями, якими користуклъ-ся азогники.

Виб1р технолапчних парам етр1в зроблено з урахуванням лггера-турних даних 1 досгаду експлуатаци агрега-пв ниробшпхгаа азеггнел кислсути.

3 ршняння адогатноеп фазових опор!в витисае, що загальнзш ошр в систем1 газ-рщина складаеться з дифузшних опертв газоткл та рщкннея фаз;

1 1 т*

К Кг Кр

де Кг 1 Кр - коефаоентн масопередаш в газомй I р1днншй фазах идпондно;

т* - константа фазовет ртновагн.

Вплив тиску на коефийенг масопередач* К визначаегься не ■плькн його вгошвом на Кг, Кр 1 т", але н часткою кожного 1з фазових опоров (1/Кг - ошр газово! фази, т*/Кр - огар рщиншл фази). Внесок

- сЗ -

кожного Ъ них в загальний ошр визначаеться головним чинш значениям канстанти фазавен! ршнаваги т*, величина яксд залежить ввд влас-ишостей газо-рщиннея системы,

Складшеть абсорбда окещрв азоту розч1шами азотно! кислоти полягае в тому, що оксида азоту, крш N0, належать до серсднъороз-чинних газ1в, тому вплив тиску як на коефцдент масаперсдач!, так 1 на швидаасть абсорбци буде змшюватисъ. Бшьш того, тиск також може впливати на характер парорщинж» системи за рахунок перерозподзлу загального тиску мзж фазами. Отже, тиск можс впливати на процее абсорбци рЬнамаштно, тому шд час досладжень було проведено три сери' експерименив з урахуванням Б - фактора, ввдпондаючаго за пдреди-намЬсу процесу:

- при ргзному пархпальному тиску (р1знкця досягалась за рахунок постиокхт концетрадц газу при зша загального нижу в колот), 1 поегшному Р - фактор!;

- при послиному парциальному тиску 1 Р - фактор^

- при реному пархдальному тиску (постшна кемцентраодя газу 1 р1зний тиск) 1 разному Б - фактор!.

Дослщжешга проводились при таких техналопчних параметрах: об'емна концешращя тазу 18,4-56,5 % з екмгашлзо приблизно - 95,4 %\ температура - 310-315 К; тиск в колош - 0,2-0,74 МПа; лшшна швидысть газу - 0,17-0,34 м/с.

Закршлення кислоти проводили на 1-2 при умош того, що ма-сова концентрация предухцшнея к! слоги ~ 58-58,4 %.

Результата; експерименлв показ ат таблиц . 1з даних перикя серп (скспсршснти 1-8) бачимо, що з шдвищенням концентрацц газу 1 тиску падгння коефцценту масопередач! незначне, тобто сшр процесу низначаегься не -ильки газовою, а й рцданною фазою. Так, на-приклад, Д7Ш газу з об'емнаю долею 38,42 % з шдвшценням тиску В1Д 0,2 до 0,74 МПа коефццент масоперсдач! зменшуеться в 1,67 рази, тобто прспарцшно Р"0'39, а при таких же умовах для газу з об'емною долею 56,1 % - зменшуеться в 1,21 рази, тобто р-0>26. Швидисть процесу зростае. Ь' р^ст в даншеерц сксперименпв пояснюеться 6m.nr значним шдвищенням рушшнеи сили вщносно коефцценту масоперсдачь

Тзолицн Вплив тисну на основн! показники пронесу аосорбц11 < Т—310—315 К, Ск =58-58. 4"Л об., и1=95. 1-95. 5* ).

N п/п Тиси р? Швид- К1СТЬ газу и, м/с 0й' щна конц. вих 1 дн. газу Сг, "Л Р - фактор f К К Л тар!.лни Руш1йна сила процесу р1 Швидк1сть переробки V, кгНЫОз Кое*—нт масопере— дач1 К, кг Н1М0з

МП а > ? МПа д. од. МПа м . год м .год.МПа

1 3 4 5 6 7 8 9

1 0. £0 0. 336 за. 43 0. 06835 0.2990 0.0126 £78. 1 ££136

£ 0. 35 0. 250 38. 42 0. 06812 0.2872 0.0282 4£8. 4 15£17

3 0. 56 0. 197 38. 44 0. 06815 0.2836 О.0524 605. 0 11540

4 0. 74 0. 170 38. 43 0. 06806 0. 2380 0.0793 618. -4 7794

5 0. 20 0. 336 56. 1 1 0. 07 458 0. 2770 0. 0206 506. 8 £4613

6 0. 35 0. 250 56. 00 0. 07450 0. 3326 0.0414 934. 6 ££600

7 0. 56 0. 197 56. 13 0. 07461 0. 3648 0.0712 1405. 7 197-41

а 0. 74 0. 170 56. 10 0. 074 63 О. 3355 0.0Э58 1819.6 19001

о 35 0. 250 38. 45 о. 06826 0. £843 0.0286 427. 0 14937

10 0. 56 0. 215 24. 46 0. 06816 0. £880 0. 0296 339.4 114БЗ

11 0. 74 0. 193 18. 43 0. 06815 0.2844 0.0302 £90. 9 9621

12 0. 35 0. 250 56. оа 0. 07450 0. 3326 0. 04 14 934. 6 £2600

13 0. 56 0. 220 35.71 0. 07460 0. 3960 0. 0395 831. 0 21047

14 0. 74 0. 200 26. 31 0. 07467 0.4350 0. 0380 793. 7 20900

15 0. 20 0. 250 38. 43 0. 05083 0.3309 0. 0121 £30. 7 19121

16 0. 35 0. £50 38. 42 0. 06813 0.2872 0. 0282 428. 5 15216

17 0. 56 0. 250 38. 41 0. 0862Э 0.£580 0.0541 694. 3 1£833

13 0. 74 0. 250 38. 42 0. 10014 0.2260 0. 0818 866. 7 10596

19 0. 20 0. 250 56. 12 0. 05546 0.3130 0.0196 427. 6 £1867

ГО о 0. 35 0. 250 56. 12 0. 07431 0. 3324 0. 04ОС 927. 4 ££865

21 О. 56 0. 250 56. 0Э 0. 0Э472 0.3381 0.0749 1650. 4 ££032

22 О. 74 0. 250 56. 14 0. 10979 0. 3431 0. 1059 2330. 5 ££012

Вишсння вшшву загального таску (pari шсргпв) на продсс аб-сорбцц оксидов азоту розчинами азспнса кислота проводилось при по-сшшосп парщальнаго тиску i F - фактору, (скспсримснти 9-14), рисунок 1. В таких умо-вах косфщкнт массшерсдач1 поншстю характсризуе процес, так як рушшна сила практично залишаепься постшною. При посшшому парщальному тиску, алс з гпдгоццсгошм загального, зменшуегься доля активного компоненту, тобто попршуються умови дифузп.

Анал1з скспсрименталь-

них даних показав, шо не мож- т ,,, „,. -.

А ' Температура - 311-314 К, опс-яюгь газу -

на поршнювати загалышй i м/с,»w концентраци HNO, - 58

- 58.25 %, об емна концштращв газу, %:

парщалъний тисас в процссл 1 - 38.2 - 38.42, 2 - 56.0 - 56.12

абсорбцц. Таким чином напп Рисунок 1. Вллнв щеку на коефпйент

масопередач](С« Р=с<ша1, F-фагтор=ronst).

дослщження нперше доказали

необхщшеть разнопланового урахування впливу "чистого" тиску к концентраци газу на процее абсорбцц оксидов азоту.

В трстш ccpii (скспсримснти № 1S-22) дослзджсння були проведет при постшнш концстрацц оксидов азоту i погашшй лппйнш швидкосп газового потоку, алс при р1зному тиску.

Як бачимо з данкх сксперименпв, з шдшпценням тиску кое-фццент масоперсдач1 менш значно знижуеться иж в першш ccpii сксперимезгав, тому що в данаму pa3i змипоеться F-фактор, тобто з гадвщценням тиску збшьшуеться висота шнного шару, що позитивно вшшвае на процес. Так, при об'емнш концентраци газу з 56,1 % зниження косфвдснгу масопередач1 менш значне, тж при концентраци газу 38,42 %, що ще раз шдкреслюе ранил зробленш висновок - з щцншценням концентраци газу сшр процесу зоссреджсний не тшьки в галотй, а й п рщитптш фатах.

«Т HNO3

КМО3,-

_мгтод«МПа

25.5

22.5 г

19.5 р ■■

16.5 1

13.5

10.5

7.5

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Тяос, МПа

В зв'язку з тднщценням тиску при однаковш концснтраци штрозного газу його парщальний тпск збшьшуеться, в результат! чого збшыцуеться рушшна сила промссу ггриблизно пропорционально тиску, тому швидюсть процссу переробки газу pisKo зрсстае в зв'язку з бшыиими нитратами штрозного газу.

Ввдомо, що низначення вплияу концентраци газу на ступзнь абсорбци та швидюсть кислогтоутворення е одним з найважлинших зав-дань, виршгення якого дозволить одержати понну картину про руппйну силу процссу переробки оксидиз азоту.

Концентращя газу i тиск сутгево кшшвактгь на осяовш показ ники промссу абсорбци, але ототажгашатн ix сумнлшй вплив титьки через парщальшш тиск газу (ОР/ЮО), що робилось рашш багатьма доипдниками, на нашу думку, неправоьпрно, тому що вм!ст шершв значно ншшвае на галыаст та яасш показники процссу абсорбци. _

При псоглинанш слабких газ!в змша об'ему незначна, тому що газовий струм в основному Mi стать inepr, ало з шдшпценшш концентраци активного компоненту в газ! помилка буде зростатл. На оснсш робхт Шервуда Т., Остроумова P.C., Ммера Д. i з урахуванням сказано-го вище, нами була розроблена програма разрахунку основних показ-ниив процссу абсорбци', яка допомогла уникнуги вщце названих неточностей. Подальша обробка експсриментальних даних проводилась зпдно розробленей методики.

Вгошв початковта концентрацй оксидав азозу на оснонш показники процссу низначався шд тискам 0,2-0,74 МПа, при температур! 311-314 К, лшшнш швидкосп газового потоку - 0,25 м/с. Об'емна концентращя оксида азоту змшювалась вщ 15 до 57 %, окисшсть яких становила 95-96 %. Результата дослзджень показам на рисунку 2.

Анатзуючи ix, ми бачимо, що з щдвищенням загального тиску в колош, характер залежносп косфцценту масапередаш змшюегься i бшыл значно з щдвищенням канцешрацй оксидов азоту в газ!. Так при тиску 0,2 МПа i зростанш об'емнм концентраци газу э 15 до 57 % косфццент масопередач! збшьшуеться в 1,32 рази, а при тиску 0,74 МПа i аналопчних умовах - в 4,27 рази, Такий вплив концентраци газу щс раз щцкрсслюе рании зроблений висновок про

- 12 -

наявшсгь оперу я сторони рщинно! фази, причаму з шдви-щенням таску дифузшний атр газовса фази билля значгаш.

Одним 13 фактерв штсн-сифгкади переробки оксидов азоту являеться шднищення лшшно! шнидкосп газового потоку, оскшьки при цьому збшьшуеться псюсршя контакту фаз 1 зни-жуеться дифузшний отр масапс-pcдaчi. Однак при цьому змсн-шуегься час контакту фаз. За-лежшеть косфцренту масопере-дач! гпд лшишед шнидкосп показано на рисунку 3, з якого бачи-мо, що для газу при об'емнш кон-цыпраци 38,51% 1 температур! 310-315 К з щцвщценням лншнеа шнидкосп ад 0,2 до 0,6 м/с косфццент масоперсдач1 змсн-шуегься в 1,438 рази, щд тиском 0,2 МПа, а при тиску 0,74 МПа 1 аналопчних умовах - в 1,936 рази. Таюш вплив, Ь змшою тиску 1 лшшнеа швидкосп газового потоку, проходить за рахунок персрозподалу загального ди-фузшного опору мгж. газовою 1 рздиннсю фазами.

Експериментальш дослзд-ження по вивченню нпливу тсм-ператури на процее абсорбцп кон-цешрешаних газ1в проводились год

К.003,

21 18 1S 12

9 6 3

о 10

кг HN03 мг*год»МПа

i е.

О

2o,

о.

34

20 S0 40 50 60 Об'еына хоядентращя газу, % Темпервзура - $11-314 К, тшйна шкид-юсть газу - 0.25 м/с, масова концентр ищя HNOj - S8-58.3 %, raer 11 голош, МПа: 1 - 0.2, 2 - 0.35, 3 - 0.73

Рисунок 2. Залежшсть хоефпиенту маео-передаш шд концентр адп газу.

К'103,-

•HNOi

29 26 23 20 17 14 31

8 0.:

м2« год »МПа

■ 1

ij р

5 1

4 У*

0.3 0.4 0.5 0.6 Лццйна швидкияъ газу, м/с Температура - 310-315 К, об'емян кон-центрадря тазу- 38.4 %, ошешеть - 95.4 %, масовв концентрацм 1ШОз-58.12-' 58.35 тасг, Мпа: 1 - 0.2, 2 - 0.35, 3 - 0.73

Рисунок 3. Залежтсхь коефщзевту масо-передач! ыд лаийноЗ швидкосп газу.

тискам 0,35 МПа, лшшнш швид-косп газу 0,25 м/с, об'емшй кон-центрацп газу 38,4 1 56,7 %, кон-цсшраци кислот з масовсао долею вед 45 до 63 %, температура змшюваласъ вщ 282 до 346 К. Результата дослщжснь. показат на рисунках 4^5. На рисунку 4 ба-чимо, що для кислот з масовсяо долею бшып 56 % 1снують опти-мальш тсмператури. Наприклад, якщо коефашезгт масопередазд для кислоти з масовим вмктгом 45 % з шдвщценням тсмператури змшзо-еться лшгйно, то для кислоти з ма-совою долею 56,57 % маемо максимум в итгерват температур 303308 К, для кислот бшьш високих канцешрацш максимум змццу-еться в сторону бшьш високих температур.

Из рисунка 5 видно, що з тдвтценням кондентраци газу оптимум по температур! перемпцуеть-ся в сторону бшыц високих температур при аналопчзпк умовах, тоб-то на концентрованому газ! аб-ссрбцйо моасна вести при бшьш високих температурах.

Таку змшу косфпдента масо-передач! можна пояснити р^знсяо залежшетю ввд температури 1 концен та шлих, котр! переважуклъ при пев

гг НЖ)3

-

м2>год'МПв

Температура, К Лпийва швндюяъ газу - 0.25 м/с, тиск -0.35 МПа, об'емна конденграцш газу -18.42 96, масова хондентрацм ПКОз, %: 1 - 45, 2 - 56.69, 3 - 60.52, 4 - 62.19

Рисуног 4. Вплив температури на хоефь щент масопередащ

ггНШ,

К'103,-

мг»год'МПв

, Температура, К

Лтйиа швияюстъ газу - 0.25 м/с, тиск -

0.35 МПа, об'емна хонцяптвдш газу,

1, 2-38.42, 3, 4-56.3; мвеова концентре-«и Нда5, %: 1,1 - 56.69, 3, 4 - 62.19

Рвсунох 5. Вп.игв температуря на хосфн шент месопередаш

ради ефектш гвдратацп, сольватаци шх умовах сприяючи абсорбцц або

гальмугочи и, що приводить, на налгу думку, до появн екстремушв на залсжн остях К=£(Т).

При провсдснш процссу абсорбди в промислоних умовах правильно хсрування идвсдснням тепла е основною умовою ефективноа робота абссфбщйнся колони. Отже можна шдабрати такий режим робота в колош, при якому будуть забезпечеш шхпшальш умош{ проведения процссу, що актуально при псрсробщ концентротаних газ ¿в.

ФЬико-ишчш властивссп системи МОх-ЩЮ^-НгО значно пшшваюгь на процес сдержанна азогше» кислоти. Складнкть у вив-ченш дано» системи пеш'язана перш усього з ц дтгалчтетю, а такаж 13 складним мехашзмам взаем езди окендш азоту з розчинами азотнеа кислоти. Значно впливае на даний мехашзм 1 псшмерЬащя диоксиду азоту. Експериментальт дослцгжмшя впливу концентрацц кислоти на основт показники процссу, проводились пад тиском 0,2-0,74 МПа, швидкосп газового потоку 0,25 м/с, та кислой з масовою долею кислоти 45-64 %.

Проведет достижения дозволили не титьки оцшитн хислато-утвррення в розглянутому диапазона техналапчних параметргв, а й уста-новити кшыаст показники, що необядт для одержання кислоти пограбнеа концентрацц. Так, при таску 0,35 МПа, лшшнш швидкосп газового потоку 0,25 м/с 1 температур! 310-315 К коефщхент масопередач1 значно змсншуеться теля концентрацц кислош з масовою долею 58-59 % 1 мтшмальних значить досягае при масовох концентраци кислоти 62-64%, в залежноеп вад концентрацц газу.

3 твдвищенням нмкпу кислоти в розчинах .ростуть ртноважш парщальга тиски над нилот, що приводить до зменшышя рушшноа си-ли процссу, а, як наслщок, до зниження швидкосп паглинання оксидов азоту.

Процес киробництва азотнед гаслоти з масовою долею бшьш як 60 % в значнш М1р1 заложить нщ скисносп газу, тому що навпь незнач-на »алыастъ монооксиду азоту зменшуе шшщккть поглинання активного компоненту (N^0^, N02). Взд окисносп газу заложить ршноважний парщалъний тиск оксидов азоту, який значно впливае на рушшну силу процесу.

Вгошв данаго фактору на коефщкнт масопсрсдаш i швидаасть процесу вивчався при тиску в колош 0,35 МПа, температур! 310-315 К, лшшнш шнидкосп газу 0,25 м/с, масопш хонцентрацц кислота 56,6963,34 %, об'емтй конценгртци газу 38,42 i 56,1 %.

Аналгз одержаних даних показав, що чим вшце концентрашя про-д>хщйнсй кислота, тим вщца повинна бути охисшсть газу. Так, з шдввдценням окисносп з 80 до 98,5 % косфццент масопсредач! для кислота з масавою долею 58,1 % i газу з об'емною концентращею 38,42 % змтюеться з 9341 до 15187 кг 1ШОз/(м2«год»МПа), а для газу з об'емнеяо канцентращею 56,1 % i аналопчних умов збшьшуегься вед 20796 до 23638 кг ЬШОз/(м2тод'МПа).

Заклгочним етапом дослзджснь була роз робка математзгчнеа модель Загальна кзлыасть даних (256) при 6 нсзалежних параметрах дозволила рооробити надшну модель для 2 основная критерпв процесу -косфцдент масопередач! (К, кг НКОзДм2» год • МПа) та коефцдент ко-рисног дц тарипси (ККД, д.од,)).

12,85

10290»(К<>- 0,491 )•( 1+-)

рЭ,4

К =- + T-(30,9-Ko'(73,4-14,5.G-18,9.0-9,3-W»

Ко-0,579

l+«tp(-)

0,014

Оскшьки при розрахунку arperaiiB по ниробшодтву азотно! кислота використовуеться не коефцдент масоперсдач^ а коефйпеят хорис-Hoi до таршки, то дощльно мати ршняння для його визначення а також встанашгги взаемозв'язак мик К i ККД :

ККД = -0,503 + 0,366»Р» (1-0,94* G"0-05) + 0,693* О* К"0-12 +

(1-0,602» K)J«(1+1,363/W)> (1-0,263»G)

40,109«--

К - 0,598

1+схр(-)

0,0135

ККД = ( 0.183+0.524* 10-*.К) / (1 +

дс К - косфвдент масопсрсдача, кг 1Ш0з/(м*гсд»нтм);

ККД- сфскпшшсть тармки, д.од.;

Р - тиск, атм; Т - температура, К, W - швндюсть газу, м/с;

О - концентращя газу, д.од.; О - окисшсть, д.од.;

Ко - кондешрадая кислоти, д.од.

Побудсшана нами математична модель мае високу шдштсть (ндносний огрЬс не вище 10 %) 1 тему може бути використана для тех-налопчних розрахунюв розглянуюго процссу в широкому штерваж тех-нслапчних парамстр1в, а також ввдображуе кого фазюсо-хЬачш власта-восп, мае теорстичну цшшеть для подальшого пошуку найбшьш пер-спективних шляхзв Ьпснсифисаци процссу абсорбци оксидш азоту.

3 використанням одержаних даних, матсматичнса мод юл та алгоритму на и оснош було розраховаио абсорбцшнс вщдшення систсми по псрсробдо концешрешаних газ!в в азегану кислоту з масавою чисткою 6064 %, з урахуванням оптимального вщношення процеетв конденсаци 1 абсорбци.

ВИСНОВКИ

1. Достзджсно процес абсорбци концентрованих оксидав азоту з об'емноао долею 15-57 %, шд тискам 0.2-0.74 МПа, лшшнш швидкосп газу 0.2-0.6 м/с, температур! 283-353 К, що дало змагу визначи-ти абсолклш значена показниюв процссу (коефцдент массперсдач1, шнидисть переробки оксидав азоту, ККД таршки), яга дозволили теоретично 1 практично обгрунтувати схему одержана азошея кислоти 1 в свою черту сформулзсшати рекомендаци для просктування 1 розрахунку абсорбцшного шдщлення при одержат аз огней кислоти з газхв киснсво-го 1 парокисневого окисления атаку.

1. Вивчено кшетику процссу абсорбци концешрешаних газш 1 вперите установлено роль тиску при ттосгпйному Р-факторт.

3. Установлено зменыпення коефцценту масоперждач! з гадвн-щенням тиску, пртяому з шдвищенням концентраци газу негативний вплив тиску змсншуегься, але пшидкдсть процесу значно збшьшуеться так, як pier рушийнш сшш з шдвщценням тиску бшыпе шж зменшення косфппенту мамтередач!

4. Встшювлено оптимальшпг температуряий режим процесу абсорбцц гад тискам, забезпечюючий проведения процесу на концентро-ваних газах при б1льш високих тсмепратурах (308-345 К).

5. Шдвишення лшшнел швидкосп газового потоку з ростам концентраци газу сприяе проведению процесу з бшьшою швидыстпо пе-реробки оксидав азоту i при бшьш еисских значенях коефцценту масо-передачь 3 щашппенням концентраци газу нгошв лшшной швидкосп газу на прсиес абсорбцц менш значшш, за рахунок перерозподелу за-гального дифузшнаго опору хпж газаваю i рцпшою фазами.

6. Розроблено матсматичну модель для розрахунку К i ККД, яка з достатнього надшшетю (нщноений orpix до 10%) описуе процес перс-робки ко! щентрованих оксидав азоту в вищеприведеному диапазот тех-нолопчних парамстр1в.

7. Схладеш алгоритм i програма розрахунху абсорбцншо! колони на БОМ, яю можугь бута використаш при проектуванш систем по ви-робництву азагнет кислоти.

8. Запропановано обгрунтовану тсхнолопчну схему тпдгрлення абсорбцц виробнищва азотнея кислоти при використаяш канцентрова-них оксидав азоту, яка дозволяв одержат кислоту з масовою концент-раддею до 64 %.

Оснанш матер1али диссргацц опубгакаваш в таких роботах:

1. Определение рациональных режимов переработки газов паро-кислородной конверсии аммиака /Печенко Т.И., Вррожбиян М.И., Найда Н.С., Конвисар В.И. //Мат. XIV Всесоюзной научно-технической конференции по технологии неорганических веществ и минеральных удобрений.-Львов,- 1988.- С. 130.

2.Влияние нтрозносги газа парокислороднсй конверсии аммиака на концентрацию продукционной кислоты /Конвисар В.И., Пе-

ченко Т.И., Воражбиян М.И., Найда Н.С., Копейкина А.И.//Весшик ХПИ: технология неорганических веществ.- 1988.-Bim.i2.-N 260.-С. 48-49.

3.Влияние ряда тсхнолапгческих параметров на содержание растворенных оксидов азота в азотной кислоте /Конвисар В.И., Печенко Т.Н.,Воражбиян М.И.,Найда Н.С., Лезная Н.В, // Мат. VI Всесоюзного семинара "Совершенствование агрегатов производства азотной кислоты".- Черкассы.-1988.-С.SS.

4.Исследование влияния температуры на поглощение оксидов азота растворами азотной кислоты /Конвисар В.И.,Печснко Т.И., Во-рсосбиян М.И., Найда Н.С., Грицай E.H. // Вестник ХПИ: технология неорганических веществ.-1988.-Вып. 12,- N 260,- С. 45-47,

5.Влияние основных параметров на интенсивность абсорбции тазов паракислсроднай конверсии аммиака /Конвисар В.И., Пе-ченко Т.И., Воражбиян М.И., Найда Н.С. // Мат.сов. "Работы в области массообменных процессов за период 1986-1990 г. по координационному плану головного подразделения" - С евсрод онецк. -1959. - С. 46-47.

6. Получение 65%-ной азотной кислоты при переработке газов па-рокислсродной конверсии аммиака /Конвисар В.И., Печенко Т.И., Ворожбиян М.И., Найда Н.С., Лезная Н.В. // Мат.сов. "Работы в области массообменных процессов за период 1986-1990 г. по координационному плану головного подразделения" - Ссверодонецк.-1989.-С. 48-49.

7.К вопросу создания экологически чистого производства азотной кислоты с применением кислорода /Лобойко АЛ., Чсркашин В.И., Воражбиян М.И., Найда Н.С., Елизнюк О.Н. // Мат. VII Всесоюзного семинара "Совершенствование агрегатов производства азотной кисло-ты".-Харьков.-1991,- С. 46-48.

8.Выбор технологического режима переработки газов парсясисло-родной конверсии аммиака в неконцентрированную азотную кислоту / Конвисар В.И., Печенко Т.И., Воражбиян М.И., Найда Н.С., Елизнюк О.Н. // Мат. УП Всесоюзного семинара "Совершенствование агрегатов производства азошой кислоты"- Харьков.-1991.- С. 55-58.

Naida N.S. The processing of concentrated nitrogen oxides to nitric acid.

The thesis far a Candidate of technical Science degree, speciality 05,17,01 - technology of inorganic substances, Kharkov State Polytcchmcal University, Kharkov, 1996.

The thesis containing the theoretical and experimental investigations as for technology of processing concentrated gases to nitric acid is defended.

The mathematical model of processing concentrated nitrogen oxides to nitric acid was elaborated. The model describes the process in the wide range of physico-chemical and hydrodynamic parameters.

The algorhythm of the calculation of equilibrium partial pressures was suggested taking into consideration the change of the volume of gases.

The variant of technological scheme of processing concentrated nitrogen oxides to nitric acid with 62-64 % mass concentration at oxygen and vapour-oxygen ammonia conversion was considered.

Найда H.C. Переработка концентрированных оксидов азота в азотную кислоту.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.01 - технология неорганических веществ, Харьковский государственый политехнический университет, Харьков, 19.96.

Защищается диссертационная работа которая содержит теоретические и экспериментальные исследования по технологии переабогки концентрированных газов в азотную кислоту.

Разработана математическая модель процесса переработки концентрированных оксидов азота описывающая данный процесс в широком диапазоне физико-химических и гидродинамических параметров процесса.

Предложен алгоритм расчета равновесных парциальных давлений с учетом изменения объема газов.

Рассмотрен вариант технологической схемы по переработке концентрированных оксидов азота в азотную кислоту с массовым содержа-

нием 62-64 %, полученных при кислородной и парокислородной конверсии аммиака.

Ключом слава;

Азсггна кислота, кондешроваш оксида азоту, окисшсть газу, абсорбцш, кислотоутворсння, шнидкзеть персробки оксидов азоту, рушшна сила продесу, косфщЮТт масаперсдачт.

Автор висловлюе подотку доцентов! кафедри х1м1чно1 технологи неоргашчних речешин, катал!зу та сколоти Ворожбшну Михайлов! 1ва-навичу за допсмогу при обшворенш результатов дослщжень та оформ-ленш робота.

/