Переработка оксидов азота в азотную кислоту.

Переработка оксидов азота в азотную кислоту является сложным процессом непрерывного окисления NO до NO₂, образования N₂O₃ и N₂O₄, взаимодействия оксидов азота (III) и (IV) с водой в газовой и жидкой фазах с образованием азотной и азотистой кислот.

Образовавшиеся при окислении аммиака нитрозные газы содержат в основном окись азота (так как нитрозные газы выходят из контактного аппарата при температуре 800ºС), из которой при дальнейшем окислении (при охлаждении ниже 100ºС) получаются высшие оксиды азота.

Последовательное образование из окиси азота высших окислов азота протекает по следующим уравнениям реакций:

2NO + O₂ = 2NO₂ + 124 кДж (3.2)

2NO₂ = N₂O₄ + 56,9 кДж (3.3)

NO + NO₂ = N₂O₃ + 40,1 кДж (3.4)

Целевой реакцией при окислении окислов азота является реакция (3.2). Её особенность состоит в том, что она имеет отрицательный температурный градиент, т.е. скорость реакции увеличивается с понижением температуры.

Степень окисления окиси азота зависимост от температуры и давления. Понижение температуры и повышение давления газа смещают реакцию (3.2) вправо. При температуре ниже 200ºС и давлении 1 атм реакция окисления окиси азота может протекать почти на 100%. При температурах выше 700ºС происходит почти полная диссоциация двуокиси азота на окись азота и кислород.

Достигнуть полного окисления окиси азота очень трудно, даже при повышении давления от 1 атм до 8 атм.

Для ускорения медленно протекающей реакции окисления оксида азота (II) необходимо применять пониженные температуры, высокие давления и, по возможности, высокие концентрации окиси азота и кислорода в газе.

Окислы азота перерабатывают в неконцентрированную азотную кислоту посредством их поглощения из газовой фазы водой или разбавленной азотной кислотой. Для этого нитрозные газы охлаждают и направляют в поглотительные башни или абсорбционные колонны, где происходит окисление NO и поглощение образовавшихся окислов азота.

В газовой фазе в зависимости от условий охлаждения и окисления могут присутствовать окислы азота различной степени окисления. Все они, за исключением оксида азота (II), реагируют с водой.

Процесс кислотообразования является сложным и складывается из следующих стадий:

1. диффузия окислов азота из газовой фазы в жидкую;

2. взаимодействие окислов азота с водой и образование азотной и азотистой кислот;

3. разложение азотистой кислоты и возвращение образующейся при этом окиси азота в газовую фазу.

Реакция образования кислоты:

2NO₂ + H₂O = НNO₃ + HNO₂ + 116,2 кДж (3.7)

Азотистая кислота малоустойчива и разлагается с образованием азотной кислоты и окиси азота

3HNO₂ = НNO₃ + H₂O + 2NO - 75,8 кДж (3.8)

При обычных условиях равновесное содержание азотистой кислоты в разбавленной азотной кислоте очень мало.

Повышение температуры приводит к быстрому увеличению скорости распада азотистой кислоты, особенно при температуре выше 40ºС. Когда для лучшего поглощения окислов азота необходимо стремиться к низким температурам, главную роль в ускорении распада азотистой кислоты играют интенсивное перемешивание и разбрызгивание кислоты в башнях, ускоряющее выделение окиси азота из жидкой фазы и окисление ее до двуокиси азота.

Образующаяся при разложении азотистой кислоты окись азота частично окисляется в жидкой фазе растворенным в кислоте кислородом. При интенсивном перемешивании нитрозного газа с растворами азотной кислоты на границе фаз может протекать процесс прямого окисления окиси азота по уравнению (3.2).

Главными факторами, определяющими высокую скорость образования азотной кислоты, являются проведение абсорбции под давлением при пониженных температурах с применением богатых по содержанию окислов азота нитрозных газов и создание условий для более полного соприкосновения газа с жидкостью.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: