O ácido nítrico está entre os mais exigidostipos de matérias-primas industriais. A sua produção pode ser efectuada por diversos métodos - dependendo do tipo de ácido a fornecer ao cliente. Qual é a essência das respectivas tecnologias? Como eles se relacionam com o tipo de ácido nítrico produzido na fábrica?
Produção industrial de ácido nítrico: história do desenvolvimento da tecnologia
Em primeiro lugar, será útil estudar o históricofatos sobre como a produção de ácido nítrico se desenvolveu na Rússia. Na indústria nacional, a liberação desta substância, se seguirmos as informações disponíveis, foi iniciada sob Peter I. Posteriormente, M.V. Lomonosov propôs um método para a produção de ácido nítrico a partir de nitrato - esta substância era na verdade considerada a principal matéria-prima para a produção da substância em questão até o início do século XX.
Junto com o 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 deste 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, que é 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. Existe também 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.
Matérias-primas para produção de ácido nítrico
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, deve-se usar condensado puro para obter a substância em questão.
Estudaremos as variedades em que a substância em questão pode estar representada, bem como a forma como cada tipo de ácido nítrico é produzido.
Variedades de ácido nítrico e as principais etapas de sua liberação
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:
- conversão de amônia (seu produto final é o óxido de nitrogênio);
- obtenção de dióxido de nitrogênio;
- a implementação da absorção de óxidos de nitrogênio no uso de água.
Nas empresas industriais modernas, a produção de ácido nítrico diluído é comum 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 em uma forma diluída ou por síntese direta. O primeiro método permite, em regra, obter uma solução ácida numa concentração de cerca de 68%, que pode ser insuficiente para a utilização da substância em questão em vários domínios. Portanto, o método de síntese direta também é comum, o que permite obter uma substância em uma concentração de cerca de 97-98%.
Vamos considerar em mais detalhes comoprodução de ácido nítrico de uma forma ou de outra. Notamos acima que a liberação de uma substância diluída pode ser realizada de acordo com o esquema AK-72. Vamos estudar seus detalhes primeiro.
Produção de ácido diluído usando tecnologia AK-72
O esquema em consideração, através do qual é realizada a produção de ácido nítrico, envolve a utilização de um ciclo fechado, acompanhado de:
- conversão de amônia;
- resfriamento de gases associados a uma pressão de cerca de 0,42-0,47 MPa:
- a implementação da absorção de óxidos sob uma pressão de cerca de 1,1-1,26 MPa.
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:
- garantir o fluxo de ar da atmosfera para a unidade industrial e purificá-la;
- compressão do ar, dividindo-o em fluxos tecnológicos;
- a realização da evaporação da amônia, purificação do gás correspondente do óleo e outras impurezas, bem como seu posterior aquecimento;
- misturar amônia purificada e ar, depois purificar essa mistura e transferi-la para o catalisador;
- produção de gases nitrosos e seu resfriamento;
- coleta de condensado com ácido nítrico;
- concentração e absorção de ácido nítrico;
- resfriamento e purificação do produto resultante.
O ácido acabado é enviado para armazenamento ou para o cliente.
Juntamente com a tecnologia em consideração, queestá sendo produzido ácido nítrico - AK-72, e está sendo utilizado outro conceito popular para a produção da substância correspondente, que envolve garantir o funcionamento da infraestrutura industrial sob uma pressão de cerca de 0,7 MPa. Vamos considerar seus recursos.
Tecnologia de liberação de produto sob pressão de 0,7 MPa: nuances
Através da tecnologia em questão,o ácido nítrico não concentrado está sendo produzido como alternativa ao conceito AK-72. Envolve a implementação das seguintes etapas de liberação da substância em questão.
Em primeiro lugar, como na tecnologia anterior,o ar atmosférico é purificado. Para tanto, via de regra, é utilizado um filtro de dois estágios. Em seguida, o ar purificado é comprimido com um compressor de ar - até aproximadamente 0,35 MPa. Ao mesmo tempo, o ar aquece - a uma temperatura de cerca de 175 graus e precisa ser resfriado. Depois de resolvido esse problema, ele é enviado para a área de compressão adicional, na qual sua pressão aumenta para aproximadamente 0,716 MPa. O fluxo de ar resultante, por sua vez, é aquecido a uma alta temperatura - cerca de 270 graus pela ação de gases nitrogênio. Em seguida, é misturado à amônia em área especial da unidade industrial. A substância correspondente está envolvida na liberação de ácido, inicialmente no estado gasoso, que se forma pela evaporação do líquido. Além disso, a amônia deve ser purificada. Após o preparo, o gás é aquecido e fornecido ao misturador simultaneamente com o ar. Essa mistura também é filtrada e, após purificação, alimentada para conversão de amônia. O procedimento correspondente é realizado com malhas feitas de uma liga de platina e ródio em temperatura muito alta - cerca de 900 graus. A taxa de conversão é de cerca de 96%.
Produção de ácido nítrico fraco porA tecnologia em consideração envolve a formação de gases nitrosos. Eles são descarregados em uma área especial da unidade industrial onde são resfriados. Com isso, a água purificada evapora e surge vapor com alta pressão. Os gases nitrosos que passam pela área correspondente da unidade industrial passam para o oxidante. Vale ressaltar que sua oxidação ocorre parcialmente já na etapa anterior da produção de ácido. Mas no agente oxidante fica 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 posteriormente encaminhados ao condensador.
Depois disso, o ácido nítrico é formado em uma forma fracaconcentração. É necessário separar os gases nitrosos restantes - para isso é usado um separador. A partir dele, o ácido nítrico é fornecido para a área de absorção da unidade industrial. O ácido flui subsequentemente para as áreas do aparelho localizadas abaixo. Ao mesmo tempo, interage com os óxidos de nitrogênio, aumentando sua concentração. Na saída é cerca de 55-58%. Via de regra, contém óxidos dissolvidos que precisam ser extraídos: para isso, a substância é enviada para a área de purga da unidade. Usando ar aquecido, os óxidos são extraídos do ácido. O produto acabado é colocado em armazém ou enviado ao cliente.
Produção de ácido concentrado: síntese direta
Tendo considerado como a produção é realizadaácido nítrico diluído, estudaremos as especificidades da liberação de uma substância concentrada. Entre as tecnologias mais econômicas utilizadas em 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 estimularuma reação química entre a substância especificada, água e oxigênio sob uma pressão de cerca de 5 MPa. A tecnologia pela qual o ácido nítrico concentrado é produzido a partir do ácido nítrico diluído tem uma nuance: é possível garantir a transição do dióxido de nitrogênio para a forma líquida a pressões e temperaturas próximas às atmosféricas. Porém, em algumas reações a concentração da substância correspondente é insuficiente para transformá-la no estado líquido à pressão normal, devendo ser aumentada.
Produção de ácido concentrado à base de ácido diluído
Neste caso, a concentração é assumidaácidos através de substâncias absorventes - como ácidos sulfúrico, fosfórico, diversas soluções de nitratos. As principais etapas da produção do ácido nítrico concentrado à base de ácido sulfúrico diluído são as seguintes.
Primeiro, as matérias-primas são divididas em 2 fluxos:o primeiro é fornecido ao evaporador, o segundo entra na área fria da unidade industrial. O ácido sulfúrico é fornecido a uma área do aparelho localizada acima do segundo fluxo de ácido nítrico diluído. Por sua vez, o vapor é fornecido à parte inferior da unidade, que aquece a mistura utilizada, fazendo com que o ácido nítrico evapore. Seus vapores sobem pelo aparelho e depois são descarregados na geladeira. Lá, o vapor ácido se condensa até sua concentração atingir 98-99%.
Ao mesmo tempo, alguns dos presentesEsta fase da produção de óxido de nitrogênio é absorvida pelo ácido. Devem ser extraídos do produto: na maioria das vezes, para esse fim, utiliza-se vapor de ácido nítrico, que é enviado ao condensador. Os óxidos de nitrogênio extraídos, assim como os vapores ácidos que não formaram condensação, são enviados para outra área do aparelho - para absorção, onde são tratados com água. Como resultado, forma-se ácido diluído, que é novamente fornecido para condensação e resfriamento. O produto acabado é enviado ao armazém ou ao cliente.
Características de concentração usando ácido sulfúrico
A principal tarefa que caracterizaprodução de ácido nítrico na indústria - a implementação de concentração econômica e eficiente. Existem várias abordagens para desenvolver um esquema ideal para resolvê-lo. Será útil considerar aqueles que estão entre os mais comuns.
Observamos acima que para concentraçãoA substância em questão pode ser ácido sulfúrico. Existe uma forma bastante comum de aumentar a eficiência de seu uso - um aumento preliminar na concentração de ácido nítrico por evaporação. É ideal que antes do tratamento com ácido sulfúrico a substância correspondente tenha uma concentração de cerca de 59-60%. É interessante notar que na prática esta tecnologia para a produção de ácido nítrico é caracterizada por um baixo nível de respeito ao meio ambiente. Portanto, como alternativa ao uso do ácido sulfúrico, é comum o uso de nitratos. Vamos estudar suas especificidades com mais detalhes.
Concentração com nitratos
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 amigo do ambiente do que o método que envolve a utilização de ácido sulfúrico. Além disso, esta tecnologia permite-nos garantir a mais alta qualidade do ácido nítrico como produto final.
No entanto, apresenta 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, esta tecnologia envolve em muitos casos a geração de resíduos sólidos, cujo processamento pode ser complicado.
Aplicação de catalisadores na produção de ácido nítrico
Será útil considerar que outras substânciassão utilizados juntamente com as principais matérias-primas para a produção do produto em questão na produção industrial (na maioria das vezes os catalisadores são considerados como tal) de ácido nítrico. A utilização das substâncias em causa deve-se à necessidade de aumentar a rentabilidade da produção de ácidos e aumentar a dinâmica da sua produção numa unidade industrial.
O principal requisito para um catalisador quandoprodução do produto em questão - seletividade de ação. Ou seja, deve afetar a reação química principal sem afetar os processos secundários. Na maioria das vezes, catalisadores contendo platina são usados na produção de ácido.
Observamos acima que após o lançamentode uma substância fracamente concentrada a pressão elevada, são utilizados catalisadores à base de platina e ródio. Em alguns casos, também são utilizadas ligas com adição de paládio. Mas o principal metal neles é a platina, seu conteúdo costuma ser 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. Esta característica provoca uma maior concentração de amônia, principal matéria-prima para a produção de ácido nítrico, na superfície de um determinado catalisador, quando comparada com a concentração no ar. É possível aumentar a gravidade específica de várias reações colaterais, nas quais se observa oxidação incompleta e formação de nitrogênio ou seu óxido. A este respeito, o oxigénio na superfície deve estar presente numa quantidade suficiente para deslocar o amoníaco. Neste caso, será possível obter uma oxidação suficientemente profunda.
Pode-se notar que, juntamente com a platinacatalisadores; substâncias combinadas também são utilizadas na produção de ácido nítrico. Em particular, ferro-cromo. Permitem reduzir significativamente os custos económicos que caracterizam a produção da substância em questão.
Então, procuramos maneiras de produzir nitrogênioácido, seus principais tipos foram identificados. Quantas etapas de produção de ácido nítrico precisam ser implementadas depende do seu tipo, bem como da tecnologia específica para a produção da substância correspondente. Será agora útil considerar quais as dificuldades que caracterizam a produção industrial deste produto, muito procurado em muitas áreas da economia.
Principais problemas na produção de ácido nítrico
Então, como já sabemos, a produção de nitrogênioácidos por método de contato - 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 com a produção do produto em questão é o preço bastante elevado do catalisador correspondente. Porém, sua seletividade nem sempre atinge o valor ideal. Além disso, uma porção significativa da platina usada como elemento principal do catalisador pode ser perdida durante a produção. Como resultado, novamente, a eficiência económica do lançamento do produto diminui.
Outro problema que caracteriza a produçãoácido nítrico - ambiental. Observamos acima que na concentração de matérias-primas pode-se utilizar ácido sulfúrico e, ao passar pelo ciclo de produção correspondente, formam-se substâncias nocivas. Uma alternativa neste caso pode ser a utilização de nitratos – mas isto, mais uma vez, implica um aumento dos custos económicos. No entanto, o fator ambiental para os fabricantes modernos é hoje tão significativo quanto o nível de rentabilidade da produção.
