Produksi asam nitrat dalam industri: teknologi, tahapan, fitur

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Asam nitrat adalah salah satu jenis bahan baku industri yang paling banyak diminati. Produksinya dapat dilakukan dengan metode yang berbeda - tergantung pada jenis asam yang harus dipasok ke pelanggan. Apa inti dari teknologi yang relevan? Bagaimana perbandingannya dengan jenis asam nitrat yang diproduksi di pabrik?

Produksi industri asam nitrat: sejarah perkembangan teknologi

Pertama-tama, akan berguna untuk mempelajari fakta sejarah tentang bagaimana produksi asam nitrat berkembang di Rusia. Di industri dalam negeri, pelepasan zat ini, menurut informasi yang tersedia, dimulai di bawah Peter I. Selanjutnya, M. V. Lomonosov mengusulkan metode untuk produksi asam nitrat dari sendawa - zat ini sebenarnya dianggap sebagai bahan baku utama untuk produksi substansi yang bersangkutan sampai awal abad ke-20.

Bersama sendawa, produksi asam nitrat di industri dilakukan dengan menggunakan asam sulfat. Dua zat yang dipertimbangkan, berinteraksi satu sama lain, membentuk asam nitrat dan natrium sulfur oksida. Keuntungan dari inimetodenya adalah kemampuan untuk memperoleh asam nitrat pada konsentrasi sekitar 96-98% (tergantung penggunaan bahan baku dengan kualitas yang dipersyaratkan).

Teknologi yang sesuai telah ditingkatkan secara aktif - demi meningkatkan kecepatan pemrosesan bahan baku dan memastikan output produk dalam volume yang lebih besar. Namun lambat laun, konsep tersebut memberi jalan bahwa produksi asam nitrat dilakukan melalui oksidasi kontak amonia.

Juga, sebuah metode ditemukan di mana oksida nitrat, diperoleh dengan oksidasi busur gas yang sesuai dari atmosfer, digunakan sebagai bahan baku utama untuk produksi asam. Ada sudut pandang yang tersebar luas bahwa metode pertama lebih hemat biaya.

Dengan peningkatan pendekatan teknologi untuk produksi asam nitrat, sebuah pendekatan telah dibentuk yang dengannya opsi paling optimal untuk produksi zat yang sesuai adalah penggunaan infrastruktur industri yang beroperasi di bawah tekanan tinggi. Alternatif untuk itu adalah produksi asam pada tekanan atmosfer, yang dianggap kurang menguntungkan dari sudut pandang ekonomi.

Pelepasan zat pada tekanan normal atau tinggi melibatkan produksi asam nitrat dari amonia. Ada juga metode gabungan yang menggabungkan keunggulan dari dua lainnya. Fitur produksi asam nitrat dengan metode gabungan adalah, pertama, dalam oksidasi amonia pada tekanan atmosfer, dan penerapan penyerapannya - padameningkat.

Ammonia sekarang dianggap sebagai bahan baku utama untuk pelepasan zat tersebut, bersama dengan air dan udara atmosfer. Mari kita pelajari lebih detail penggunaannya dalam produksi asam.

bahan baku asam nitrat

Jadi, bahan baku utama yang digunakan dalam pembuatan zat tersebut adalah amonia, udara, dan juga air.

Ini membutuhkan penggunaan amonia murni. Untuk melakukan ini, itu dimurnikan dalam peralatan penguapan dan distilasi khusus dalam kerangka berbagai siklus produksi. Demikian pula, udara bersih harus digunakan saat mengeluarkan asam nitrat. Itu juga disaring menggunakan peralatan khusus. Pada gilirannya, air yang digunakan dalam produksi asam nitrat dimurnikan dari kotoran dan garam. Dalam banyak kasus, kondensat murni harus digunakan untuk mendapatkan zat tersebut.

Mari kita pelajari jenis zat yang dimaksud yang dapat disajikan, serta bagaimana setiap jenis asam nitrat diproduksi.

Varietas asam nitrat dan tahap utama pelepasannya

Ada 2 jenis asam nitrat yang diproduksi di pabrik industri modern - encer dan pekat. Produksi asam nitrat encer dilakukan dalam 3 tahap utama:

• konversi amonia (produk akhirnya adalah oksida nitrat);
• menghasilkan nitrogen dioksida;
• implementasi penyerapan nitrogen oksida padapenggunaan air.

Produksi asam nitrat encer tersebar luas di perusahaan industri modern di bawah apa yang disebut skema AK-72. Tapi tentu saja ada teknologi lain untuk pelepasan zat ini.

Pada gilirannya, produksi asam nitrat pekat dapat dilakukan dengan meningkatkan tingkat zat yang sesuai dalam bentuk encer atau melalui sintesis langsung. Metode pertama, sebagai suatu peraturan, memungkinkan untuk memperoleh larutan asam pada konsentrasi sekitar 68%, yang mungkin tidak cukup untuk aplikasi zat yang bersangkutan di sejumlah area. Oleh karena itu, metode sintesis langsung juga umum, yang memungkinkan untuk memperoleh zat dalam konsentrasi sekitar 97-98%.

Mari kita lihat lebih dekat bagaimana asam nitrat diproduksi dalam satu bentuk atau lainnya. Di atas, kami mencatat bahwa pelepasan zat encer dapat dilakukan sesuai dengan skema AK-72. Mari kita pelajari dulu spesifikasinya.

Produksi asam encer menggunakan teknologi AK-72

Skema yang dipertimbangkan, di mana produksi asam nitrat dilakukan, melibatkan penggunaan siklus tertutup, disertai dengan:

• konversi amonia;
• pendinginan gas terkait pada tekanan sekitar 0,42-0,47 MPa:
• melakukan penyerapan oksida di bawah tekanan orde 1,1-1,26 MPa.

Produk akhir skema AK-72 adalah asam nitrat dengan konsentrasi sekitar 60%. Produksi asam nitrat dalamteknologi yang sedang dipertimbangkan dilakukan dalam kerangka tahapan seperti:

• memastikan masuknya udara dari atmosfer ke unit industri dan pembersihannya;
• mengompresi udara, memisahkannya menjadi aliran teknologi;
• penguapan amonia, pemurnian gas yang sesuai dari minyak dan kotoran lainnya, serta pemanasan selanjutnya;
• pencampuran amonia dan udara murni, pemurnian selanjutnya dari campuran ini dan pemindahannya ke katalis;
• mendapatkan gas nitrous dan pendinginannya;
• pengumpulan kondensat dengan asam nitrat;
• konsentrasi dan penyerapan asam nitrat;
• pendinginan dan pembersihan produk yang dihasilkan.

Asam jadi dikirim ke gudang atau pelanggan.

Seiring dengan teknologi yang sedang dipertimbangkan untuk produksi asam nitrat - AK-72, konsep populer lain untuk pelepasan zat yang sesuai digunakan, yang melibatkan memastikan pengoperasian infrastruktur industri pada tekanan sekitar 0,7 MPa. Pertimbangkan fitur-fiturnya.

Teknologi rilis produk di bawah tekanan 0,7 MPa: nuansa

Teknologi yang dimaksud menghasilkan asam nitrat non-konsentrat sebagai alternatif dari konsep AK-72. Ini melibatkan pelaksanaan tahapan berikut pelepasan zat tersebut.

Pertama-tama, seperti pada teknologi sebelumnya, udara atmosfer dibersihkan. Untuk tujuan ini, sebagai aturan, filter dua tahap digunakan. Selanjutnya, udara yang telah dibersihkan dikompresimelalui kompresor udara - hingga sekitar 0,35 MPa. Dalam hal ini, udara dipanaskan - hingga suhu sekitar 175 derajat, dan itu harus didinginkan. Setelah masalah ini diselesaikan, ia menuju ke area kompresi tambahan, di mana tekanannya meningkat menjadi sekitar 0,716 MPa. Aliran udara yang dihasilkan, pada gilirannya, dipanaskan hingga suhu tinggi - sekitar 270 derajat melalui aksi gas nitro. Kemudian dicampur dengan amonia di area khusus unit industri. Zat yang sesuai diaktifkan ketika asam awalnya dilepaskan dalam keadaan gas, yang terbentuk karena penguapan cairan. Selain itu, amonia harus dimurnikan. Setelah persiapan, gas dipanaskan dan dimasukkan ke dalam mixer bersamaan dengan udara. Campuran ini juga disaring dan, setelah pemurnian, diumpankan ke konversi amonia. Prosedur yang sesuai dilakukan dengan menggunakan mesh paduan platinum dan rhodium pada suhu yang sangat tinggi - sekitar 900 derajat. Tingkat konversi sekitar 96%.

Produksi asam nitrat lemah menurut teknologi yang sedang dipertimbangkan melibatkan pembentukan gas nitrous. Mereka dibawa ke area khusus unit industri, di mana mereka didinginkan. Karena ini, air murni menguap dan munculnya uap dengan tekanan tinggi. Dilakukan melalui area unit industri yang sesuai, gas nitrous bergerak ke oksidator. Perlu dicatat bahwa oksidasi mereka sebagian sudah terjadi pada sebelumnyalangkah produksi asam Tapi dalam oksidator itu menjadi lebih intens. Dalam hal ini, gas nitro dipanaskan hingga suhu sekitar 335 derajat. Selanjutnya didinginkan dalam heat exchanger khusus, kemudian dikirim ke kondensor.

Setelah itu, asam nitrat terbentuk dalam konsentrasi yang lemah. Penting untuk memisahkan gas nitro yang tersisa darinya - pemisah digunakan untuk ini. Dari situ, asam nitrat diumpankan ke area penyerapan unit industri. Asam kemudian mengalir ke area peralatan di bawah ini. Pada saat yang sama, ia berinteraksi dengan nitrogen oksida, akibatnya konsentrasinya meningkat. Pada output, sekitar 55-58%. Biasanya mengandung oksida terlarut yang harus dihilangkan: untuk ini, zat tersebut dikirim ke area pembersihan unit. Dengan bantuan udara panas, oksida diekstraksi dari asam. Produk jadi ditempatkan di gudang atau dikirim ke pelanggan.

Produksi asam pekat: sintesis langsung

Setelah mempertimbangkan bagaimana produksi asam nitrat encer dilakukan, kami akan mempelajari secara spesifik pelepasan zat pekat. Produksi asam dengan sintesis langsung dari bahan mentah dalam bentuk nitrogen oksida adalah salah satu teknologi paling hemat biaya yang digunakan di perusahaan dengan profil yang relevan.

Inti dari metode ini adalah untuk merangsang reaksi kimia antara zat tertentu, air, dan oksigen di bawah tekanan sekitar 5 MPa. Teknologi dimana produksi asam nitrat dilakukantipe terkonsentrasi berdasarkan yang encer, memiliki nuansa: memastikan transisi nitrogen dioksida menjadi bentuk cair dimungkinkan pada tekanan dan suhu yang mendekati atmosfer. Namun, dalam beberapa reaksi, konsentrasi zat yang sesuai tidak cukup untuk mentransfernya ke keadaan cair pada tekanan normal, dan itu harus ditingkatkan.

Produksi asam pekat berdasarkan asam encer

Dalam hal ini, diasumsikan bahwa asam dipekatkan melalui zat penyerap - seperti sulfat, asam fosfat, berbagai larutan nitrat. Langkah-langkah utama dalam produksi asam nitrat pekat berdasarkan asam sulfat encer adalah sebagai berikut.

Pertama, bahan baku dibagi menjadi 2 aliran: yang pertama diumpankan ke evaporator, yang kedua - memasuki area dingin unit industri. Asam sulfat dimasukkan ke dalam daerah peralatan di atas aliran asam nitrat encer kedua. Pada gilirannya, uap disuplai ke bagian bawah unit, yang memanaskan campuran yang digunakan, akibatnya asam nitrat menguap darinya. Uapnya naik ke peralatan, setelah itu dipindahkan ke lemari es. Di sana, uap asam mengembun - hingga konsentrasinya mencapai 98-99%.

Pada saat yang sama, beberapa nitrogen oksida yang ada selama tahap produksi ini diserap oleh asam. Mereka harus diekstraksi dari produk: paling sering, uap asam nitrat digunakan untuk tujuan ini, yang dikirim ke kondensor. Oksida nitrogen yang diekstraksi, serta uap asam yang tidak membentuk kondensat, dikirim ke area lain dari peralatan - untuk penyerapan, di mana mereka diperlakukan dengan air. Akibatnya, asam encer terbentuk, yang sekali lagi diumpankan ke kondensasi dan pendinginan. Produk jadi dikirim ke gudang atau ke pelanggan.

Fitur konsentrasi dengan asam sulfat

Tugas utama yang menjadi ciri produksi asam nitrat dalam industri adalah penerapan konsentrasi yang hemat biaya dan efisien. Ada beberapa pendekatan untuk mengembangkan skema optimal untuk menyelesaikannya. Akan berguna untuk mempertimbangkan yang paling umum.

Kami mencatat di atas bahwa asam sulfat dapat digunakan untuk mengonsentrasikan zat yang bersangkutan. Ada cara yang cukup umum untuk meningkatkan efektivitas penggunaannya - peningkatan awal konsentrasi asam nitrat melalui penguapan. Secara optimal, sebelum perawatan dengan asam sulfat, zat yang sesuai akan memiliki konsentrasi sekitar 59-60%. Perlu dicatat bahwa dalam praktiknya, teknologi produksi asam nitrat ini ditandai dengan tingkat keramahan lingkungan yang rendah. Oleh karena itu, sebagai alternatif penggunaan asam sulfat, penggunaan nitrat sudah umum. Mari kita pelajari lebih detailnya.

Konsentrasi dengan nitrat

Paling sering, magnesium atau seng nitrat digunakan untuk memecahkan masalah yang sedang dipertimbangkan, yang mencirikan produksi asam nitrat dari amonia. Pertama-tama, ini jauh lebih ramah lingkungan daripada metodenyamelibatkan penggunaan asam sulfat. Selain itu, teknologi ini memastikan kualitas asam nitrat tertinggi sebagai produk akhir.

Pada saat yang sama, ia memiliki sejumlah kekurangan, yang menentukan munculnya kesulitan dalam penerapannya secara luas. Pertama-tama, ini adalah biaya proses produksi yang agak tinggi. Selain itu, teknologi ini dalam banyak kasus melibatkan produksi limbah padat, yang pengolahannya bisa jadi rumit.

Penggunaan katalis dalam produksi asam nitrat

Akan berguna untuk mempertimbangkan zat lain apa yang digunakan bersama dengan bahan baku utama untuk produksi produk yang bersangkutan dalam produksi asam nitrat industri (paling sering dianggap sebagai katalis). Penggunaan zat tersebut dikarenakan kebutuhan untuk meningkatkan profitabilitas produksi asam, meningkatkan dinamika keluarannya pada suatu unit industri.

Persyaratan utama katalis dalam produksi produk yang dimaksud adalah selektivitas aksi. Artinya, harus mempengaruhi reaksi kimia utama tanpa mempengaruhi proses samping. Paling sering, katalis digunakan dalam produksi asam, yang mengandung platinum.

Di atas, kami mencatat bahwa ketika zat dengan konsentrasi lemah dilepaskan pada tekanan tinggi, katalis berdasarkan platinum dan rhodium digunakan. Dalam beberapa kasus, paduan dengan tambahan paladium juga digunakan. Tapi logam utama di dalamnya adalahplatinum, isinya biasanya tidak kurang dari 81%. Inti dari katalis dalam hal ini adalah untuk merangsang bagian yang cepat dari reaksi kimia utama. Biasanya, ia melewati bagian difusi eksternal.

Proses tergantung pada batas difusi oksigen relatif terhadap permukaan katalis. Fitur ini menyebabkan konsentrasi amonia yang lebih tinggi, bahan baku utama untuk produksi asam nitrat, pada permukaan salah satu atau terkadang katalis, jika dibandingkan dengan konsentrasi di udara. Dimungkinkan untuk meningkatkan berat jenis dari berbagai reaksi samping di mana oksidasi tidak lengkap dan pembentukan nitrogen atau oksidanya diamati. Dalam hal ini, oksigen di dekat permukaan harus dalam jumlah yang cukup untuk menggantikan amonia. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk mencapai oksidasi yang cukup dalam.

Dapat dicatat bahwa, bersama dengan katalis platinum, zat gabungan juga terlibat dalam produksi asam nitrat. Secara khusus, besi-kromium. Mereka dapat secara signifikan mengurangi biaya ekonomi yang menjadi ciri produksi zat tersebut.

Jadi, kami telah mempertimbangkan metode produksi asam nitrat, mengidentifikasi jenis utamanya. Berapa banyak tahap produksi asam nitrat yang perlu dilaksanakan tergantung pada jenisnya, serta teknologi spesifik untuk pelepasan zat yang sesuai. Akan berguna sekarang untuk mempertimbangkan kesulitan apa yang mencirikan produksi industri produk ini, yang diminati di banyak bidang ekonomi.

Masalah utama dalamproduksi asam nitrat

Jadi, seperti yang sudah kita ketahui, produksi asam nitrat dengan metode kontak - salah satu yang paling umum di industri modern, melibatkan penggunaan katalis untuk mempercepat oksidasi amonia dan meningkatkan hasil produk. Masalah utama dalam produksi produk yang dipertimbangkan adalah harga katalis yang sesuai yang agak tinggi. Namun, selektivitasnya tidak selalu mencapai nilai optimal. Selain itu, sebagian besar platina yang digunakan sebagai elemen utama untuk katalis dapat hilang selama produksi. Akibatnya, sekali lagi, efektivitas biaya dari output produk menurun.

Masalah lain yang menjadi ciri produksi asam nitrat adalah lingkungan. Di atas, kami mencatat bahwa asam sulfat dapat digunakan dengan konsentrasi bahan baku, dan setelah melewati siklus produksi yang sesuai, zat berbahaya terbentuk. Alternatif dalam kasus ini mungkin penggunaan nitrat - tetapi ini, sekali lagi, menyiratkan peningkatan biaya ekonomi. Namun, faktor lingkungan untuk pabrikan modern saat ini sama pentingnya dengan tingkat profitabilitas produksi.