Технологія виробництва азотної кислоти (стр. 4 из 5)
4NH3 + 5О2 = 4NO + 6H2O: ∆Н = -946*103 Дж /кмоль
∆S = 4 ∆SNO + 6 ∆SН2О – (4∆SΝН3 + 5∆SО2)
∆S = 4 * 210,6 + 6 * 188,7 – (4 * 192,0 + 5*205,0) = 181,6 Дж/моль*К
∆G = 4 ∆ GNO + 6 ∆ G Н2О – (4∆ G ΝН3 + 5∆ G О2)
∆G = 4 *86,6 + 6 * (-228,6) – (4* (-16,7) +5* 0) = -958,4 кДж/моль
Визначимо початкову температуру даного процесу
Т =
Початкова температура становить 68,28 К
Проведемо розрахунок маси каталізатора необхідного для одержання 400 т оксиду азоту на першій стадії добування азотної кислоти.
Визначимо інтенсивність роботи каталізатора за 1 годину.
3,84 т / 24 = 0,16 т
Маса каталізатора становитиме: 0,16 * 400 = 64 т
Розрахунок
За рівнянням проводимо розрахунок ентропії та енергії Гіббса даного процесу.
2NO+ О2 ↔ 2ΝО2; ∆Н =-112 * 103 кДж/моль
∆S = 2*∆SNO2 – (2*∆SΝО + ∆SО2)
∆S = 2 * 240,2 – (2 * 210,6 + 205,0) = -145,8 Дж/моль*К
∆G = 2 ∆ GNO2 – (2∆ G ΝО + ∆ G О2)
∆G = 2 *51,5 – (2* 86,6 + 0) = -70,8 кДж/моль
Визначимо початкову температуру даного процесу
Т =
Початкова температура становить 282,5 К
Проведемо розрахунок об`єму каталізатора необхідного для одержання 400 т оксиду азоту (ІV) на другій стадії добування азотної кислоти.
Розділ 4 Оцінка екологічності виробництва
Всі відомі технологічні процеси хімічного виробництва супроводжуються утворенням великої кількості відходів у вигляді шкідливих газів та пилу, шлаків, шламів, стічних вод, що містять різні хімічні компоненти, які забруднюють атмосферу, воду та поверхню землі.
Виробництво азотної кислоти спричиняє значні забруднення кислотоутворюючими оксидами - азоту, сірки, а також вуглекислого газу, аміаком. Їх надходження в повітря помітно змінило склад сучасної атмосфери порівняно з доіндустріальним періодом [8].
В повітрі міститься значна кількість, концентрація значно перевищує ГДК в кілька разів. Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15-35 °С мікроорганізми переробляють на 1 м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однак можливості природи щодо самоочищення мають обмеження, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.
Після очищення газові викиди містять гранично допустиму концентрацію шкідливих речовин ГДК (NH3) = 20 мг/м3, ГДК (NO2) = 5 мг/м3.
Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Для їх дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, які знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ.
Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об'єднати в такі групи:
— очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих речовин;
— очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;
— зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;
— зниження забруднення атмосфери при транспортуванні, навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.
Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи.
Методи очищення викидів від газоподібних речовин за характером фізико-хімічних процесів з очищуваними середовищами поділяються таким чином:
— промивання викидів розчинниками, що не сполучаються із забруднювачами (метод абсорбції);
— промивання викидів розчинами, що вступають в хімічне з'єднання з забруднювачами (метод хемосорбції);
— поглинання газоподібних забруднювачів твердими активними речовинами (метод адсорбції);
— поглинання та використання каталізаторів;
— термічна обробка викидів;
— осаджування в електричних та магнітних полях;
— виморожування.
Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без їх очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних вод різними методами, повторне використання стічних вод для технічних потреб та поливу, створення обортних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у напрямку зменшення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, змешення забруднення територій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапляти до водойм [11].
Очищення стічних вод на підприємствах може здійснюватися за однією з таких схем:
— очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;
— очищення стічних вод після їхнього забруднення на заводських, а потім на міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;
— безперервне очищення промислових вод та розчинів на локальних очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються на регенерацію, після регенерації повертаються в оборот та лише після з'ясування неможливості регенерації усереднюються і передаються на заводські очисні споруди та утилізуються. Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні (рис. 6).
Основні способи очистки води
Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним з таких методів:
- подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогою механічних пристроїв;
- відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;
— розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг та гідроциклонів;
— усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин та домішок до рівня, при котрому стоки можна скидати у водойми або в каналізацію;
— вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;
— фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а найчастіше — шляхом пропускання їх через пісок;
— освітлення води шляхом пропускання її через пісок або спеціальні пристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати завислі частки.
Вибір схеми очищення води від завислих часток та нафтопродуктів залежить від виду та кількості забруднень, необхідного ступеня очищення.
Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці [11].
Флотація — процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода — повітря, вода — тверда речовина). Процес очищення СПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частинки забруднень - бульбашки повітря", що спливає на поверхню та утилізується. За принципом дії флотаційні установки класифікуються таким чином:
— флотація з механічним диспергуванням повітря;
— флотація з подачею повітря через пористі матеріали;
— електрофлотація;
— біологічна флотація.
Висновок
Чиста азотна кислота HNO3 при нормальній температурі - безбарвна рідина, що замерзає при - 4 0С, що кипить при 86°С. Максимальну температуру кипіння 121,9°С має розчин, що містить 68,4% HNO3, що представляє собою азеотропну суміш. Азотна кислота дуже сильний окислювач. Багато органічних речовин (у тому числі тваринні і рослинні тканини) при дії азотної кислоти руйнуються, а деякі здатні воспламеняться. Особливо сильна як окислювач розведена HNO3. Концентрована ж кислота пасивує такі метали, як залізо, на цьому і засноване використання стали як конструкційного матеріалу у виробництві азотної кислоти.
Вітчизняна промисловість випускає азотну кислоту двох видів: розведену зі змістом 50-60% HNO3 і концентровану, утримуючу 96-98% HNO3. Розведена кислота використовується в основному для виробництва азотовмісних мінеральних добрив. Міцна азотна кислота споживається для виробництва вибухових речовин, барвників, пластичних мас, нітролаків, кіноплівки й інших найважливіших продуктів. Азотну кислоту виробляють з аміаку.
В даній роботі розглянуто технологію виробництва азотної кислоти з аміаку.
В роботі наводиться аналіз основних екологічних наслідків від роботи хімічної промисловості, а також пропонуються заходи щодо зниження хімічного навантаження на довкілля.