3. Отримання концентрованої нітратної кислоти

Концентровану нітратну кислоту отримують двома способами: концентрацією 47 — 60 %-ної НNO₃ за допомогою водовіднімаючих засобів і прямим синтезом з рідких оксидів азоту, кисню і води і під тиском до 5 МПа.

Концентрування НNО₃ за допомогою 92 — 94%-ної сірчаної кислоти

Відомо, що упарюванням 47 — 60 %-ної HNO₃ можна досягнути концентрації нітратної кислоти не більше 68,5 % HNO₃. Суміш води і кислоти, відповідна 68,5 %-ної концентрації, називається азеотропною. Аби збільшити концентрацію такої кислоти, застосовують водовіднімаючі засоби — 91 — 92 %-ну сірчану кислоту або магнієвий сплав. При кип'ячені потрійної суміші Н₂O—NO₃—Н₂SO₄ в парах зменшується вміст води і одночасно зростає вміст пари нітратної кислоти, при конденсації яких утворюється концентрована нітратна кислота. Концентрація отримуваної в такий спосіб кислоти залежить від складу потрійної суміші.

З напірного бака 1 нітратна кислота розділяється на два потоки (рис. 5). Один потік через мірник 3 поступає у випарник 5, де підігрівається насиченою парою тиском близько 5- 10⁵ Па, і прямує в колону на 10-у тарілку. Другий потік без підігрівання поступає на 7-у або 8-у тарілку. З напірного бака 2 сірчана кислота поступає на 5-у тарілку колони і, перетікаючи вниз, змішується з азотною кислотою з утворенням потрійної суміші. При нагріванні гострою парою, під нижню тарілку, з потрійної суміші починає випарюватися нітратна кислота. Пари нітратної кислоти при температурі 70 — 85 °С, піднімаючись вгору, виходять через штуцер в кришці колони і поступають в холодильник-конденсатор 7. У цих парах є домішки оксидів азоту і води. У холодильнику-конденсаторі пари азотної кислоти при температурі біля 30 °С конденсуються з утворенням 98 — 99 %-ної HNO₃, при цьому оксиди азоту частково поглинаються цією кислотою. Концентрована нітратна кислота, що містить оксиди азоту, прямує на дві верхні тарілки і проходить їх послідовно, причому оксиди азоту видуваються з розчину парами нітратної кислоти, що поступають в конденсатор 7. Пари нітратної кислоти, що не сконденсувалися, і оксиди азоту, що виділилися, направляють на абсорбцію в башту 13, зрошувану водою. Отримана 50 %-а HNO₃ поступає в бак 11 і знов направляється на концентрацію. Концентровану кислоту після охолоджування направляють на склад готової продукції.

Рис. 5. Технологічна схема концентрації нітратної кислоти з допомогою технічної сірчаної кислоти: 1, 2 — напірні баки; 3 — контрольні ліхтарі; 4 — регулювальника подачі кислоти; 5 — випарник розбавленої нітратної кислоти; 6 — концентраційна колона; 7 — холодильник-конденсатор; 8, 9 — холодильники; 10 — насос; 11 — збірник; 12 — холодильник відпрацьованої сірчаної кислоти; 13 — башта абсорбції; 14 — вентилятор.

Відпрацьована сірчана кислота, що містить 65 — 68 % H₂SO₄ і не більше 0,03% оксидів азоту в перерахунку на HNO₃) при температурі близько 170 °С поступає на концентрацію до 91— 92% H₂SO₄.

Техніко-економічні показники

Нижче приведені витратні коефіцієнти на 1 т концентрованої нітратної кислоти:

Неконцентрована кислота (HNO₃), т….…… 1,01 - 1,015

Сірчана кислота (91 – 92 %), т:

- для HNO₃ початкової концентрації 48 – 50 %.....4,0 - 4,5

- для HNO₃ початкової концентрації 58 - 60 %......3,0 - 3,3

Вода, м³………………………………… 20 - 50

Пара, ГДж:

- перегріта…………………………………... 1,17 - 1,47

- насичена………………………… 0,82

Електроенергія, кВт-год ……………… 8 - 10