بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش ابتدا واحد اسید نیتریک پتروشیمی شیراز با نرم افزار Aspen HYSYS شبیه سازی و سپس نتایج به دست آمده از شبیهسازی با دادههای فرایندی و عملیاتی مقایسه شد. با مقایسه این نتایج مشخص شد که شبیهسازی داری درصد خطای پایین بوده که میتوان از این شبیهسازی برای پیدا کردن شرایط بهینه فرایند که همان رسیدن به بیشترین درصد خلوص HNO3 در محصول پایین برج است استفاده کرد. از همین رو سه پارامتر اصلی فشار برج، دمای جریانهای ورودی به برج و تعداد سینیهای برج به عنوان متغیرهای عملیاتی در نظر گرفته شد و مقدار بهینه هرکدام از این پارامترها برای رسیدن به بالاترین خلوص HNO3 محاسبه شد.
.1 مقدمه
از جمله کاربردهای اسید نیتریک میتوان به مواردی مانند: خالصسازی فلزاتی چون طلا و پلاتین، حل کردن فلزات نامحلولی مثل نقره که با تشکیل نیترات نقره میتوان از آن در عکاسی استفاده کرد، بازیافت پلاتین و از آنجا که تمامی نیتراتهای فلزات محلول هستند میتوان به این وسیله، اورانیوم را به صورت خالص تهیه کرد که در نیروگاههای اتمی کاربرد دارد .[1] از دیگر موارد استفاده اسید نیتریک میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
· تولید استر - در اثر واکنش با الکلها -
· تولید مواد منفجره - در اثر واکنش با هیدروکربنها -
· برای تولید نمک - در اثر واکنش با بازها -
· به عنوان یک عامل اکسید کننده از آن استفاده میکنند.
با افزایش تدریجی جمعیت و نیاز بیشتر به محصولات کشاورزی مصرف کودهای شیمیای در جهان و در ایران روز به روز در حال افزایش میباشد، این افزایش مصرف علت اصلی ایجاد پتروشمی های برای تولید این کودها در سرتاسر جهان شده است [1]، به خصوص در کشور ما که اولین کارخانه کودهای شیمیای در شیراز و در سال 1342 راهاندازی شد. روشهای مختلفی برای تولید اسید نیتریک مورد استفاده قرار میگیرد که عبارتاند از:
الف - تهیه اسید نیتریک از واکنش نیترات پتاسیم یا سدیم با اسید سولفوریک :[2]
2NaNO3 H 2SO4 2HNO3 Na2SO4 - 1 -
که این روش دارای اشکالات و معایب زیادی از جمله:
· احتیاج به سوخت و انرژی زیادی دارد
· به دلیل دما و گرمای بالا باعث آسیب دیدن و خرابی وسایل میشود
· اسید به اکسید و آب و اکسیژن تجزیه میشود.
· تولید HNO2 که از تجزیه اسید در ظرف تقطیر و جذب آنها در ظرف مایع کننده به وجود میآید.
· نقطه ذوب سولفات سدیم تولیدی بالا است 880 - درجه سلسیوس - ، در نتیجه سخت و شکننده میشود و نمیتوان آن را در انتهای واکنش خارج کرد .[1-2]
این روش به علت هزینه مالی بسیار زیاد کاربردی ندارد و اصلا مقرون به صرفه نیست .[2] ج - تولید اسید نیتریک با استفاده از آمونیاک: در سال 1900 میلادی تولید صنعتی اسید نیتریک به روش اکسیداسیون کاتالیستی آمونیاک در مقیاس تجاری گسترش یافت که در حال حاضر همهی تولیدکنندگان تجاری از این فرآیند استفاده میکنند. فرآیند تولید اسید نیتریک با استفاده از آمونیاک شامل مراحل تبدیل آمونیاک مایع به اکسید ازت - بر روی کاتالیست پلاتین - و سپس جذب اکسید ازت در آب بدون املاح در برج جذب میباشد .[2]
در این پژوهش ما به شبیهسازی واحد اسید نیتریک پتروشیمی شیراز با نرمافزار Aspen HYSYS میپردازیم؛ سپس نتیج به دست آمده از شبیهسازی با نتایج عملیاتی پتروشیی شیراز مقایسه شده و به تعیین پارامترهای بهینه برای رسیدن به بالاترین درصد خلوص اسید نیتریک در این واحد میپردازیم. با توجه به تقسیمبندی های ذکر شده، در واحد اسید نیتریک دو تجهیز اصلی وجود دارد که عبارتند از:
-1-2 راکتور
مرحله اول که همان اکسیداسیون آمونیاک و تولید گاز مونوکسید نیتروژن - NO - میباشد، در راکتور انجام میشود. واکنش به این صورت است که، مخلوط هوا و آمونیاک وارد راکتور شده و در مجاورت توریهای پلاتین - به عنوان کاتالیست - اکسیداسیون جزئی آمونیاک طبق مکانیسم زیر انجام میگیرد :[6]
· جذب اکسیژن - O2 - به وسیله کاتالیست
· واکنش کاتالیست و تشکیل هیدرات نیتروژن روی سطح کاتالیست
· واکنش اکسیژن با رادیکال هیدرات نیتروژن برای تولید مونوکسید نیتروژن - NO - و آب . - H2O -
