واحدتولیداسیدنیتریک با نرم افزار hysys
v\:* {behavior:url(#default#VML);}
o\:* {behavior:url(#default#VML);}
w\:* {behavior:url(#default#VML);}
.shape {behavior:url(#default#VML);}
واحدتولیداسیدنیتریک با نرم افزار hysys استاد راهنما : دکتر احمددادوندکوهی چکیده: صنایع پتروشیمی(Petrochemical industry) ، بخشی از صنایع شیمیایی است که فرآوردههای شیمیایی را از مواد خام حاصل از نفت یا گاز طبیعی تولید میکند. تا پیش از وارد شدن نفت به مفهوم امروزی در زندگی انسان ، مواد شیمیایی مورد نیاز ، بر اثر تغییر و تبدیل صنایع گیاهی و حیوانی بدست میآمد. اما در اوایل قرن بیستم نفت خام و گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه برای تهیه بسیاری از ترکیبات مورد نیاز انسان ، اهمیت حیاتی و روز افزونی پیدا کرده است. با توسعه و پیشرفت تکنولوژی حفاری در اواسط قرن نوزدهم و تکنولوژی تقطیر و پالایش نفت در اواخر قرن نوزدهم و استفاده از آن در موارد غیر سوختی ، جهش حیرتآوری بوجود آمد. بطوری که امروزه صنایع پتروشیمی نفش اساسی و بنیادی در رفع نیاز عمومی جامعه به عهده دارد.نفت و مشتقات آن نه تنها در برآوردن نیازهای انسان در زمینه سوخت ، انرژی و الیاف نقشی بنیادی دارد، بلکه پیدایش و تکامل صنایع گوناگون مهمی را موجب شد که به پارهای از آنها اشاره میشود.همزمان با پالایش نفت خام ، کاربرد موتورهای درون سوز جنبه عمومی به خود گرفت و میلیونها ماشین بنزین سوز به بازار عرضه شد.امروزه فرآوردههای نفتی علاوه بر مصرف در زمینه سوخت وسایل نقلیه ، روغن موتور و غیره ، در تهیه بسیاری از قطعات مورد نیاز ساخت وسایط نقلیه ، نقش ارزندهای دارد و تلاش بر این است تا بدنه اتومبیل را از مواد پلاستیکی که آنها را ازپلیمریزاسیون ترکیبات نفتی میتوان بدست آورد، بسازند.فرآوردههای نفتی در تهیه سوخت موشکهای هدایت کننده سفینههای فضایی و ماهوارهها و حتی در ساخت بسیاری از قطعات داخلی آنها کاربرد اساسی دارد .ماده اولیه بیشتر داروها و حتی آنتیبیوتیکها از ترکیبات نفتی مشتق میشود. بویژه تقریبا تمام مواد پاک کننده ، باکتری کشها و غیره ، از مشتقات نفتی و محصولات پتروشیمی میباشد.محصولات عمدهای که توسط واحدهای صنایع پتروشیمی ایران تولید میشوند عمدتا عبارتند از: کودهای شیمیایی ، اوره ، فسفات دیآمونیم ، کودهای مخلوط نیترات آمونیم ، مواد اولیه پلاستیک ، پی ـ وی ـ سی و دی ـ او ـ پی ، مواد شیمیایی نظیر اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک ، آمونیاک ،اسیدنیتریک، گوگرد ، دوده و ....با این حال ، این محصولات در مقایسه با دهها هزار مشتقی که از نفت و گازهای طبیعی به کمک تکنولوژی پیشرفته پتروشیمیایی بدست میآید، بسیار اندک بوده، نشان میدهد که باید همت و تلاش بیشتری در این زمینه باید بکار برد تا به واقعیت نزدیکتر شد. برای ساخت هر پالایشگاه و کارخانه نیاز به ساخت وطراحی اولیه در مقیاس کوجک تر برای صحیح بودن فرایند از نظر دما وفشار وتمامی متغیرهای عملیاتی می باشد پس لازمه این کار این است که ما با طراحی اولیه در نرم افزار های مختلف و ساخت وسایل وتجهیزات در مقیاس عملیاتی می باشد ما نیز در این پروژه با کمک نرمافزار hysys یک واحد پالایشگاهی راطراحی کرده ایم و تمامی تجهیزات و وسایل موجود در واحدو تمامی فشار ودماهای در هر سیستم وجریانات موجود را با کمک این نر م افزار ترسیم کرده ایم . پ مقدمه : با افزايش تدريجی جمعيت و نياز بيشتر به محصولات كشاورزی، مصرف كودهاي شيميايي در كشور روز به روز در حال افزايش ميباشد. اين افزايش مصرف علت اصلی ايجاد مجتمع پتروشيمي در نقاطی از ایران گرديد. فکر و اندیشه ایجاد صنعت پتروشیمی در ایران قدمتی حدود ۴۵ سال دارد ، جهت نیل به این هدف ، سازمانهای متعددی در وزارتخانةهای مختلف به وجود آمدند . اولین سازمان نسبتا" متشکل برای این منظور ، بنگاه شیمیائی وابسته به وزارت اقتصاد بود که عمده ترین فعالیت این بنگاه ، ایجاد کارخانه کود شیمیائی مرودشت فارس در سال ۱۳۳۸ بود . تا این که در سال ۱۳۴۳ ، طبق قانون کلیه فعالیتهائی که به عنوان ایجاد و توسعه صنایع پتروشیمی توسط واحدهای تابعه وزارتخانةها و سازمانهای مختلف دولتی انجام می شد ، در شرکت ملی نفت ایران متمرکز شد و شرکت مزبور برای تحقق این هدف شرکتی فرعی به نام شرکت ملی صنایع پتروشیمی تاسیس کرد. هدف اصلی این شرکت ، تولید فرآورده های پتروشیمی و شیمیائی و فرآورده های فرعی از نفت ، مشتقات نفتی ، گازهای طبیعی و سایر مواد خام اعم از آلی و معدنی است . یکی از واحدهای تولیدی شرکت ملی صنایع پتروشیمی مجتمع پتروشیمی شیراز میباشد که محصولات آن بیشتر کود مورد نیاز کشاورزی ، عمدتا کودهای ازته ، است . در قدیم کمبود ازت زمین از یکی از روشهای زیر جبران می شد : ۱-دفن اجساد حیوانات یا شاخ و برگ پوسیده گیاهان در زمین ۲-مخلوط نمودن فضولات حیوانات و یا پرندگان با خاک ۳-کشت متناوب بعضی از گیاهان مانند شبدر، یونجه و لوبیا در زمین مورد نظر . سهولت استفاده از کودهای شیمیائی جهت گسترش کشاورزی عمده استفاده از این کودها است .مجتمع پتروشيمي شيراز، به عنوان اولين واحد صنعت پتروشيمی ايران، در سال ۱۳۴۲ كار خود را با توليد كودهای شيميايی ازته در مرودشت فارس كه يكي از قطبهای كشاورزی كشور است آغاز نمود. اين مجتمع در ۵ كيلومتری غرب مرودشت و پنجاه كيلومتری شمال شيراز در كنار رودخانه كر واقع شده است و جاده منتهی به آن در محل پل خان از جاده شيراز – مرودشت منشعب ميشود. مجتمع در ابتدا دارای ۴ واحد توليدی و ۳ واحد جانبی بود. واحدهای توليدی مجتمع عبارتند از آمونياك، اوره، اسيد نيتريك و نيترات آمونيم و واحدهای جانبی عبارتند از آب، برق، بخار و هوای فشرده. فصل اول: تاریخچه تاريخچة اسيد نيتريك اسيد نيتريك در ا بتدا در قرون وسطي به دست بشر ساخته شد. حدوداً در سال ۱۱۰۰ ميلادي گِبر[1] يك روش براي توليد اسيد نيتريك ارائه داد. اين روش تهية آب فورتيس[2] به وسيلة تقطير شوره با سولفات مس و زاج سفيد بود. در اواسط قرن هفدهم، گلابر[3]، اسيد نيتريك را به وسيلة تقطير كردن شوره با اسيد سولفوريك قوي ساخت. گاونديش[4] در سال ۱۷۸۵ به وسيله عبور دادن جرقه الكتريكي از مخلوط گازهاي نيتروژن و اكسيژن ثابت كرد كه اسيد نيتريك از اين عناصر تشكيل شده است. ميلينر[5] در سال ۱۷۸۸ اسيد نيتريك را به وسيله عبور آمونياك از بالاي دياكسيد منگنز حرارت داده شده و جذب بخارات به وسيله آب به دست آورد. در سال ۱۸۳۹، کلمن[6] روشي را براي توليد اسيد نيتريك ابداع كرد كه مبناي تهية اسيد نيتريك در حال حاضر نيز ميباشد. دراين روش با استفاده از پلاتين مخلوط هوا و آمونياك را اكسيد ميكنند و اسيد را توليد ميكنند. در سال ۱۸۴۸، رويلي[7] نشان داد كه اكسيژن و نيتروژن ميتوانند از هوا گرفته شوند و براي توليد اكسيدهاي نيتروژن به وسيلة قوس الكتريكي با هم تركيب شوند. اين پديده به وسيلة کروکس[8] نيز انجام شده بود. بر همين اساس و روش، واحد كوچكي در منچستر انگلستان در سال ۱۹۰۰ به كار افتاد. اما عيب اين روش اين بود كه بازده توليد اكسيدهاي نيتروژن پايين بود و ۵/۱ تا ۲ درصد احتياجات را برطرف ميكرد و به نيروي بيشتري نيز احيتاج داشت. در سال ۱۹۰۲ دو دانشمند به نام هاي بيرکلند[9] و ايد[10] در نروژ واحدي را احداث كردند كه از منابع هيدروژني استفاده ميكرد ولي به ۳۵۰۰۰ اسب بخار انرژي نياز داشت. در نهايت روش تهيه به وسيلة اكسيداسيون آمونياك و استفاده از كاتاليست پلاتين به وسيلة استوالد[11] و براور[12] توسعه پيدا كرد و براي اولين بار در سال ۱۹۰۸ در آلمان شروع به كار كرد. روش هاي ديگر توليد به دلايل مختلفي از جمله بالا بودن هزينه، راندمان كم، در دسترس نبودن مواد اوليه (معادن نيترات) به ميزان كافي و . . . نتوانستند به عنوان يك روش صنعتي و توليد انبوه اسيد نيتريك ارائه شوند و تنها در حد يك روش آزمايشگاهي و پايلوتهاي كوچك باقي ماندند و همگي منسوخ شدند. تاريخچة استفاده از اسيد نيتريك به زمان استخراج طلا باز ميگردد؛ چرا كه اين اسيد قادر به حل كردن اكثر فلزات به جز طلا ميباشد كه به اين ترتيب طلاي خالص از سنگ طلا استخراج ميگرديد. در حال حاضر بيشترين موارد مصرف اسيد نيتريك در تهية كودهاي شيميايي (كشاورزي) از قبيل كودهاي نيترات، نيتروفسفات، كودهاي مخلوط و . . . است. ضمن اين كه در توليد نيتراتهاي معدني (نيترات آمونيم انفجاري) و آلي، در اسيد شويي تجهيزات صنعتي، آبكاري، مقاومسازي در برابر خوردگي، جداسازي طلا و نقره و در صنايع الكتروليز از اسيد نيتريك به وفور استفاده ميشود. در صنايع نظامي، صنايع شيرسازي و صنايع پلاستيكسازي نيز مصرف اسيد نيتريك قابل توجه است. نمونه ای از چند واحد تولید اسیدنیتریک ونحوه کار آنها در جهان در زیر اشاره شده: Dual-pressure plant Abu Qir, Egypt Dual-pressure plant, Linz, Austria mtpd nitric acid (100%)900 mtpd nitric acid (100%) 1830 The modern dual-pressure process was developed to reduce operating costs, which mainly depend on the price of the ammonia feedstock. Capacities of up to 1,500 mtpd HNO3 (100%) can be achieved in a single train plant. The machine set can be designed either as single shaft set or optionally as a bull gear type unit with integrated air/nitrous gas compression and tail gas expansion. For plant capacities in excess of 1,500 mtpd a second ammonia combustion and boiler unit has to be installed, and for the compressor set, the single shaft version is required for plant capacities of more than 1,100 mtpd. The nitrogen yield in the dual-pressure process is more than 96%. Acid concentrations of up to the azeotrope value of 68% can be achieved. Two or more product streams with different concentrations are also possible. The ammonia oxidation catalyst used in the process consists of a pack of several platinum-rhodium gauzes, the number depending on the operating pressure and burner construction. The gauzes are produced by knitting very thin wires. During operation, platinum is gradually lost from the catalyst gauzes. A platinum recovery system made from palladium can be installed underneath the catalyst gauzes. It retains some 80% of the lost platinum. After an operating period of more than 6 months, the plant has to be shut down in order to renew the catalyst pack. The entire catalyst pack is selected to maximise ammonia conversion. Using absorption alone a tail gas NOX concentration of less than 150 ppm (vol.) is possible. Nowadays, the tail gas discharged to atmosphere must often be colourless, which is only attainable with a NOX concentration of at most 50 ppm. Concentrations of down to about 20 ppm NOX can be achieved with Uhde DeNOx technology, a selective catalytic reduction (SCR) process using ammonia as the reducing agent. NOX is converted to nitrogen and water vapour by such reactions as: 6 NO2 + 8 NH3 7 N2 + 12 H2O 6 NO + 4 NH3 5 N2 + 6 H2O This process was developed together with Uhde’s EnviNOx® process for the combined abatement of NOX and the powerful greenhouse gas nitrous oxide (N2O) EnviNOx® technology features a catalytic reactor installed in the tail gas stream and allows both NOX and N2O emissions to be reduced to very low levels indeed خواص اسيد نيتريك اسيد نيتريك، اسيدي است قوي همراه با خاصيت اكسيدكنندگي بالا. با حرارت دادن به اسيد نيتريك در فشار اتمسفري در دماي °C ۲/۷۸ ميجوشد و شروع به تجزيه شدن ميكند كه در نهايت محلول اسيدي ۶۸% بدست ميآيد و در اين درصد مخلوط آزئوتروپ دارد و ماكزيمم نقطه جوش آن °C۱۲۰ ميباشد. اسيد نيتريك داراي دو آب ئيدراته به فرمول هاي H2O.HNO3، و 3H2O.HNO3 ميباشد. اسيد با درجه خلوص ۱۰۰% داراي نقطة جوش در دماي °C۸۶ ميباشد و نقطه انجماد آن °C۴۲- ميباشد. چگالي آن در °C۲۰ معادل ۵/۱ گرم در هر ميلي ليتر ميباشد. نمودار زير تغييرات نقطه جوش اسيد نيتريك را در فشار اتمسفر براساس تغييرات غلظت اسيد نمايش ميدهد ºc ۱۲۰ ºc۱۰۰ ºc ۸۶ غلظت %۱۰۰ %۶۸ اسيد نيتريك با درجة خلوص ۱۰۰% پايدار نيست و سريعاً تجزيه ميشود؛ به طوركلي هرچه اسيد رقيق تر باشد پايدارتر است. اسيد نيتريك مايعي بي رنگ ميباشد و در صورتيكه گازي در آن حل شود (اكسيدهاي ازت) رنگ آن خرمايي ميشود. خواص مهم اسيد نيتريك در جدول زير ارائه شده است: وزن مولکولي ۶۳/۰۲ رنگ در حالت مايع زرد شفاف بو شيرين تا ترش خطرات در حالت مايع سريعا با آلي و گيا هي واکنش ميدهد،به صورت اکسيد گازي بيهوش کننده و سمي است نقطه ذوب ۴۲- درجه سانتيگراد نقطه جوش اسيد%۶۸ 120 درجه سانتيگراد چگالي براي اسيد%۶۸ ، ۱/۴۱ و براي اسيد خالص در دماي ۲۰ درجه سانتيگراد ۱/۵ گرم در هر ميلي ليتر حلاليت در آب با تمام نسبت ها محلول است خاصيت اسيدي اسيدي قوي که بعضي از فلزها مثل آهن وآلومينيوم در برابر آن زنگ مي زنند كاربرد اسيد نيتريك قبل از این، تا حدودي به كاربردهاي اسيد نيتريك اشاره شد. در اينجا به طور كامل تر کاربردهاي اسيد نيتريك شرح داده ميشود. اسيد نيتريك براي خالصسازي فلزاتي چون طلا و پلاتين استفاده ميشود. همچنين براي حل كردن فلزات نامحلولی مثل نقره به كار ميرود كه با تشكيل نيترات نقره ميتوان از آن در عكاسي استفاده كرد. همچنين از اسيد نيتريك ميتوان در بازيافت پلاتين استفاده كرد و از آنجا كه تمامي نيتراتهاي فلزات محلول هستند ميتوان به اين وسيله، اورانيوم را به صورت خالص تهيه كرد كه در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد. يكي ديگر از كاربردهاي اسيد نيتريك براي توليد كودهاي ازته است. در مجتمع پتروشيمي شيراز بيشتر اسيد توليدي، براي توليد نيترات آمونيم كه نوعي كود شيميايي است در واحد نيترات آمونيم كه در مجاورت واحد اسيد نيتريك است مصرف ميشود. در صنايع پلاستيكسازي و نظامي هم از اسيد نيتريك استفاده ميشود. از ديگر موارد استفاده اسيد نيتريك ميتوان به موارد زير اشاره كرد: ۱- توليد استر (در اثر واكنش با الكل ها) ۲- توليد مواد منفجره (در اثر واكنش با هيدروكربن ها) ۳- براي توليد نمك (در اثر واكنش با بازها) ۴- به عنوان يك عامل اكسيد كننده از آن استفاده ميكنند. روش هاي توليد اسيد نيتريك همانگونه كه اشاره شد، در زمانهاي گذشته دانشمندان روش هاي مختلفي را براي توليد اسيد نيتريك به كار ميبردند كه در نهایت اوستوالد و براور بهترين روش توليد اسيد نيتريك را ارائه كردند و اولين بار اين روش در سال ۱۹۰۸ در آلمان به كار گرفته شد و سرانجام تمام دنيا پي به ارزش آن بردند و در تمام دنيا از اين روش استفاده ميشود. اما در اين قسمت دو روش ديگر توليد اسيد نيتريك براي آشنايي بيشتر با روش هاي توليد اسيد نيتريك و علت عدم استفاده از آن ها در حال حاضر، شرح داده ميشود: 1- تهيه اسيد نيتريك از واکنش نيترات پتاسيم يا سديم با اسيد سولفوريك (تقطير نيترات پتاسيم) واكنش انجام گرفته به صورت زير است: واكنش فوق چون گرمازا است دمائي در حدود °C۹۰۰ دارد كه در آن اسيد توليدي به صورت بخار از محيط خارج ميگردد و سولفات سديم در محيط واكنش باقي ميماند. اين روش داراي اشكالات متعددي است كه عبارتند از: ۱- احتياج به سوخت زيادي دارد. ۲- باعث آسيب ديدن و خرابي وسايل ميشود. ۳- اسيد به اكسيد و آب و اكسيژن تجزيه می شود. ۴- توليد HNO2 كه از تجزية اسيد در ظرف تقطير و جذب آن ها در ظرف مايع كننده به وجود ميآيد. ۵- نقطة ذوب سولفات سديم توليدي بالا است (°C۸۸۰)، در نتيجه سخت می گردد و نميتوان آن را در انتهاي واكنش خارج کرد. براي برطرف كردن معايب بالا عمل تقطير را با واكنش دادن مول هاي مساوي از هر دو ماده انجام ميدهند. واكنش به اين صورت است: در اين حالت دماي واكنش °C۲۰۰ است و در نتيجه اسید توليد شده به صورت جامد نميباشد و راحت از ظرف خارج ميشود. حال روش دوم توليد اسيد نيتريك شرح داده ميشود: 2- واكنش بين اكسيژن و نيتروژن در كورههاي خالص و توليد گاز دي اکسيد نيتروژن و جذب آن توسط آب و توليد اسيد نيتريک واكنش هاي انجام گرفته به صورت زير ميباشد: اين روش به علت هزينه اقتصادي خيلي زياد كاربردي ندارد. فصل دوم: واحد تولید اسید نیتریک در مجتمع پتروشیمی شیراز واحد توليد اسيد نيتريك در مجتمع پتروشيمي شيراز در حال حاضر در مجتمع پتروشيمي شيراز دو واحد توليد اسيد نيتريك وجود دارد. يكي از واحدها در منطقة (۱) قرار دارد كه در سال ۱۳۴۲ به دليل نياز كشور به كودهاي شيميايي از جمله كودهاي ازته همراه با واحدهاي نيترات آمونيم، اوره و آمونياك تأسيس شد. در اين منطقه براي توليد اسيد نيتريك از روش اس.بي.اِي[13] (SBA) استفاده ميشود. اين روش توسط پيمانكاران بلژيكي ارائه شد و هدف از احداث اين واحد توليد روزانه ۱۳۶ تن اسيد نيتريك با غلظت ۵۳% ميباشد. اما اين مقدار توليد به هيچ عنوان جواب گوي نياز كشور نبود و به همين دليل منطقة (۲) جهت رفع نيازهاي كشور در سال ۱۳۶۴ به بهرهبرداري رسيد كه واحد اسيد نيتريك هم يكي از واحدهاي آن به شمار ميرود. در واحد توليد اسيد نيتريك در منطقه (۲) از روش گراند پارويز[14] استفاده ميشود. طراحي و خريد وسايل اين واحد توسط شركت فرانسوي هرتي[15] انجام گرفته است. توليد روزانه اين واحد ۱۰۳۴ تن اسيد نيتريك با غلظت ۵۸% ميباشد كه معادل ۶۰۰ تن اسيد نيتريك ۱۰۰% ميباشد. عمده اسيد توليدي در اين واحد جهت خوراك اوليه واحد نيترات آمونيم مصرف ميشود. همانگونه كه مشاهده ميشود مقدار توليدي اسيد نيتريك در منطقه (۲) بسيار بيشتر از واحد اسيد نيتريك در منطقه (۱) ميباشد. به همين دليل در حال حاضر واحد اسيد نيتريك در منطقه (۱) بهرهبرداري نميشود، چون از لحاظ اقتصادي توجيه ندارد و فقط در مواقع به خصوص كار ميكند. يكي از دلايلي كه توليد اسيد در منطقه (۱) توجيه ندارد اين است كه براي توليد اسيد در منطقه (۱) از هفت برج جذب استفاده ميشود، در حالي كه در منطقه (۲) فقط از يك برج جذب استفاده ميشود. توليد اسيد نيتريك در واحد منطقه (۲) شامل مراحل زير است: ۱- روغنزدايي و تبخير آمونياك ۲- فيلتر كردن و فشردن هواي لازم ۳- مخلوط كردن آمونياك و هوا ۴- اكسيداسيون مخلوط در راکتور در مجاورت كاتاليست پلاتين و توليد گاز مونوکسيد نيتروژن ۵- خنكسازي گاز مونوکسيد نيتروژن توليد شده براي تبديل به دي اکسيد نيتروژن ۶- جذب گازهاي دي اکسيد نيتروژن در آب و توليد اسيد نيتريک در برج جذب ۷- سفيد كردن اسيد توسط برج سفيد كننده ۸- بازيافت انرژي گازهاي توليدي از فرآيند ۹- بازيافت كاتاليست فصل سوم: شبیه سازی فرآیند تولید اسید نیتریک فرآيند توليد اسيد نيتريك در يك نگاه اگر بخواهيم فرآيند توليد اسيد نيتريك را در يك صفحه خلاصه نمائيم، شکل نمودار مناسبي است: هوا آمونياک مايع آب تغيير دما و تبخير و گرمايش فيلتر کردن فشرده کردن سوختن آمونياک سرمايش سرمايش فشرده کردن سرمايش جذب و شکل گيري اسيد خالص سازي اسيد سرمايش اسيد نيتريک ۵۸% به عنوان محصول شرح فرآيند توليد اسيد نيتريك توليد اسيد نيتريك براساس فرآيند موجود را ميتوان به ۳ مرحله (از نظر فشاري) تقسيم كرد: مرحله اول: اكسيداسيون آمونياك در فشار پايين (۱ تا ۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع) مرحله دوم: جذب گاز دي اکسيد نيتروژن در فشار بالا ۵ تا ۱۳ کيلوگرم بر سانتي متر مربع) مرحله سوم: سفيد كردن يا بيرنگ كردن اسيد در فشار پايين (۱ تا ۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع) يك تقسيمبندي مراحل توليد اسيد نيتريك نيز وجود دارد كه براساس واكنش هاي شيميايي سري و زنجيرهاي است كه عبارتست از: مرحله اول: اكسيداسيون آمونياك و توليد مونوکسيد نيتروژن واكنش اين مرحله براي توليد مونوکسيد نيتروژن به صورت زير است: مرحله دوم: اكسيداسيون گاز مونوکسيد نيتروژن و توليد دي اکسيد نيتروژن واكنش اين مرحله به صورت زير است: مرحله سوم: جذب دي اکسيد نيتروژن در آب و توليد اسيد نيتريك در اين مرحله واكنش نهايي صورت ميگيرد و اسيد توليد ميشود: با توجه به تقسيمبندي هايي كه ذكر شد، در واحد اسيد نيتريك دو دستگاه اصلي وجود دارد كه عبارتند از: الف- راکتور ب- برج جذب مرحله اول كه همان اكسيداسيون آمونياك و توليد گاز مونوکسيد نيتروژن ميباشد، در راکتور انجام ميشود. خلاصه روش كار به اين صورت است كه مخلوط هوا و آمونياك وارد راکتور می شوند و در مجاورت توري هاي پلاتين (به عنوان كاتاليست) اكسيداسيون جزئي آمونياك انجام ميگيرد، مكانيسم عمل روي كاتاليست به صورت زير است: الف- جذب اكسيژن به وسيلة كاتاليست. ب- واكنش كاتاليست و تشكيل هيدرات نيتروژن روي سطح كاتاليست. ج- واكنش اكسيژن با راديكال هيدرات نيتروژن براي توليد مونوکسيد نيتروژن و آب. (۱) واكنش (۱) در واقع واكنش كلي اكسيداسيون آمونياك است. گاز مونوکسيد نيتروژن از واكنش (۱) در درجه حرارت °C۸۱۰ تا °C۹۰۰ توليد ميشود كه از لحاظ ترموديناميكي در اين درجه حرارت ناپايدار است. انجام و پيشرفت اين واكنش نيازمند موارد زير است: ۱- تأمين فشار به وسيلة كمپرسور هوا. ۲- حضور آمونياك به صورت گاز به وسيلة تبخير كن و هيتر آمونياك. ۳- اختلاط كامل آمونياك و هوا (اكسيژن) به وسيلة ميكسر. ۴- حضور كاتاليست پلاتين به وسيله توري هاي ريزبافتي كه سطح تماس را زياد ميكنند. ۵- عدم حضور ناخالصيهاي مضر به وسيلة فيلتر کردن هوا و آمونياك. ۶- تنظيم نسبت بين هوا و آمونياك به وسيلة يك شير كنترل. ۷- دفع حرارت از محيط راکتور به وسيلة مبدل هاي بخارساز. اما مرحلة سوم يعني جذب دي اکسيد نيتروژن در آب و توليد اسيد نيتريك در برج جذب انجام ميشود. مرحلة جذب نسبت به مرحلة اكسيداسيون آمونياك در فشار بالاتري انجام ميشود. خلاصه روش كار به اين صورت است كه برج جذب داراي سيني هاي سوراخدار است؛ در حالي كه مايع از بالا و گازهای ازت از پايين در خلاف جهت يكديگر حركت ميكنند، جذب صورت ميگيرد. اين واكنش، واكنش نهايي توليد اسيد نيتريك ميباشد. انجام و پيشرفت اين واكنش نيز شرايط خاصي را طلب ميكند كه عبارتند از: ۱- تأمين فشار بالا به وسيلة كمپرسور گازي (كمپرسور مونوکسيد نيتروژن). ۲- تأمين سطح تماس مناسب بين گاز و آب به وسيلة سينيهاي موجود در برج. ۳- كاهش دماي جريانات ورودي به برج توسط كولرهاي گاز و كولر آب. ۴- دفع حرارت يا سرد نگاه داشتن برج جذب به وسيلة كويلهاي آب كولينگ درون برج. همان طور كه مشاهده ميشود، واكنش هاي اصلي در اين دو سيستم صورت ميگيرد و تمامي تجهيزات ديگر مانند كمپرسور، كولر، پمپ، درام، فيلتر و توربين جهت مهيا كردن شرايط واكنش در اين فرآيند استفاده ميشوند. با اين پيش زمينه، فرآيند توليد اسيد نيتريك در واحد اسيد نيتريك منطقه (۲) به صورت زير است: آمونياك ورودي به واحد در ابتدا به صورت مايع ميباشد كه شرايط آن به اين صورت است كه فشار آن تقريباً 85/18 کیلوگرم بر سانتي متر مربع ( مطلق ) و دماي آن °C۱۰ ميباشد. آمونياك مايع از واحد آمونياك كه در منطقة (۲) ميباشد و به عنوان واحد مادر شناخته شده است، تأمين ميشود. آمونياك مورد نياز براي واكنش اكسيداسيون بايد به شكل گاز باشد. بنابراين ابتدا آن را وارد مبدل حرارتي E 3103 (Ammonia Evaporator) ميكنيم. اين مبدل به صورت پوسته و لوله ميباشد. داخل لوله آب °C۳۰ جريان دارد و داخل پوسته آمونياك قرار دارد. آب داخل لوله را اصطلاحاً C.W.L (Cooling Water Loop) ميناميم. آمونياك ضمن كسب حرارت لازم از آب C.W.L جاري در لوله تا °C۱۵ گرم ميشود و به صورت بخار در ميآيد. همچنين آمونياك مايع ممكن است حاوي مقداري آب و روغن باشد كه بايد از سيستم خارج شود. براي اين منظور مبدل E 3105 (Ammonia Auxiliary Vaporizer) تعبيه شده است. اين مبدل نيز به صورت پوسته و لوله ميباشد كه داخل پوسته آب و روغن و آمونياك ميباشد و در لوله بخار با فشار ۱۴ کيلوگرم بر سانتي متر مربع جريان دارد. مواد داخل پوسته با بخار داخل لوله تبادل حرارت می كنند و ضمن تبخير آمونياك همراه آب و روغن، مقدار آب و روغن به تدريج افزايش مييابد كه در نهايت Drain ميشود. آمونياك تبخير شده در اين مبدل در نهايت به درون مبدل E 3103 باز ميگردد. فشار مبدلE 3105 كمي بيشتر از فشار مبدل E 3103 ميشود كه اين مقدار فشار باعث انتقال گاز آمونياك از مبدل E 3105 به مبدل E 3103 ميشود، اما براي انتقال مايع آمونياك از مبدل E 3103 (فشار كم) به مبدل E 3105 (فشار بيشتر) سطح مبدل كمكي را (مبدل E 3105 ) پايينتر از مبدل تبخيركن اصلي (مبدل E 3103 ) قرار ميدهند. آمونياك گازي با شرايط فشاری معادل با 8/۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع و دمای °C۱۵ مبدلE 3103 را ترك می كند و به درون پوستة مبدل Ammonia Superheater) ) E3104 راه می یابد. در اين مبدل آمونياک با بخار ۱۴ کيلوگرم بر سانتي متر مربع كه درون لوله جريان دارد تبادل حرارت انجام ميدهد. آمونياك خروجي از مبدل E 3104 ضمن اين كه به حالت فوق اشباع[16] ميرسد (حدود °C۱0۰) و فشار آن نيز به صورت جزئي افزايش مييابد و برابر با ۹/۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع می گردد. اين آمونياك از نظر فشاري و دمايي شرايط مناسبي را جهت ورود به راکتور دارد، اما يك شير كنترل فشاري، فشار خط آمونياك را ثابت نگه ميدارد و پس از آن يك شير كنترل جريان، مقدار جريان جرمي آمونياك با توجه به ميزان جرم هواي ورودي به راکتور را (جهت ثابت نگه داشتن نسبت) كنترل ميكند. پس از اين دو شير كنترل، يك درام و يك فيلتر تعبيه شده است تا احياناً از ورود آمونياك مايع و اكسيدهاي آهن و فلزات به درون راکتور جلوگيري شود (فيلتر F 3102 و درام D 3102). خلوص آمونياك در اين شرايط به بالاترين حد خود ميرسد و وارد ميكسر MA 3101 ميشود و در آن با هوا كاملاً مخلوط ميگردد. دبيآمونياك (که مقدار بسيار کمی آب همراه خود دارد) در ظرفيت ۱۰۰% معادل ۷۰۵۷ کيلوگرم در ساعت ميباشد. چند نكته درمورد مبدل E 3103 اين مبدل از نوع کِتِل تايپ[17] ميباشد و آمونياك مايع از دو محل و از پايين وارد آن ميشود. شكل ظاهري پوستة آن دو برآمدگي به طرف بيرون دارد كه يكي در بالاست و ديگري در پايين مبدل. برآمدگي بالا براي تفكيك كامل گاز آمونياك از مايع تعبيه شده است و برآمدگي پايين پوسته، محل مناسبي براي تجمع ناخالصيهاي آمونياك (مانند آب و روغن) ميباشد كه به درون مبدل كمكي E 3105 هدايت ميشود. تيوپهاي مبدل پنج پاس[18] دارد كه آب C.W.L از بالا وارد تيوپهاي فوقاني آن می شود و پس از عبور از پاس ها، از طريق رديف تحتاني خارج ميشود. چون اين آب كار تبخير آمونياك را بر عهده دارد، به نحوي شرايط فشاري مبدل را متأثر خواهد كرد. بنابراين روي مسير آب ورودي به اين مبدل يك شير كنترل نصب شده به نام PV 31003/A كه كار آن تنظيم و كنترل فشار تبخيركن است. آب C.W.L مورد استفاده در اين مبدل قبل از شير کنترل فوق دو شاخه می شود که يک شاخه به شير کنترل مذکور و ديگری به شير کنترل PV 31003/B وارد می گردد که آب عبوری از شير کنترل PV 31003/B با آب خروجی از E 3103 به هم می پيوندند و جهت خنک کاری به برج جذب می روند. اين دو شير کنترل برعکس يکديگر عمل می کنند؛ به نحوی که اگر PV31003/A به ميزان %70 باز باشد، PV 31003/B به ميزان %30 باز خواهد بود. به اين علت از دو شير کنترل استفاده می شود که طراحی مبدل موجود در برج جذب بر اساس %100 آب C.W.L انجام گرفته است که همين موضوع استفاده از دو شير کنترل را الزام می کند. اصولاً كاركردن با مبدل E 3103 ، بسيار حساس و ظريف است؛ حساسيت و ظرافت كاركردن با اين مبدل در راهاندازي و از كار انداختن واحد مشخص ميشود. به طوركلي عوامل مؤثر بر فشار اين مبدل عبارتند از: ۱- سطح آمونياك مايع. ۲- درجه حرارت آب C.W.L. ۳- ميزان جريان آب C.W.L. ۴- مقدار آب و روغن همراه آمونياك. ۵- ظرفيت واحد. ۶- در سرويس بودن يا نبودن مبدل كمكي E 3105 . ۷- فشار آمونياك ورودي به واحد. ۸- وجود هوا در C.W.L و عدم هواگيري آن. ۹- كثيف بودن پوسته و لوله مبدل. ۱۰- كارآيي و دقت PV 31003/A و LV 31003 . اما در رابطه با تبخيركن كمكي E 3105 ذكر اين نكته ضروري است كه استفاده از آن به دو طريق پيوسته و ناپيوسته امكانپذير است، كه شرح عمليات هر كدام از آنها خود نيازمند مقالهاي ديگر است. در مورد آب C.W.L نيز يادآوري اين نكته ضروري است كه اين آب به دلايلي كه بعداً روشن خواهد شد در اين واحد جريان مييابد. يك شاخه از اين آب به صورت سريال چندين مبدل را طي ميكند كه در يكي خنك كننده و در ديگري گرم كننده است. در مبدل E 3103 اين آب گرم کننده است و ضمن تبخير آمونياك، سرد ميشود و بعد از اين سردشدن وارد مبدل E 3114 می شود و نقش سردكنندگي را به عهده دارد، سپس وارد مبدل هاي E 3112 و E 3111 ميشود. به همين دليل شير كنترل ورودي آب C.W.L به مبدل تبخيركن اصلي يعنی PV 31003/A اگر جهت كنترل فشار مبدل، مقدار آب را تغيير دهد، مبدل هاي بعدي كه قرار است آب C.W.L به آنها سرويس دهد، دچار مشكل خواهند شد. بنابراين براي رفع اين معضل همان طور که گفته شد، جريان آب ورودي به اين مبدل به دو شاخه تقسيم شده كه يكي ضمن عبور از PV 31003/A وارد مبدل می شود و ديگري ضمن عبور از شير كنترل PV 31003/B مبدل را باي پاس ميكند و به اين ترتيب تغييرات ميزان آب ورودي به مبدلE-3103 بر روي مبدلهاي سريال بعدي تأثير نامطلوبي نخواهد گذاشت. هواي موردنياز فرآيند توليد گاز مونوکسيد نيتروژن از آمونياك درون راکتور انجام ميشود كه يك واكنش اكسيداسيون ويژه است كه نياز به اكسيژن دارد. اكسيژن لازم از هواي اتمسفر تأمين ميشود. براي اين منظور يك كمپرسور هوا در نظر گرفته شده است. مكش كمپرسور C 3101 هوا را به درون يك اتاقك هدايت ميكند. در اين اتاق ابتدا دماي هوا را روي °C۴۰ تثبيت ميكنند و سپس توسط دو مجموعه فيلتر، پاكسازي ميشود و گرد و غبار آن گرفته ميشود. جهت تثبيت دماي هوا از مبدل E 3119 استفاده ميشود. گرم كردن هوا بسيار اهميت دارد. هواي اتمسفر حاوي بخار آب است و پايين بودن درجه حرارت آن احتمال تشكيل قطرات آب از بخارات موجود در جو را ضمن فشرده شدن زياد ميكند كه اين قطرات آب توانايي تخريب پرههاي كمپرسور چرخشي را خواهد داشت. پس با گرم كردن هوا ميتوانيم از تشكيل اين قطرات جلوگيري كنيم. از طرفي بالابودن درجه حرارت هوا، با توجه به مكش ثابت كمپرسور، ميزان دبي جرمي هوا را كم ميكند، چون چگالي آن كاهش مييابد و اين معضل ايجاد ميشود كه كمپرسور را به شرايط سرج نزديك خواهد كرد كه بسيار خطرناك است. حضور مبدل E 3119 در ورودي هوا به كمپرسور، درجه حرارت را روي °C۴۰ ثابت نگه ميدارد. دبي جرمي هواي ورودي به كمپرسور در %100 ظرفيت واحد ۱۳۲۷۷۱ کيلوگرم در هر ساعت است كه طي دو مرحله تحت فشار قرار ميگيرد و در بين دو مرحله جهت افزايش راندمان كمپرسور يك خنك كن ميانی E 3121 دماي هوا را با استفاده از آب C.W از °C۱۵۰ تا °C۱۱۵ خنك ميكند. فشار هوا در اين مرحله حدود 7/2 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع است که به مرحلة دوم هدايت می شود و در نهايت هوا با فشار5/5 کيلوگرم بر سانتي متر مربع و دماي °C۲۳۰ از مرحله دوم كمپرسور خارج ميشود. اين هوا علاوه بر تأمين هواي اكسيداسيون آمونياك، جهت قسمت هاي ديگر واحد نيز به كار برده ميشود. مصارف اين هوا عبارتند از: ۱- مسيراصلي كه قسمت اعظم هوا كه حدود ۸۰% هوای کل است و به طرف ميكسر در راکتور هدايت ميشود. ۲- مسير دوم كه حدود ۱۷% هوای کل است و به طرف برج سفيد كننده ميرود. ۳- مسير آب بندي كه كارش آببندي كمپرسور مونوکسيد نيتروژن، توربين گازي، كمپرسور هوا و سر و بدنة راکتور ميباشد. ۴- مسير خنككن جهت خنك كردن ترموكوپلهاي نصب شده روي راکتور. ۵- مسير Silencer كه در زمان خارج شدن واحد از سرويس، كل هوا را جهت جلوگيری از آسيب رسيدن به تجهيزات به طرف اتمسفر رها ميكند. واکنش هوا و بخار آمونياک شاخه اصلي هواي خروجي از كمپرسور هوا، به عنوان هواي فرآيندي جهت اندازهگيري دبي از يك ونچوري عبور داده ميشود و سپس وارد ميكسر ميشود. اين ونچوري دبي هوا را اندازهگيري می كند و با توجه به مقدار نسبت هوا به آمونياک، فرماني به شير كنترل دبي آمونياك ارسال ميشود تا اين شير كنترل مقدار آمونياك را تنظيم كند. نسبت جرمي آمونياك به هواي فيلتر شده (هواي خشك) در شرايط نرمال ۱ به ۱۰ ميباشد. آمونياك از وسط و هوا از پايين وارد ميكسرMA 3101 ميشود. شكل ظاهري ميكسر مانند يك مخروط ناقص وارونه است، كه چندين رديف پره با زواياي مختلف در آن تعبيه شده است تا به هوا يك حالت چرخش بدهد تا بتواند آمونياك ورودي را كاملاً در خود مخلوط نمايد و مخلوط به صورت همگن باشد. مخلوط همگن هوا و آمونياك داراي شرايط فشار 38/5 کيلوگرم بر سانتي متر مربع و دماي °C۲۱۴ ميباشد كه بلافاصله به درون راکتور هدايت ميشود. در محل ورودي گاز (مخلوط آمونياك و هواي خشك) به راکتور يك منبسط کننده[19] داريم كه سرعت مخلوط را به شدت كاهش ميدهد. علت تنظيم سرعت گاز در راکتور دو مورد ميباشد كه عبارتند از: الف- تلاطم لازم جهت نفوذ كامل گاز در كاتاليست وجود داشته باشد. ب- زمان برخورد كافي براي توليد مونوکسيد نيتروژن وجود داشته باشد. اگر سرعت گاز ورودي به راکتور كم باشد، زمان كافي براي انجام واكنش وجود خواهد داشت. اما در صورت كم بودن سرعت گاز در هنگام ورود به راکتور، يك مشكل به وجود ميآيد كه زمان اقامت گاز در راکتور زياد می شود و باعث تجزية آمونياك به نيتروژن و هيدروژن ميشود كه با حضور اکسيژن موجود در هوا واكنش توليد آب صورت می گيرد و حرارت بسيار زيادي ايجاد می كند و مشكلات عديدهاي را به دنبال دارد. برعكس اگر سرعت گاز زياد باشد، تلاطم لازم جهت نفوذ گاز در كاتاليست وجود دارد اما آمونياك واكنش نمی دهد و به هدر ميرود. ضمن اينكه به دليل سرعت بالا فرسايش پلاتينها بيشتر می شود و راندمان كاهش مييابد. بنابراين تنظيم سرعت گاز (واكنشگرها) در راکتور بسيار اهميت دارد. در ساختمان راکتور، پس از منبسط کننده كه به صورت يك مخروط ناقص و وارونه است بلافاصله يك صفحه مشبك داريم كه توزيع کننده[20] ناميده ميشود و وظيفه آن توزيع يكنواخت جريان ورودي روي سطوح پلاتينها ميباشد. در زير توزيع كننده صفحات پلاتين قرار دارند. عبور گاز از سطح كاتاليست، واكنش انتخابي مورد نظر را كه همان توليد گاز مونوکسيد نيتروژن ميباشد به پيش خواهد برد و كنترل آن، از وقوع ديگر واكنش هاي جانبي و نامطلوب جلوگيري خواهد كرد. بنابراين براي اينكه سطح وسيعي از پلاتين را ايجاد كنيم تا واكنش به راحتي رخ دهد، آن را به صورت توريهايي با بافت ريز درآوردهاند. عناصر تشكيل دهنده اصلي توري ها پلاتين و روبيديوم ميباشد که پلاتين به ميزان ۹۰% جهت انجام واكنش انتخابي مورد نظر و به عنوان تنها عامل كاتاليزور مورد استفاده قرار ميگيرد و روبيديوم به ميزان ۱۰% جهت استحكام بخشيدن به بافت توريها در برابر سايش مكانيكي و حرارت ناشي از واكنش شيميايي به كار برده ميشود. درجه خلوص در اين قسمت ۹۵/۹۹% ميباشد و حدوداً ppm ۵۰۰ ناخالصي دارد. اين ناخالصيها از عناصر گوگرد، فسفر، آرسينك، سيليس، نيكل، مس، نقره، طلا و آهن تشكيل شده است. سطح توري ها دايرهاي است و كل سطح مقطع راکتور را در منطقة مورد استفاده ميپوشاند. جهت اين فرآيند هشت عدد توري مورد استفاده قرار ميگيرند كه روي هم قرار دارند. كارايي توريها براساس دستورالعمل سازنده بين ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ ساعت است و در اثر وقوع واكنش شيميايي و در طول زمان اين توري ها مستهلك ميشوند. راندمان پلاتين جهت اكسيداسيون آمونياك % ۵/۹۵ ميباشد و افت پلاتين توسط شركت سازنده حدود ۱۵۰ ميلي گرم به ازاي هر تن اسيد ۱۰۰% اعلام ميشود. براي توري ها يك نگهدارنده[21] در نظر گرفته شده است كه به صورت شبكة فلزي (توري شكل) ميباشد. در زير اين نگهدارنده، آکنه ها[22] وجود دارد كه از جنس سراميك هستند و شكل آن ها به صورت راشينگ رينگ[23] ميباشد. توزيع اين آکنه ها Random ميباشد و اين آکنه ها قسمتي از حجم راکتور را به به خود اختصاص دادهاند. وظيفة آکنه، يكنواخت كردن جريان گاز حاصل از واكنش درمجاورت كاتاليست است. همچنين باعث يکنواخت شدن گاز از نظر درجه حرارت ميشود. ضمن اين كه در زمان خارج شدن واحد از سرويس، با نگهداري حرارت درون خود از معيوب شدن[24] توري هاي پلاتين جلوگيري ميكند. نگهدارندة راشينگ رينگ ها يك صفحه مشبك فلزي است و در زير آن شبكة مارپيچي وجود دارد كه كويلهاي مبدل هاي E 3106 و E 3107 را ميسازد و در اثر برخورد جريان گاز عبوري در اين دو مبدل بخار فوق اشباع با شرايط فشار ۴۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي °C۴۴۰ مهيا ميشود و درجه حرارت گازها را از °C۸۸۰ تا °C۴۷۰ (از روي سطح پلاتينها تا خروجي از راکتور) به شدت و به سرعت كاهش ميدهد. در پایین راکتور يك حالت U شكل براي خروجي طراحي شده كه جهت خروج مايعات تشكيل شده يا احياناً آکنه هاي خرد شده ميباشد. شكل كلي راکتور در صفحة بعد نشان داده شده است. ورودي گاز منبسط کننده کاتاليستها توزيع کننده کويلهاي ۶و۷ خروجي گاز جهت خروج مايعات آشنايي با واكنش هاي مطلوب و نامطلوب در راکتور و عوامل کاهش دهندة راندمان واكنش هاي شيميايي متعددي در درون راکتور انجام ميگيرد، كه البته به جز يكي از آن ها بقيه نامطلوب ميباشند. بنابراين سعي ميشود كه حتيالامكان واكنش هاي جانبي رخ ندهد. مكانيزم واكنش اكسيداسيون آمونياك سه مرحله دارد. الف- جذب اكسيژن بوسيلة كاتاليست. ب- واكنش كاتاليست و توليد هيدرات نيتروژن روي سطح كاتاليست. ج- واكنش اكسيژن جذب شده روي سطح كاتاليست با راديكال هيدرات نيتروژن و توليد مونوکسيد نيتروژن و آب. واكنش كلي به اين صورت است: اين واكنش در مدت زمان يك هزارم ثانيه شروع و انجام ميشود و مدت زمان بيشتر تماس گاز، باعث تجزية مونوکسيد نيتروژن در شرايط فرآيندي ميشود. چون كه اين واكنش در دماي °C۸۱۰ تا °C۹۰۰ اتفاق ميافتد و در اين شرايط مونوکسيد نيتروژن ناپايدار است. بنابراين بايد به سرعت جريان گاز را سرد و زمان اقامت را كاهش داد. حرارت ناشي از واكنش معادل ۵۴۰۷۳ کيلو کالري به ازاي يک کيلو مول از آمونياک توليدي ميباشد كه بسيار بالاست و دماي گاز را تا °C۸۷۰ افزايش ميدهد. اين گرما باعث گداخته شدن سطح كاتاليست می شود و به پيشرفت واكنش كمك ميكند. البته در راکتور مشعلي وجود دارد كه در ابتدا جهت راهاندازي واحد و تأمين حرارت اوليه جهت انجام واكنش روشن ميشود كه سوخت آن گاز سنتز است. اما پس از ايجاد حرارت اوليه و شروع به كار سيستم چون واكنش اكسيداسيون به شدت گرمازا است و گرماي مورد نياز واكنش را تأمين ميكند، مشعل به صورت خودكار خاموش ميشود و از سيستم خارج ميگردد. به دليل مسائل ايمني و نيز عدم انجام واكنش هاي مزاحم، در صورتيكه تراكم صورت گيرد و درجه حرارت تا °C۹۱۰ بالا رود، راکتور و واحد به صورت خودكار از سرويس خارج ميشود. همان طور که ذکر شد امکان انجام تعدادی واکنش نامطلوب نيز در راکتور وجود دارد. اين واکنش ها عبارتند از: 1- واكنشي كه طي آن آمونياك در اثر حضور اكسيد فلزات و درشرايط راکتور تجزيه ميشود. 2- واكنشي است كه طي آن NO ضمن زمان توقف زياد در راکتور، تجزيه ميشود. 3- واكنشي كه طي آن آمونياك در مجاورت يك سطح داغ ميسوزد. 4- واكنشي كه ميل تركيبي No و NH3 را با يكديگر نشان ميدهد و البته كمتر از واكنش هاي ديگر اتفاق ميافتد و شرايط آن، اختلاط خوراك با محصول است. بنابراين بايد محصولات واكنش اصلي را هرچه سريع تر از راکتور خارج كرد. واكنش سوم بدترين نوع واكنش نامطلوب ميباشد. به عنوان مثال اگر فاصله توزيع کننده از توري هاي پلاتين كم باشد، در اثر تشعشع توريهاي داغ، سطح توزيع كننده بيش از اندازه گرم ميشود و مخلوط گاز ورودي قبل از رسيدن به سطح كاتاليست در واكنش نامطلوب سوم به كار برده ميشود و طبيعتاً با وقوع اين واكنش و حرارت آزاد شده ناشي از آن، سطح توزيع كننده باز هم داغ تر ميشود و به پيشرفت واكنش نوع سوم كمك ميكند. وقوع هر كدام از واكنش هاي نامطلوب راندمان پلاتينها و در نتيجه راندمان راکتور را كاهش ميدهد. ورودي و خروجي راکتور در حالت ظرفيت حداكثر و شرايط نرمال به صورت زير است: ورودي به راکتور آمونياك به مقدار ۷۰۵۰ کيلوگرم بر ساعت خروجي از راکتور مونوکسيد نيتروژن به مقدار ۱۱۹۰۸ کيلوگرم بر ساعت اكسيژن به مقدار ۲۴۷۲۳ کيلوگرم بر ساعت دي اکسيد نيتروژن به مقدار ۲۹ کيلوگرم بر ساعت نيتروژن به مقدار ۸۱۸۷۵ کيلوگرم بر ساعت اكسيژن به مقدار ۸۴۰۰ کيلوگرم بر ساعت بخار آب به مقدار ۲۴۵۱ کيلوگرم بر ساعت نيتروژن ۸۲۱۱۴ کيلوگرم بر ساعت آب ۱۳۶۴۸ کيلوگرم بر ساعت در شرايط طراحي، ميزان رطوبت هوا حدوداً ۴۰% در نظر گرفته شده است. عوامل ديگري نيز علاوه بر واكنش هاي نامطلوب، باعث پايين آمدن راندمان راکتور ميشوند كه عبارتند از: ۱- در اغلب موارد تجمع ناخالصيها روي سطح كاتاليست باعث كاهش سطح تماس پلاتين با گازهاي ورودي ميشود. اين ناخالصيها ذرات اكسيدآهن، ذرات آهن، روغن و . . . ميباشند. ۲- در اثر برگشت زدن جريان گاز، پودرهاي پلاتين روي سطح توزيع كننده منتقل ميشود؛ بنابراين جريان مخلوط ورودي روي سطح توزيع کننده واكنش می دهد و مقداري مونوکسيد نيتروژن تشكيل ميشود و مونوکسيد نيتروژن توليد شده روي سطح پلاتينهاي اصلي (توريها) تجزيه می شود و راندمان را كاهش ميدهد. بنابر نکات ذکر شده در بالا بايد تاجايي كه ممكن است از ورود ناخالصيها به راکتور جلوگيري شود. فيلتر F 3102 براي همين منظور روي مسير آمونياك نصب شده است. اين فيلتر در درون درام D 3102 قرار دارد و شامل 4 عدد فيلتر عمودي است كه به شكل استوانه است. اين فيلتر جهت جلوگيري از ورود برادههاي آهن، ذرات اكسيدآهن، روغن احتمالي و احياناً آمونياك مايع است. آمونياك مايع باعث واكنش شديداً گرمازائي ميشود كه همان اكسيداسيون است كه روي سطح پلاتينها به صورت موضعي انجام ميگيرد كه در نهايت اين حرارت موضعي پلاتين را ذوب ميكند. جهت جلوگيری از ورود ذرات معلق موجود در هوا نيز فيلتر F3101 درون اتاقك هوا تعبيه شده است که از دو قسمت كاملاً متفاوت تشكيل شده است. فيلتر F 3101/A از جنس پشمشيشه ميباشد و ذرات گرد و غبار موجود در هوا را جذب ميكند و فيلتر F3101/B شامل فيلترهای آلفا ميباشد كه ناخالصيهاي مضر ديگر مانند، كلر، فلوئور، برم و . . . را جذب می كند و اجازة ورود آن ها را به همراه هوا نميدهد. علت جذب اين گونه ناخالصيها از هوا اين است كه اين ناخالصيها باعث مسموميت كاتاليست راکتور ميشوند و همچنين در برج جذب نيز مشكلاتي ايجاد ميكنند. گازهاي خروجي از راکتور تا اين جا هرچه گفته شده مربوط به داخل راکتور بود. حال ميخواهيم گازهاي خروجي از راکتور را مورد بررسي قرار دهيم. گازهاي خروجي از راکتور با دماي °C۴۷۰ وارد اولين مبدل سرد كننده ميشود. در اين مبدل که نام آن E 3110 است، گاز فرآيندي با گازهاي خروجي از برج جذب[25] تبادل حرارت انجام ميدهد و دماي آن تا حدود °C۲۵۴ پايين ميآيد. سپس با طي مسافتي كوتاه وارد مبدل E 3108 ميشود. دماي گاز در ورود به اين مبدل °C۲۶۹ و پس از تبادل حرارت و سرد شدن به °C۱۷۳ ميرسد. در اين مبدل آب B.F.W با گاز تبادل حرارت ميكند و دماي آب از °C۱3۰ به °C۲۴۸ ميرسد. گاز فرآيندی سپس وارد مبدل E 3109 ميشود. دماي گاز ورودي به مبدل °C۱۷۹ است و پس از خنك شدن در اثر تماس با آب C.W درجه حرارت آن تا °C۴۱ كاهش مييابد. خروجي از اين مبدل يك جريان دوفازي ميباشد و درون مخزن D 3103 تخليه ميشود. حال اين سئوال مطرح ميشود كه چرا در حين مسير عبور گاز از لولهها، دماي گاز افزايش مييابد؟علت اين است كه گازهاي خروجي راکتور كه حاوي مونوکسيد نيتروژن و اکسيژن ميباشد درجه حرارتي حدود °C۴۷۰ دارد. تحت اين شرايط واكنش غيركاتاليستي توليد دي اکسيد نيتروژن از مونوکسيد نيتروژن و اکسيژن انجام می گيرد و چون گرمازا ميباشد درجه حرارت گاز را بالا ميبرد. واكنش به صورت زير است: اين واكنش در دماهاي كمتر از °C۵۰۰ اتفاق ميافتد و هرچه محيط سردتر شود و فشار بيشتر شود، واكنش پيشرفت قابل ملاحظهاي خواهد داشت. بنابراين واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن كه يكي از مراحل توليد اسيد نيتريك ميباشد تحت اين شرايط به راحتي پيشرفت ميكند. اين گازها نهايتاً بايد جذب آب شود تا اسيد نيتريك توليد شود. اين عمل در برج جذب انجام ميشود و شرايط برج جذب براي انجام عمل جذب، يكي دماي پايين و ديگري فشار بالاي آن است. پس با سردكردن مداوم گاز علاوه بر مهيا شدن شرايط واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن، در واقع شرايط برج جذب نيز مهيا ميشود. با بررسي تركيبات گازي از زمان خروج از راکتور و تا زمان ورود به درام D 3103، مشخص ميشود كه همواره از تعداد مونوکسيد نيتروژن كم و بر مقدار دي اکسيد نيتروژن افزوده ميشود. در پي اين واكنش (توليد دي اکسيد نيتروژن) با افت فشار نيز روبرو ميشويم كه اين افت فشار جداي از افت فشار ناشي از تجهيزات مكانيكي است. در مبدل E 3109 به دليل پايين آمدن درجه حرارت تا °C۴۱، مقداري از گازهاي دي اکسيد نيتروژن با آب كندانس می شوند و اسيد ضعيفي را تشكيل ميدهند كه به درون درام ۳۱۰۳ هدايت ميشود. اين اسيد ضعيف که غلظتي در حدود ۳۱% دارد، توسط پمپ P 3104 به سينی های 6، 7 و 8 برج جذب منتقل ميشود. براي توليد اسيد نيتريك، احتياج به جذب دي اکسيد نيتروژن در آب داريم؛ چون مونوکسيد نيتروژن با آب واكنش نميدهد، به همين منظور تا جايي كه امكان دارد گاز مونوکسيد نيتروژن را به دي اکسيد نيتروژن تبديل ميكنند. پس هرچه واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن انجام گيرد و پيشرفت آن خوب باشد براي ما بهتر است. اين حالت يعني پيشرفت واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن با كاهش دما ميسر خواهد بود. شرايط ايدهآل براي اين واكنش، درجه حرارت زير °C۲۰۰ و بالاي °C۱۰۰ است. در درجه حرارتهاي زير °C۱۰۰، دي اکسيد نيتروژن طي يك واكنش به دي نيتروژن فور اکسيد تبديل ميشود كه براي ما سودمند نيست. در دماي زير °C۱۰۰ علت اينكه اين واكنش سودمند نيست، اين است كه دي نيتروژن فور اکسيد تمايل به تشكيل اسيد نيترو دارد، مطلوب تر آن است كه مقدار دي اکسيد نيتروژن قابل ملاحظه باشد تا اسيد نيتريك بيشتري توليد شود. از اين رو واژهاي به نام درجة اكسيداسيون تعريف ميشود كه برابر با نسبت ميباشد و طبيعي است كه با كاهش مقدار مونوکسيد نيتروژن، اين نسبت به سمت يك ميل ميكند كه ايدهآل به نظر ميرسد كه اين امر با افزايش فشار ميسر است. بنابراين افزايش فشار در اين مرحله علاوه بر مهيا نمودن شرايط برج جذب، به ارتقاي درجه اكسيداسيون كمك ميكند به طوريكه اعداد و ارقام نشان ميدهد، ۷۵% اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن در فشار پايين صورت ميگيرد و ۲۵% مابقي آن در فشار بالا، مثلاً در خروجي كمپرسور گازي تا برج جذب و حتي درون برج جذب صورت ميگيرد. ضمن اين كه طبق روابط موجود زمان رسيدن به درجه اكسيداسيون معين، با افزايش فشار كاهش مييابد، از طرفي حجم ظرف لازم براي يك درجه اكسيداسيون معين نيز با افزايش فشار كاهش مييابد. درون درام ۳۱۰۳ اسيد رقيق وجود دارد كه اين اسيد با توجه به غلظتي كه دارد بر روي سينيهاي ۶، ۷ و ۸ در برج جذب ريخته مي شود؛ به عبارت ديگر غلظت اسيد روي اين سينيها تقريباً برابر با غلظت اسيد درون درام D 3103 ميباشد (۳۱ تا ۳۲%). در صورت عدم رعايت اين مسأله، يعني تخليه اسيد ضعيف روي سيني حاوي اسيد قويتر و يا ضعيفتر باعث افزايش درجه حرارت به صورت موضعي روي سينيها ميشود كه اين افزايش درجه حرارت ناشي از اختلاط دو اسيد با غلظتهاي متفاوت است كه اين مسأله ميتواند باعث تخريب مواد بدنه برج جذب و سينيها شود، چون از جنس فولاد ضد زنگ ميباشند و اسيد نيتريك داغ توانايي تخريب آن ها را دارد. به هر شكل جريان گازي موجود در درام D 3103 پس از اختلاط با جريان هواي خروجي از برج سفيد كننده به درون كمپرسور گازي مكيده ميشود و تحت فشار قرار ميگيرد. اين كمپرسور نيز سانتريفوژ است و فشار مخلوط گازها را تا ۱۵/۹ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي آن ها را تا °C۱۴۱ افزايش ميدهد. گاز به دورن كولر E 3115 هدايت ميشود و دمايش تا °C 118 کاهش می يابد و پس از آن وارد مبدل E 3111 يا چگالنده فشار بالا مي شود و تا °C 49 خنک می شود. گازهای خنک شده به پايين برج جذب T 3101 تزريق می گردد، در حالي که اسيد جمع شده در مبدل E 3111 (در اثر مايع شدن) نيز همرا گاز است. مبدل E 3115، افقي ميباشد و به صورت پوسته و لوله ميباشد. از داخل پوسته گازهاي خروجي از برج جذب عبور ميكند و گاز فرآيندي خروجي از كمپرسور مونوکسيد نيتروژن با عبور از درون لوله حرارت خود را از دست ميدهد و باعث گرم شدن گازهاي خروجي از برج جذب از °C۶۵ تا °C۱۲۰ ميشود. برخلاف مبدل E 3115، مبدل E 3111 يك مبدل عمودي است كه جريان گاز فرآيندي ضمن سردشدن در مواجهه با آب C.W.L عبوري از پوستة مبدل، مقداري اسيد قوي كندانس شده توليد ميكند و به همين دليل عمودي است تا مايع حاصل از ميعان بتواند به درون برج تخليه شود. برج جذب[26] برج جذب واحداسيد نيتريک منطقة 2 يک برج سينيدار است و داراي 3۳ عدد سيني از نوع مشبک[27] ميباشد. جريان گاز از پايين وارد برج ميشود و ضمن برخورد با سينيها، از داخل سوراخ سيني ها عبور می كند و روي سينيها با جريان مايع برخورد مستقيم پيدا ميكند. در اثر اين برخورد مستقيم، عمليات جذب دي اکسيد نيتروژن (يا دي نيتروژن فور اکسيد) به درون مايع صورت ميگيرد. اين جذب شيميايي است و طي آن واكنش تشكيل اسيد نيتريك صورت ميگيرد. جمعبندي اين دو واكنش به صورت زير است: از اين واكنش دو مطلب مهم برداشت ميشود: ۱- طي واكنش جذب و توليد اسيد مقداري مونوکسيد نيتروژن توليد ميشود. بنابراين بايستي براي جذب آن توسط آب به دي اکسيد نيتروژن تبديل شود؛ چرا كه مونوکسيد نيتروژن جذب آب نميشود. اين مسأله با توجه به غلظت هاي بالاي دي اکسيد نيتروژن در پايين برج كه ناشي از جريان ورودي گاز ميباشد مشكلي پيش نميآورد. اما با عبور تدريجي گاز در برج، پس از جذب دي اکسيد نيتروژن (يا دي نيتروژن فور اکسيد)، علاوه بر حضور مقدار كمي مونوکسيد نيتروژن كه در گاز ورودي ميباشد، به تدريج بر اثر واكنش جذب نيز مونوکسيد نيتروژن توليد ميشود. بنابراين در بالاي برج غلظت مونوکسيد نيتروژن كاملاً مشخص خواهد بود و بايد به دي اکسيد نيتروژن تبديل شود. واكنش به صورت زير است: اكسيژن لازم جهت انجام اين واكنش از طريق جريان هوايي ثانويه خروجي از برج سفيد كننده كه به درون درام ۳۱۰۳ راه يافته و با جريان اصلي ادغام شده است تأمين ميگردد. فضا و زمان ماند لازم نيز (جهت واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن) با افزايش فواصل سينيهاي برج تأمين ميشود؛ به عبارت ديگر، فاصلة بين سينيهاي برج با افزايش شمارة آن ها زياد ميشود. 2- دومين مطلب مهم در رابطه با واكنش توليد اسيد اين است كه، اين واكنش گرمازا ميباشد و چون نميخواهيم دماي برج بالا رود (چون راندمان كاهش مييابد) بايد به طريقي اين حرارت آزاد شده را از برج دفع كنيم. البته توجه ميكنيم واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن نيز واكنشي گرمازا است و البته تمام واكنش هاي شيميايي فرآيند توليد اسيد نيتريك براساس روش موجود گرمازا است. براي دفع گرمای آزاد شده در طی واکنش های ذکر شده از كويلهاي آب C.W.L استفاده ميشود. به اين صورت كه آب C.W.L درون لولههاي ۵/۰ اينچ توزيع می شود و روي سينيها و درون ارتفاع مايع روی سطح سينی چرخش ميكند و سپس خارج ميشود و با اين كار، حرارت آزاد شده ناشي از واكنش توليد اسيد و اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن را جذب ميكند و دماي برج را همواره پايين نگه ميدارد. البته به دليل غنيتر بودن گاز دي اکسيد نيتروژن در پايين برج و شديدتر بودن سرعت واكنش در اين قسمت از برج، طبيعتاً ميزان حرارت آزاد شده نيز بيشتر است. بنابراين توزيع لولههاي ۵/۰ اينچ آب خنك كننده، در پايين برج بيشتر از بالاي برج است و از سيني ۲۴ به بالا ديگر كويل خنككننده نداريم. جريان مايع يا آب لازم جهت واكنش از دو طريق وارد برج ميشود. جريان اول كه از روي سيني آخر يعني سيني ۳۳ وارد ميشود، درجه حرارتش حدود °C۳۰ است. جريان دوم نيز از روي سيني ۳۱ وارد برج ميشود و درجه حرارت آن °C۵/۱۸ ميباشد. از اين جريان که کندانس های نيتراته می باشد به دليل مشکلاتی که در برج ايجاد می کند اکنون استفاده نمی گردد و تنها جريان اول استفاده می گردد که از نوع آب بدون املاح ميباشد و توسط پمپ P 3103 ارسال ميشود. نكتهاي كه در رابطه با برج جذب قابل ذكر است اين است كه در يك گاز در حال تعادل با يك اسيد با غلظت مشخص، به علت گرمازا بودن واكنش دي اکسيد نيتروژن با آب، با بالا رفتن درجه حرارت، نسبت مونوکسيد نيتروژن به دي اکسيد نيتروژن كاهش مييابد، چون كه واكنش توليد اسيد در جهت عكس به پيش ميرود يعني توليد دي اکسيد نيتروزن و كاهش مونوکسيد نيتروزن. براساس تجربه و فرمولاسيون درجه اكسيداسيون، اسيد غليظ تنها در شرايطي تهيه ميشود كه غلظت گاز مونوکسيد نيتروزن نسبت به كل اكسيدهاي ازت موجود به حداقل ممكن برسد. بالا رفتن دما، پايين آمدن فشار، متعادل نبودن آب تزريقي پروسس (فرآيند) و . . . باعث كاهش غلظت اسيد در پايين برج ميشود. ورود هر يك از هالوژن هاي نام برده شده در هوا كه توسط فيلتر F3101 بايد گرفته شوند، به درون سيستم، علاوه بر مسموميت كاتاليستها، در برج جذب نيز مشكل به وجود ميآورد. از بين اين مواد، كلر از همه مضرتر است. كلر در برج جذب به صورت اسيد كلريدريك در می آيد و با تجمع در سينيهاي ۶ الي ۱۱، با حضور آب و اسيد نيتريك مخلوطی ايجاد ميكند كه شديداً خورنده است. براي رفع اين مشكل از سينيهاي ذكر شده مرتباً نمونهگيري ميشود و اگر حضور اسيد كلريدريك يا يون كلر ثابت شود، اسيد سينيها را براي مدت زمان ده دقيقه تخليه می كنند تا غلظت آن به صفر برسد. تنظيم دبي و سرعت جريان گاز ورودي به برج نيز مهم است. اگر سرعت گاز زياد باشد، درون برج يك حالت گرداب ايجاد ميشود كه اين حالت اجازه نميدهد دي اکسيد نيتروژن و دي نيتروژن فوراکسيد به خوبي جذب آب شود و اسيد نيتريك تشكيل گردد. در اين حالت (سرعت زياد گاز)، غلظت دي اکسيد نيتروژن در گاز خروجي از برج جذب زياد می شود و علاوه بر مسائل زيستمحيطي، مقداري دي اکسيد نيتروژن نيز به هدر ميرود. مشخصات ابعادي برج جذب به صورت زير است: قطر داخلي برج: ۸۰/۴ متر ارتفاع برج: ۵۰ متر فاصله كف برج تا اولين سيني: ۴۰/۴ متر فاصله آخرين سيني تا بالاي برج: ۵۰/۳ متر فاصله بين سينيها از سيني يك تا سيني دوازده: 975/.0 متر فاصله بين سينيها از سيني دوازده تا سيني بيست و سوم: ۱00/۱ متر فاصله بين سينيها از سيني بيست و سوم تا سيني سي و سوم: ۹۰۰/۱ متر فاصله بين سيني يك تا سي و سوم: ۱۲۵/۴۱ متر برج سفيد کننده[28] مايعي كه از برج خارج ميشود، اسيدنيتريك % ۵۸ است. اين اسيد حاوي مقداري از گازهاي اكسيد ازت است كه به طور فيزيكي حل شدهاند و به همين دليل رنگ اسيد سبز مايل به آبی ميشود. جهت بيرنگ كردن و حذف اكسيدهاي ازت از اسيد، اسيد نيتريك را به درون برج سفيد كننده منتقل ميكنند. به اين ترتيب كه فشار اسيد را ضمن عبور از يك شير كنترل ميشكنند و به ۵ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع كاهش ميدهند و با دماي °C۴۵ از بالاي برج سفيد كننده وارد برج ميكنند. اين برج هم از نوع سينيدار مشبک است که دارای 5 عدد سينی می باشد. شدت جريان هواي ثانوية خروجي از كمپرسور هوا كه قبلاً توضيح داده شد، پس از عبور از يك اوريفيس[29] اندازهگيري می شود و توسط يك شير کنترل مقدار آن را تنظيم ميكنند. اين جريان جهت خنك شدن تا حدود °C۱۲۰ به درون مبدل E 3102 هدايت ميشود. البته اين مبدل يك جريان کنارگذار[30] نيز دارد كه در صورت سرمايش بيش از اندازه، مقداري از اين شير را باز می كنند تا درجه حرارت هواي ثانويه كمتر از °C۲۰ نشود. در اين مبدل هواي ثانويه با جريان Tail Gas خروجي از درام D 3108 تبادل حرارت می كند و خنك ميشود (دماي اوليه هوا °C۲۳۰ ميباشد). در نهايت هواي ثانويه با فشار ۶۵/۴ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي °C۱۲۰ از پايين وارد برج سفيد كننده می شود و با عبور از اسيد جمع شده روي سينيها، اکسيدهاي نيتروژن را از اسيد جدا می کند و از بالاي برج خارج ميشود. همانگونه كه قبلاً نيز ذكر شد، اين جريان وارد درام D 3103 ميشود تا بتواند اكسيژن لازم جهت ادامه اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن را فراهم كند. مايع اسيد نيتريك بيرنگ در پايين برج سفيد كننده جمع ميشود. در اين شرايط اسيد كاملاً بيرنگ ميباشد و مقدار اکسيدهاي نيتروژن موجود در آن بيشتر از ppm ۲۰۰ نخواهد بود. دماي اسيد خروجي از برج سفيد كننده °C۶۵ است كه جهت ذخيره كردن، دماي بالايي است. بنابراين اسيد نيتريك به طرف مبدل E 3120 هدايت می شود و دماي آن تا °C۵۵ پايين ميآيد. سپس ضمن عبور از يک شير كنترل به درون مخازن ذخيره TK 3102 A/B راه می يابد و ذخيره ميشود. شير كنترل فوق جهت كنترل سطح اسيد درون برج سفيد كن تعبيه شده است. اسيد موجود در مخازن TK 3102 A/B توسط پمپ P 3109 جهت مصارف خاصي ارسال ميشود. دبي اسيد ورودي به مخازن ۴۳۱۰۴ کيلوگرم بر ساعت با غلظت ۵۸% است. در رابطه با برج سفيد كننده ذكر چند نكته ضروري است: - اين برج درحقيقت يك برج استريپر[31] ميباشد. بنابراين كاهش فشار و افزايش دما ميتواند باعث افزايش راندمان برج شود. - كاهش فشار برج باعث ميشود كه هواي خروجي از بالاي برج نتواند به درون درام D 3103 راه يابد. چرا كه فشار اين درام تقريباً متناسب با فشار راکتور است. بنابراين براي كاهش فشار برج عملاً محدوديت داريم. - افزايش درجه حرارت هواي ورودي نيز براي كل سيستم محدوديت و مشكلاتي پديد ميآورد، چرا كه: الف- باعث افزايش دماي هواي خروجي از برج ميشود و با توجه به حضور اين هوا در ورودی كمپرسور NO، راندمان آن را كاهش ميدهد. ب- دليل مهم تر اين است كه علاوه بر خروج اكسيدهاي ازت حل شده در اسيد، ميتواند باعث تجزيه اسيد %۵۸ شود و دي اکسيد نيتروژن را نيز با خود به بيرون ببرد. بنابراين غلظت اسيدي كاهش مييابد. اما اگر ميزان هواي ثانويه بيش از اندازه لازم باشد، باعث Cary Over می شود و قطرات اسيد را با خود به بيرون ميبرد كه در نهايت روي پرههاي كمپرسور NO صدمات جبرانناپذيري ايجاد ميكند. اندازهگيري مقدار هواي ثانويه تزريقي به برج سفيد كن، ميتواند از طريق اندازه گيري ميزان اكسيژن موجود در Tail Gas صورت بپذيرد. چرا كه افزايش مقدار هواي ثانويه. باعث افزايش بيش از حد لازم اكسيژن در درام D 3103 می شود كه به وسيلة كمپرسور مونوکسيد نيتروژن، به درون برج جذب راه مييابد و از بالاي برج توسط Tail Gas خارج ميشود. مقدار اكسيژن موجود در Tail Gas در شرايط نرمال % ۶/۳ است. جريان گازهاي خروجي از برج جذب جريان گازهاي خروجي از برج جذب را همان طور که ذکر شد، Tail Gas مينامند. اين جريان از نظر دما و فشار شرايطي مشابه با برج جذب دارد. اين جريان به دليل فشار بالا، قابليت انجام كار دارد اما دماي آن پايين است. يكي از نكاتي كه در اين واحد به خوبي رعايت شده، استفادة بهينة انرژي است. به طوري كه جريانات سرد (فرآيندي) جهت كسب حرارت به جاي استفاده از سرويسهاي جانبي با جريانات گرم (فرآيندي) تبادل حرارت انجام ميدهند. اين مورد در رابطه با جريان Tail Gas به خوبي قابل مشاهده است. اين گاز از بالاي برج جذب وارد درام D 3108 ميشود تا احياناً قطرات اسيد همراه را در اين درام به جاي بگذارد. سپس به درون مبدل E 3102 هدايت ميشود و دمايش با كسب حرارت از هواي ثانويه تا °C۵۵ گرم ميشود. سپس به درون مبدل E 3113 ميرود و با بخار ۱۴ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع تبادل حرارت انجام می دهد و تا °C۶۵ گرم ميشود. پس از آن وارد E 3115 می گردد و با گازهاي خروجي از كمپرسور مونوکسيد نيتروژن تبادل حرارت انجام می دهد و دمايش تا °C۱۲۰ افزايش مييابد. اين سه مبدل ذكر شده روي يكديگر نصب شدهاند به طوري كه در نظر اول قابل تفكيك از يكديگر نميباشند. Tail Gas گرم شده تا دماي °C۱۲۰ پس از خروج از مبدل E 3115 وارد مبدل E 3110 ميشود و در آنجا با كسب انرژي حرارتي از گازهاي خروجي از راکتور تا °C۴۰۲ گرم ميشود. اين گاز با اين شرايط يعني فشار تقريباً 45/8 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي °C۴۰۲ توانايي انجام كار دارد. بنابراين به طرف توربين گازي TR 3101 هدايت ميشود تا ضمن دفع از سيستم، انرژي قابل توجهي از آن كسب گردد. گازهاي خروجي از اين توربين حداكثر ppm۲۰۰ گازهاي اكسيد ازت را شامل ميشود که در شرايط نرمال اين مقدار به ppm ۱۰۰ پي.پي.اِم كاهش مييابد. گازها پس از خروج از توربين از طريق دودكش S 3101 به اتمسفر فرستاده ميشوند. در ورودي توربينگازي يك شير وجود دارد و نيز يك مسير کنارگذار و يك شير کنارگذار نير روي اين توربين تعبيه شده است. در شرايط راهاندازي توربين و واحد مسير کنارگذار باز است و شير مسير ورودي به توربين بسته است. درون توربين نيز دو عدد شيردستي تعبيه شده است كه به صورت موازي روي مسير ورودي گاز به پرههاي توربين قرار داده شده است. بسته بودن اين شيرها باعث افزايش فشار مسير Tail Gas و برج جذب ميشود كه با اين كار علاوه بر افزايش Load واحد، سرعت گاز برخورد كننده با پرههاي توربين را افزايش ميدهد. اين شيرها را اصطلاحاً Loading Valve مينامند. حال كه فرآيند توليد اسيد نيتريك هرچند خلاصه و كوتاه توضيح داده شد. به بررسي قسمتهاي جانبي واحد ميپردازيم. سيستم توليد بخار در واحد اسيد نيتريک مجموعه توليد بخار در واحد اسيد نيتريك شامل تجهيزات زير است: - مبدل E 3108 درام D 3104 (درام بخار که درام افقي است) پمپهاي P 3102 مبدل E 3106 مبدل E 3107 آب B.F.W ارسالي از واحد آب با درجه حرارت °C۱۳۰ و فشار بيش از ۵۰ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع وارد واحد می شود و پس از عبور از يک شير كنترل، وارد مبدل E 3108 می شود و درجه حرارتش تا °C۲۴۸ افزايش مييابد و پس از آن وارد درام D 3104 ميشود. آب از پايين درام بخار خارج می شود و توسط پمپ P 3102 به درون مبدل E 3107 ارسال ميشود. در اين مبدل، آب درون كويلهايي كه درون انتهاي راکتور مستقر شده اند، تبديل به بخار ميشود و به صورت يك جريان دو فازي مجدداً به داخل درام بخار باز ميگردد. بخار تقريباً خشك از بالاي درام بخار خارج می شود و درون كويلهاي E3106 مستقر در راکتور، فوق اشباع ميگردد و به طرف Turbo Set (مجموعه توربينها و كمپرسورها) هدايت ميشود تا توربين بخار را به چرخش درآورد. در بالاي D 3104 در محل خروجي بخار (به سمت E3106 ) يك شبكه فلزي نصب شده است تا از همراهي قطرات آب با بخار جلوگيري كند. حفظ ارتفاع آب درون درام بخار اهميت بسيار زيادي دارد، تا آنجايي كه كم شدن بيش از اندازة آن باعث تريپ واحد ميشود. بنابراين يك سيستم خودكار تعبيه شده كه همواره سطح آب را حفظ كند. اهميت كار از آنجا ناشي ميشود كه كاهش سطح آب، ممكن است باعث عدم ارسال آب به E3107 شود كه علاوه بر سوختن اين مبدل، درجه حرارت راکتور را تا حد بسيار زيادي بالا ميبرد، و كل مجموعه از بين ميرود. در ضمن افزايش سطح آب، امكان حمل آب همراه با بخار را فراهم ميآورد كه باعث اشكال در محلهاي مصرف (توربين بخار) ميشود و خسارت جبرانناپذيري به بار ميآورد. جهت جلوگيري از رسوب مواد تغليظ شده در آب بويلر (درون درام D 3104 ) يك جريان Blow Down تعبيه شده است. در صورتيكه بخار توليدي داراي دماي بالايي باشد، يك شير كنترل روي مسير بخار نصب شده است كه جريان بخار را به درون يك كويل مستقر در درام D 3104 باز ميگرداند تا با گرم كردن آب درون درام بخار درجه حرارت بخار كاهش يابد. حتي اگر پس از اين شرايط باز هم درجه حرارت بخار بالا باشد يك شير كنترل روي يك شاخه از B.F.W قرار گرفته است و درون مبدل E 3126 به داخل جريان بخار آب تزريق ميكند تا درجه حرارت بخار توليدي بيش از اندازه نباشد؛ چرا كه دماي بالاي بخار به پرههاي توربين صدمه ميزند. Turbo Set مجموعه توربينها و كمپرسورهاي واحد اسيد نيتريك را Turbo Set گويند. توربينهاي اين مجموعه عبارتند از: ۱- توربين بخار كه با بخار H.P توليد شده در واحد كار ميكند. ۲- توربين گازي كه با جريان گازهاي گرم شده خروجي از برج جذب كار ميكند. كمپرسورهاي اين مجموعه نيز عبارتند از: ۱-كمپرسور هوا كه هواي فرآيند (اوليه، ثانويه و . . . ) را تأمين ميكند. ۲-كمپرسور مونوکسيد نيتروژن كه جريان گازهاي خروجي از راکتور را به همراه هواي ثانويه خروجي از برج سفيد كننده تحت فشار قرار می دهد و به طرف برج جذب ميفرستد. توربين بخار، توربين گازي و كمپرسور هوا روي يك شافت مركزي قرار دارند و دور همگي آنها با هم برابر است. تعداد دور آنها در شرايط نرمالrpm ۵۳۰۰ يعني ۵۳۰۰ دور در دقيقه ميباشد. اما كمپرسور گازي انرژي خود را از شافت مركزي پس از عبور از يك Gear Box تأمين ميكند. اين جعبه دنده، سرعت دوران را براي كمپرسور مونوکسيد نيتروژن، ۸/۱ برابر ميكند. (۸۰% افزايش دور نسبت به كمپرسور هوا). هر كدام از اين كمپرسورها و توربينهاي موجود داراي يك دور بحراني هستند كه در شرايط قرار گرفتن در آن، به شدت به لرزش در ميآيند به طوري كه در زمان راهاندازي بايد بدون درنگ از اين سرعتها عبور كرد. راهكارهاي استفاده شده جهت كمپرسورها به صورت زير است: ۱- جهت كمپرسور هوا يك مسير جداگانه تعبيه شده است كه در صورت نزديك شدن عملكرد كمپرسور به محدوده سرج، اين مسير جداگانه جريان هوا را به سمت اتمسفر تخليه ميكند. ۲- جهت كمپرسور گازي، مسير برگشتي داريم كه در صورت نزديك شدن عملكرد اين كمپرسور به محدوده سرج، شير تعبيه شده روي مسير برگشتي باز می شود و جريان گاز را از خروجي كمپرسور به ورودي آن (واقع در بين مبدل هاي E 3108 و E 3109) باز ميكند. در انتهاي توربين بخار يك خلاء نسبي ايجاد ميكنيم. اين كار به دو دليل مهم صورت ميگيرد: الف- خلاء كردن سيستم، راندمان توربين را از نظر استفاده بهينه از انرژی بخار بيشتر ميكند؛ چرا كه انرژي بيشتري از بخار كسب ميشود. ب- در انتهاي توربين احتمال حضور قطرات آب كندانس وجود دارد كه با انجام عمل خلاء اين احتمال را از بين ميبريم. سيستم روغنکاری و کنترل مربوط به Turbo Set اين مجموعه يك سيستم روغنكاري دارد. ضمن اينكه يك سيكل چرخشي روغن نيز تعبيه شده است كه كار آن اعمال انرژي و نيرو جهت كنترل شيرهاي حساس نصب شده روي مسيرهاست. اين روغن كنترل با روغن روانكاري از يك منبع تأمين ميشوند اما فشار آن ها يكسان نيست. پمپهاي P 3111 كه از نوع Screw هستند، فشار لازم جريان روغن روانكاري و روغن كنترل را تأمين ميكنند. فشار روغن روانكاري، ۷/۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و فشار روغن كنترل، ۵/۱۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع ميباشد. اين پمپها روغن را از تانك TK 3103 می گيرند و با فشار ۱۵ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع به سمت كولر روغن E 3122ارسال ميكنند كه پس از خنك شدن، روغن به دو شاخه تقسيم ميشود كه يكي روغن روانكاري است و شير كنترل مربوطه فشارش را تنظيم مينمايد و ديگري روغن كنترل است كه شير كنترل مربوطة آن نيز، فشارش را تا حدود ۵/۱۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع تنظيم ميكند. اين روغن ها پس از انجام عمليات كنترل و روانكاري مجدداً به درون تانك TK 3103 باز ميگردند. البته يك پمپ اضطراري P 3112 نيز موجود است كه تنها جهت روانکاری استفاده ميشود. آب كولينگ مدار بسته يا C.W.L اين آب كيفيتي معادل آب بدون املاح دارد كه به دلايل زير درون واحد چرخش ميكند. الف- در جايي اين آب نقش گرم كننده دارد و در جاي ديگر نقش سرد كننده كه اين ويژگي باعث جلوگيري از هدر رفتن انرژي ميشود. ب- حضور آب كولينگ مدار باز (C.W) درون برخي مبدل هاي خاص واحد، احتمال گرفتگي را بالا ميبرد كه اين به دليل حضور يون ها و املاح همراه آب كولينگ مدار باز است، كه صدمات و خسارات زيادي را وارد ميكند. حتی يون کلر احتمالی موجود در اين آب می تواند به دليل Stainless Steel بودن اغلب مبدل های اين واحد، باعث خوردگی نقطه ای اين مبدل ها گردد. ج- در صورت سوراخ شدن يکی از مبدل ها محلول اسيدی به درون آب کولينگ کل کارخانه وارد نشود. آب C.W.L پس از تبادل حرارتي در مبدل ها گرم می شود و جهت خنك شدن مجدد وارد ۴ مبدل E 16301 A/B/C/D ميشود و دماي آن به °C۳۵ ميرسد و پس از آن توسط يكي از دو پمپ P 16301 A/B به جريان در ميآيد و سيستم را سرويس ميدهد. [1]- Geber [2]- Fortis [3]- Glavber [4]- Gavendish [5]- Milner [6]- Kuhlman [7]- Roy Leigh [8]- Crookes [9]- Birkeland [10]- Eyde [11]- Ostwald [12]- Braver [13]- SBA [14]- Grand Paroisse [15]- Hurtey [16]- Superheat [17]- Kettle Type [18]- Pass [19]- Expander [20]- Distributer [21]- Support [22]- Packing [23]- Rashig Ring [24]- Deformation [25]- Tail Gas [26]- Absorption Tower [27]- Sieve Tray [28]- Bleaching Tower [29]- Orifice [30]- By Pass [31]- Stripper Normal 0 false false false false EN-US X-NONE AR-SA st1\:*{behavior:url(#ieooui) } /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif";} table.MsoTableGrid {mso-style-name:"Table Grid"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-priority:59; mso-style-unhide:no; border:solid black 1.0pt; mso-border-alt:solid black .5pt; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-border-insideh:.5pt solid black; mso-border-insidev:.5pt solid black; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif";}
واحدتولیداسیدنیتریک با نرم افزار hysys استاد راهنما : دکتر احمددادوندکوهی چکیده: صنایع پتروشیمی(Petrochemical industry) ، بخشی از صنایع شیمیایی است که فرآوردههای شیمیایی را از مواد خام حاصل از نفت یا گاز طبیعی تولید میکند. تا پیش از وارد شدن نفت به مفهوم امروزی در زندگی انسان ، مواد شیمیایی مورد نیاز ، بر اثر تغییر و تبدیل صنایع گیاهی و حیوانی بدست میآمد. اما در اوایل قرن بیستم نفت خام و گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه برای تهیه بسیاری از ترکیبات مورد نیاز انسان ، اهمیت حیاتی و روز افزونی پیدا کرده است. با توسعه و پیشرفت تکنولوژی حفاری در اواسط قرن نوزدهم و تکنولوژی تقطیر و پالایش نفت در اواخر قرن نوزدهم و استفاده از آن در موارد غیر سوختی ، جهش حیرتآوری بوجود آمد. بطوری که امروزه صنایع پتروشیمی نفش اساسی و بنیادی در رفع نیاز عمومی جامعه به عهده دارد.نفت و مشتقات آن نه تنها در برآوردن نیازهای انسان در زمینه سوخت ، انرژی و الیاف نقشی بنیادی دارد، بلکه پیدایش و تکامل صنایع گوناگون مهمی را موجب شد که به پارهای از آنها اشاره میشود.همزمان با پالایش نفت خام ، کاربرد موتورهای درون سوز جنبه عمومی به خود گرفت و میلیونها ماشین بنزین سوز به بازار عرضه شد.امروزه فرآوردههای نفتی علاوه بر مصرف در زمینه سوخت وسایل نقلیه ، روغن موتور و غیره ، در تهیه بسیاری از قطعات مورد نیاز ساخت وسایط نقلیه ، نقش ارزندهای دارد و تلاش بر این است تا بدنه اتومبیل را از مواد پلاستیکی که آنها را ازپلیمریزاسیون ترکیبات نفتی میتوان بدست آورد، بسازند.فرآوردههای نفتی در تهیه سوخت موشکهای هدایت کننده سفینههای فضایی و ماهوارهها و حتی در ساخت بسیاری از قطعات داخلی آنها کاربرد اساسی دارد .ماده اولیه بیشتر داروها و حتی آنتیبیوتیکها از ترکیبات نفتی مشتق میشود. بویژه تقریبا تمام مواد پاک کننده ، باکتری کشها و غیره ، از مشتقات نفتی و محصولات پتروشیمی میباشد.محصولات عمدهای که توسط واحدهای صنایع پتروشیمی ایران تولید میشوند عمدتا عبارتند از: کودهای شیمیایی ، اوره ، فسفات دیآمونیم ، کودهای مخلوط نیترات آمونیم ، مواد اولیه پلاستیک ، پی ـ وی ـ سی و دی ـ او ـ پی ، مواد شیمیایی نظیر اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک ، آمونیاک ،اسیدنیتریک، گوگرد ، دوده و ....با این حال ، این محصولات در مقایسه با دهها هزار مشتقی که از نفت و گازهای طبیعی به کمک تکنولوژی پیشرفته پتروشیمیایی بدست میآید، بسیار اندک بوده، نشان میدهد که باید همت و تلاش بیشتری در این زمینه باید بکار برد تا به واقعیت نزدیکتر شد. برای ساخت هر پالایشگاه و کارخانه نیاز به ساخت وطراحی اولیه در مقیاس کوجک تر برای صحیح بودن فرایند از نظر دما وفشار وتمامی متغیرهای عملیاتی می باشد پس لازمه این کار این است که ما با طراحی اولیه در نرم افزار های مختلف و ساخت وسایل وتجهیزات در مقیاس عملیاتی می باشد ما نیز در این پروژه با کمک نرمافزار hysys یک واحد پالایشگاهی راطراحی کرده ایم و تمامی تجهیزات و وسایل موجود در واحدو تمامی فشار ودماهای در هر سیستم وجریانات موجود را با کمک این نر م افزار ترسیم کرده ایم . پ مقدمه : با افزايش تدريجی جمعيت و نياز بيشتر به محصولات كشاورزی، مصرف كودهاي شيميايي در كشور روز به روز در حال افزايش ميباشد. اين افزايش مصرف علت اصلی ايجاد مجتمع پتروشيمي در نقاطی از ایران گرديد. فکر و اندیشه ایجاد صنعت پتروشیمی در ایران قدمتی حدود ۴۵ سال دارد ، جهت نیل به این هدف ، سازمانهای متعددی در وزارتخانةهای مختلف به وجود آمدند . اولین سازمان نسبتا" متشکل برای این منظور ، بنگاه شیمیائی وابسته به وزارت اقتصاد بود که عمده ترین فعالیت این بنگاه ، ایجاد کارخانه کود شیمیائی مرودشت فارس در سال ۱۳۳۸ بود . تا این که در سال ۱۳۴۳ ، طبق قانون کلیه فعالیتهائی که به عنوان ایجاد و توسعه صنایع پتروشیمی توسط واحدهای تابعه وزارتخانةها و سازمانهای مختلف دولتی انجام می شد ، در شرکت ملی نفت ایران متمرکز شد و شرکت مزبور برای تحقق این هدف شرکتی فرعی به نام شرکت ملی صنایع پتروشیمی تاسیس کرد. هدف اصلی این شرکت ، تولید فرآورده های پتروشیمی و شیمیائی و فرآورده های فرعی از نفت ، مشتقات نفتی ، گازهای طبیعی و سایر مواد خام اعم از آلی و معدنی است . یکی از واحدهای تولیدی شرکت ملی صنایع پتروشیمی مجتمع پتروشیمی شیراز میباشد که محصولات آن بیشتر کود مورد نیاز کشاورزی ، عمدتا کودهای ازته ، است . در قدیم کمبود ازت زمین از یکی از روشهای زیر جبران می شد : ۱-دفن اجساد حیوانات یا شاخ و برگ پوسیده گیاهان در زمین ۲-مخلوط نمودن فضولات حیوانات و یا پرندگان با خاک ۳-کشت متناوب بعضی از گیاهان مانند شبدر، یونجه و لوبیا در زمین مورد نظر . سهولت استفاده از کودهای شیمیائی جهت گسترش کشاورزی عمده استفاده از این کودها است .مجتمع پتروشيمي شيراز، به عنوان اولين واحد صنعت پتروشيمی ايران، در سال ۱۳۴۲ كار خود را با توليد كودهای شيميايی ازته در مرودشت فارس كه يكي از قطبهای كشاورزی كشور است آغاز نمود. اين مجتمع در ۵ كيلومتری غرب مرودشت و پنجاه كيلومتری شمال شيراز در كنار رودخانه كر واقع شده است و جاده منتهی به آن در محل پل خان از جاده شيراز – مرودشت منشعب ميشود. مجتمع در ابتدا دارای ۴ واحد توليدی و ۳ واحد جانبی بود. واحدهای توليدی مجتمع عبارتند از آمونياك، اوره، اسيد نيتريك و نيترات آمونيم و واحدهای جانبی عبارتند از آب، برق، بخار و هوای فشرده. فصل اول: تاریخچه تاريخچة اسيد نيتريك اسيد نيتريك در ا بتدا در قرون وسطي به دست بشر ساخته شد. حدوداً در سال ۱۱۰۰ ميلادي گِبر[1] يك روش براي توليد اسيد نيتريك ارائه داد. اين روش تهية آب فورتيس[2] به وسيلة تقطير شوره با سولفات مس و زاج سفيد بود. در اواسط قرن هفدهم، گلابر[3]، اسيد نيتريك را به وسيلة تقطير كردن شوره با اسيد سولفوريك قوي ساخت. گاونديش[4] در سال ۱۷۸۵ به وسيله عبور دادن جرقه الكتريكي از مخلوط گازهاي نيتروژن و اكسيژن ثابت كرد كه اسيد نيتريك از اين عناصر تشكيل شده است. ميلينر[5] در سال ۱۷۸۸ اسيد نيتريك را به وسيله عبور آمونياك از بالاي دياكسيد منگنز حرارت داده شده و جذب بخارات به وسيله آب به دست آورد. در سال ۱۸۳۹، کلمن[6] روشي را براي توليد اسيد نيتريك ابداع كرد كه مبناي تهية اسيد نيتريك در حال حاضر نيز ميباشد. دراين روش با استفاده از پلاتين مخلوط هوا و آمونياك را اكسيد ميكنند و اسيد را توليد ميكنند. در سال ۱۸۴۸، رويلي[7] نشان داد كه اكسيژن و نيتروژن ميتوانند از هوا گرفته شوند و براي توليد اكسيدهاي نيتروژن به وسيلة قوس الكتريكي با هم تركيب شوند. اين پديده به وسيلة کروکس[8] نيز انجام شده بود. بر همين اساس و روش، واحد كوچكي در منچستر انگلستان در سال ۱۹۰۰ به كار افتاد. اما عيب اين روش اين بود كه بازده توليد اكسيدهاي نيتروژن پايين بود و ۵/۱ تا ۲ درصد احتياجات را برطرف ميكرد و به نيروي بيشتري نيز احيتاج داشت. در سال ۱۹۰۲ دو دانشمند به نام هاي بيرکلند[9] و ايد[10] در نروژ واحدي را احداث كردند كه از منابع هيدروژني استفاده ميكرد ولي به ۳۵۰۰۰ اسب بخار انرژي نياز داشت. در نهايت روش تهيه به وسيلة اكسيداسيون آمونياك و استفاده از كاتاليست پلاتين به وسيلة استوالد[11] و براور[12] توسعه پيدا كرد و براي اولين بار در سال ۱۹۰۸ در آلمان شروع به كار كرد. روش هاي ديگر توليد به دلايل مختلفي از جمله بالا بودن هزينه، راندمان كم، در دسترس نبودن مواد اوليه (معادن نيترات) به ميزان كافي و . . . نتوانستند به عنوان يك روش صنعتي و توليد انبوه اسيد نيتريك ارائه شوند و تنها در حد يك روش آزمايشگاهي و پايلوتهاي كوچك باقي ماندند و همگي منسوخ شدند. تاريخچة استفاده از اسيد نيتريك به زمان استخراج طلا باز ميگردد؛ چرا كه اين اسيد قادر به حل كردن اكثر فلزات به جز طلا ميباشد كه به اين ترتيب طلاي خالص از سنگ طلا استخراج ميگرديد. در حال حاضر بيشترين موارد مصرف اسيد نيتريك در تهية كودهاي شيميايي (كشاورزي) از قبيل كودهاي نيترات، نيتروفسفات، كودهاي مخلوط و . . . است. ضمن اين كه در توليد نيتراتهاي معدني (نيترات آمونيم انفجاري) و آلي، در اسيد شويي تجهيزات صنعتي، آبكاري، مقاومسازي در برابر خوردگي، جداسازي طلا و نقره و در صنايع الكتروليز از اسيد نيتريك به وفور استفاده ميشود. در صنايع نظامي، صنايع شيرسازي و صنايع پلاستيكسازي نيز مصرف اسيد نيتريك قابل توجه است. نمونه ای از چند واحد تولید اسیدنیتریک ونحوه کار آنها در جهان در زیر اشاره شده: Dual-pressure plant Abu Qir, Egypt Dual-pressure plant, Linz, Austria mtpd nitric acid (100%)900 mtpd nitric acid (100%) 1830 The modern dual-pressure process was developed to reduce operating costs, which mainly depend on the price of the ammonia feedstock. Capacities of up to 1,500 mtpd HNO3 (100%) can be achieved in a single train plant. The machine set can be designed either as single shaft set or optionally as a bull gear type unit with integrated air/nitrous gas compression and tail gas expansion. For plant capacities in excess of 1,500 mtpd a second ammonia combustion and boiler unit has to be installed, and for the compressor set, the single shaft version is required for plant capacities of more than 1,100 mtpd. The nitrogen yield in the dual-pressure process is more than 96%. Acid concentrations of up to the azeotrope value of 68% can be achieved. Two or more product streams with different concentrations are also possible. The ammonia oxidation catalyst used in the process consists of a pack of several platinum-rhodium gauzes, the number depending on the operating pressure and burner construction. The gauzes are produced by knitting very thin wires. During operation, platinum is gradually lost from the catalyst gauzes. A platinum recovery system made from palladium can be installed underneath the catalyst gauzes. It retains some 80% of the lost platinum. After an operating period of more than 6 months, the plant has to be shut down in order to renew the catalyst pack. The entire catalyst pack is selected to maximise ammonia conversion. Using absorption alone a tail gas NOX concentration of less than 150 ppm (vol.) is possible. Nowadays, the tail gas discharged to atmosphere must often be colourless, which is only attainable with a NOX concentration of at most 50 ppm. Concentrations of down to about 20 ppm NOX can be achieved with Uhde DeNOx technology, a selective catalytic reduction (SCR) process using ammonia as the reducing agent. NOX is converted to nitrogen and water vapour by such reactions as: 6 NO2 + 8 NH3 7 N2 + 12 H2O 6 NO + 4 NH3 5 N2 + 6 H2O This process was developed together with Uhde’s EnviNOx® process for the combined abatement of NOX and the powerful greenhouse gas nitrous oxide (N2O) EnviNOx® technology features a catalytic reactor installed in the tail gas stream and allows both NOX and N2O emissions to be reduced to very low levels indeed خواص اسيد نيتريك اسيد نيتريك، اسيدي است قوي همراه با خاصيت اكسيدكنندگي بالا. با حرارت دادن به اسيد نيتريك در فشار اتمسفري در دماي °C ۲/۷۸ ميجوشد و شروع به تجزيه شدن ميكند كه در نهايت محلول اسيدي ۶۸% بدست ميآيد و در اين درصد مخلوط آزئوتروپ دارد و ماكزيمم نقطه جوش آن °C۱۲۰ ميباشد. اسيد نيتريك داراي دو آب ئيدراته به فرمول هاي H2O.HNO3، و 3H2O.HNO3 ميباشد. اسيد با درجه خلوص ۱۰۰% داراي نقطة جوش در دماي °C۸۶ ميباشد و نقطه انجماد آن °C۴۲- ميباشد. چگالي آن در °C۲۰ معادل ۵/۱ گرم در هر ميلي ليتر ميباشد. نمودار زير تغييرات نقطه جوش اسيد نيتريك را در فشار اتمسفر براساس تغييرات غلظت اسيد نمايش ميدهد ºc ۱۲۰ ºc۱۰۰ ºc ۸۶ غلظت %۱۰۰ %۶۸ اسيد نيتريك با درجة خلوص ۱۰۰% پايدار نيست و سريعاً تجزيه ميشود؛ به طوركلي هرچه اسيد رقيق تر باشد پايدارتر است. اسيد نيتريك مايعي بي رنگ ميباشد و در صورتيكه گازي در آن حل شود (اكسيدهاي ازت) رنگ آن خرمايي ميشود. خواص مهم اسيد نيتريك در جدول زير ارائه شده است: وزن مولکولي ۶۳/۰۲ رنگ در حالت مايع زرد شفاف بو شيرين تا ترش خطرات در حالت مايع سريعا با آلي و گيا هي واکنش ميدهد،به صورت اکسيد گازي بيهوش کننده و سمي است نقطه ذوب ۴۲- درجه سانتيگراد نقطه جوش اسيد%۶۸ 120 درجه سانتيگراد چگالي براي اسيد%۶۸ ، ۱/۴۱ و براي اسيد خالص در دماي ۲۰ درجه سانتيگراد ۱/۵ گرم در هر ميلي ليتر حلاليت در آب با تمام نسبت ها محلول است خاصيت اسيدي اسيدي قوي که بعضي از فلزها مثل آهن وآلومينيوم در برابر آن زنگ مي زنند كاربرد اسيد نيتريك قبل از این، تا حدودي به كاربردهاي اسيد نيتريك اشاره شد. در اينجا به طور كامل تر کاربردهاي اسيد نيتريك شرح داده ميشود. اسيد نيتريك براي خالصسازي فلزاتي چون طلا و پلاتين استفاده ميشود. همچنين براي حل كردن فلزات نامحلولی مثل نقره به كار ميرود كه با تشكيل نيترات نقره ميتوان از آن در عكاسي استفاده كرد. همچنين از اسيد نيتريك ميتوان در بازيافت پلاتين استفاده كرد و از آنجا كه تمامي نيتراتهاي فلزات محلول هستند ميتوان به اين وسيله، اورانيوم را به صورت خالص تهيه كرد كه در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد. يكي ديگر از كاربردهاي اسيد نيتريك براي توليد كودهاي ازته است. در مجتمع پتروشيمي شيراز بيشتر اسيد توليدي، براي توليد نيترات آمونيم كه نوعي كود شيميايي است در واحد نيترات آمونيم كه در مجاورت واحد اسيد نيتريك است مصرف ميشود. در صنايع پلاستيكسازي و نظامي هم از اسيد نيتريك استفاده ميشود. از ديگر موارد استفاده اسيد نيتريك ميتوان به موارد زير اشاره كرد: ۱- توليد استر (در اثر واكنش با الكل ها) ۲- توليد مواد منفجره (در اثر واكنش با هيدروكربن ها) ۳- براي توليد نمك (در اثر واكنش با بازها) ۴- به عنوان يك عامل اكسيد كننده از آن استفاده ميكنند. روش هاي توليد اسيد نيتريك همانگونه كه اشاره شد، در زمانهاي گذشته دانشمندان روش هاي مختلفي را براي توليد اسيد نيتريك به كار ميبردند كه در نهایت اوستوالد و براور بهترين روش توليد اسيد نيتريك را ارائه كردند و اولين بار اين روش در سال ۱۹۰۸ در آلمان به كار گرفته شد و سرانجام تمام دنيا پي به ارزش آن بردند و در تمام دنيا از اين روش استفاده ميشود. اما در اين قسمت دو روش ديگر توليد اسيد نيتريك براي آشنايي بيشتر با روش هاي توليد اسيد نيتريك و علت عدم استفاده از آن ها در حال حاضر، شرح داده ميشود: 1- تهيه اسيد نيتريك از واکنش نيترات پتاسيم يا سديم با اسيد سولفوريك (تقطير نيترات پتاسيم) واكنش انجام گرفته به صورت زير است: واكنش فوق چون گرمازا است دمائي در حدود °C۹۰۰ دارد كه در آن اسيد توليدي به صورت بخار از محيط خارج ميگردد و سولفات سديم در محيط واكنش باقي ميماند. اين روش داراي اشكالات متعددي است كه عبارتند از: ۱- احتياج به سوخت زيادي دارد. ۲- باعث آسيب ديدن و خرابي وسايل ميشود. ۳- اسيد به اكسيد و آب و اكسيژن تجزيه می شود. ۴- توليد HNO2 كه از تجزية اسيد در ظرف تقطير و جذب آن ها در ظرف مايع كننده به وجود ميآيد. ۵- نقطة ذوب سولفات سديم توليدي بالا است (°C۸۸۰)، در نتيجه سخت می گردد و نميتوان آن را در انتهاي واكنش خارج کرد. براي برطرف كردن معايب بالا عمل تقطير را با واكنش دادن مول هاي مساوي از هر دو ماده انجام ميدهند. واكنش به اين صورت است: در اين حالت دماي واكنش °C۲۰۰ است و در نتيجه اسید توليد شده به صورت جامد نميباشد و راحت از ظرف خارج ميشود. حال روش دوم توليد اسيد نيتريك شرح داده ميشود: 2- واكنش بين اكسيژن و نيتروژن در كورههاي خالص و توليد گاز دي اکسيد نيتروژن و جذب آن توسط آب و توليد اسيد نيتريک واكنش هاي انجام گرفته به صورت زير ميباشد: اين روش به علت هزينه اقتصادي خيلي زياد كاربردي ندارد. فصل دوم: واحد تولید اسید نیتریک در مجتمع پتروشیمی شیراز واحد توليد اسيد نيتريك در مجتمع پتروشيمي شيراز در حال حاضر در مجتمع پتروشيمي شيراز دو واحد توليد اسيد نيتريك وجود دارد. يكي از واحدها در منطقة (۱) قرار دارد كه در سال ۱۳۴۲ به دليل نياز كشور به كودهاي شيميايي از جمله كودهاي ازته همراه با واحدهاي نيترات آمونيم، اوره و آمونياك تأسيس شد. در اين منطقه براي توليد اسيد نيتريك از روش اس.بي.اِي[13] (SBA) استفاده ميشود. اين روش توسط پيمانكاران بلژيكي ارائه شد و هدف از احداث اين واحد توليد روزانه ۱۳۶ تن اسيد نيتريك با غلظت ۵۳% ميباشد. اما اين مقدار توليد به هيچ عنوان جواب گوي نياز كشور نبود و به همين دليل منطقة (۲) جهت رفع نيازهاي كشور در سال ۱۳۶۴ به بهرهبرداري رسيد كه واحد اسيد نيتريك هم يكي از واحدهاي آن به شمار ميرود. در واحد توليد اسيد نيتريك در منطقه (۲) از روش گراند پارويز[14] استفاده ميشود. طراحي و خريد وسايل اين واحد توسط شركت فرانسوي هرتي[15] انجام گرفته است. توليد روزانه اين واحد ۱۰۳۴ تن اسيد نيتريك با غلظت ۵۸% ميباشد كه معادل ۶۰۰ تن اسيد نيتريك ۱۰۰% ميباشد. عمده اسيد توليدي در اين واحد جهت خوراك اوليه واحد نيترات آمونيم مصرف ميشود. همانگونه كه مشاهده ميشود مقدار توليدي اسيد نيتريك در منطقه (۲) بسيار بيشتر از واحد اسيد نيتريك در منطقه (۱) ميباشد. به همين دليل در حال حاضر واحد اسيد نيتريك در منطقه (۱) بهرهبرداري نميشود، چون از لحاظ اقتصادي توجيه ندارد و فقط در مواقع به خصوص كار ميكند. يكي از دلايلي كه توليد اسيد در منطقه (۱) توجيه ندارد اين است كه براي توليد اسيد در منطقه (۱) از هفت برج جذب استفاده ميشود، در حالي كه در منطقه (۲) فقط از يك برج جذب استفاده ميشود. توليد اسيد نيتريك در واحد منطقه (۲) شامل مراحل زير است: ۱- روغنزدايي و تبخير آمونياك ۲- فيلتر كردن و فشردن هواي لازم ۳- مخلوط كردن آمونياك و هوا ۴- اكسيداسيون مخلوط در راکتور در مجاورت كاتاليست پلاتين و توليد گاز مونوکسيد نيتروژن ۵- خنكسازي گاز مونوکسيد نيتروژن توليد شده براي تبديل به دي اکسيد نيتروژن ۶- جذب گازهاي دي اکسيد نيتروژن در آب و توليد اسيد نيتريک در برج جذب ۷- سفيد كردن اسيد توسط برج سفيد كننده ۸- بازيافت انرژي گازهاي توليدي از فرآيند ۹- بازيافت كاتاليست فصل سوم: شبیه سازی فرآیند تولید اسید نیتریک فرآيند توليد اسيد نيتريك در يك نگاه اگر بخواهيم فرآيند توليد اسيد نيتريك را در يك صفحه خلاصه نمائيم، شکل نمودار مناسبي است: هوا آمونياک مايع آب تغيير دما و تبخير و گرمايش فيلتر کردن فشرده کردن سوختن آمونياک سرمايش سرمايش فشرده کردن سرمايش جذب و شکل گيري اسيد خالص سازي اسيد سرمايش اسيد نيتريک ۵۸% به عنوان محصول شرح فرآيند توليد اسيد نيتريك توليد اسيد نيتريك براساس فرآيند موجود را ميتوان به ۳ مرحله (از نظر فشاري) تقسيم كرد: مرحله اول: اكسيداسيون آمونياك در فشار پايين (۱ تا ۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع) مرحله دوم: جذب گاز دي اکسيد نيتروژن در فشار بالا ۵ تا ۱۳ کيلوگرم بر سانتي متر مربع) مرحله سوم: سفيد كردن يا بيرنگ كردن اسيد در فشار پايين (۱ تا ۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع) يك تقسيمبندي مراحل توليد اسيد نيتريك نيز وجود دارد كه براساس واكنش هاي شيميايي سري و زنجيرهاي است كه عبارتست از: مرحله اول: اكسيداسيون آمونياك و توليد مونوکسيد نيتروژن واكنش اين مرحله براي توليد مونوکسيد نيتروژن به صورت زير است: مرحله دوم: اكسيداسيون گاز مونوکسيد نيتروژن و توليد دي اکسيد نيتروژن واكنش اين مرحله به صورت زير است: مرحله سوم: جذب دي اکسيد نيتروژن در آب و توليد اسيد نيتريك در اين مرحله واكنش نهايي صورت ميگيرد و اسيد توليد ميشود: با توجه به تقسيمبندي هايي كه ذكر شد، در واحد اسيد نيتريك دو دستگاه اصلي وجود دارد كه عبارتند از: الف- راکتور ب- برج جذب مرحله اول كه همان اكسيداسيون آمونياك و توليد گاز مونوکسيد نيتروژن ميباشد، در راکتور انجام ميشود. خلاصه روش كار به اين صورت است كه مخلوط هوا و آمونياك وارد راکتور می شوند و در مجاورت توري هاي پلاتين (به عنوان كاتاليست) اكسيداسيون جزئي آمونياك انجام ميگيرد، مكانيسم عمل روي كاتاليست به صورت زير است: الف- جذب اكسيژن به وسيلة كاتاليست. ب- واكنش كاتاليست و تشكيل هيدرات نيتروژن روي سطح كاتاليست. ج- واكنش اكسيژن با راديكال هيدرات نيتروژن براي توليد مونوکسيد نيتروژن و آب. (۱) واكنش (۱) در واقع واكنش كلي اكسيداسيون آمونياك است. گاز مونوکسيد نيتروژن از واكنش (۱) در درجه حرارت °C۸۱۰ تا °C۹۰۰ توليد ميشود كه از لحاظ ترموديناميكي در اين درجه حرارت ناپايدار است. انجام و پيشرفت اين واكنش نيازمند موارد زير است: ۱- تأمين فشار به وسيلة كمپرسور هوا. ۲- حضور آمونياك به صورت گاز به وسيلة تبخير كن و هيتر آمونياك. ۳- اختلاط كامل آمونياك و هوا (اكسيژن) به وسيلة ميكسر. ۴- حضور كاتاليست پلاتين به وسيله توري هاي ريزبافتي كه سطح تماس را زياد ميكنند. ۵- عدم حضور ناخالصيهاي مضر به وسيلة فيلتر کردن هوا و آمونياك. ۶- تنظيم نسبت بين هوا و آمونياك به وسيلة يك شير كنترل. ۷- دفع حرارت از محيط راکتور به وسيلة مبدل هاي بخارساز. اما مرحلة سوم يعني جذب دي اکسيد نيتروژن در آب و توليد اسيد نيتريك در برج جذب انجام ميشود. مرحلة جذب نسبت به مرحلة اكسيداسيون آمونياك در فشار بالاتري انجام ميشود. خلاصه روش كار به اين صورت است كه برج جذب داراي سيني هاي سوراخدار است؛ در حالي كه مايع از بالا و گازهای ازت از پايين در خلاف جهت يكديگر حركت ميكنند، جذب صورت ميگيرد. اين واكنش، واكنش نهايي توليد اسيد نيتريك ميباشد. انجام و پيشرفت اين واكنش نيز شرايط خاصي را طلب ميكند كه عبارتند از: ۱- تأمين فشار بالا به وسيلة كمپرسور گازي (كمپرسور مونوکسيد نيتروژن). ۲- تأمين سطح تماس مناسب بين گاز و آب به وسيلة سينيهاي موجود در برج. ۳- كاهش دماي جريانات ورودي به برج توسط كولرهاي گاز و كولر آب. ۴- دفع حرارت يا سرد نگاه داشتن برج جذب به وسيلة كويلهاي آب كولينگ درون برج. همان طور كه مشاهده ميشود، واكنش هاي اصلي در اين دو سيستم صورت ميگيرد و تمامي تجهيزات ديگر مانند كمپرسور، كولر، پمپ، درام، فيلتر و توربين جهت مهيا كردن شرايط واكنش در اين فرآيند استفاده ميشوند. با اين پيش زمينه، فرآيند توليد اسيد نيتريك در واحد اسيد نيتريك منطقه (۲) به صورت زير است: آمونياك ورودي به واحد در ابتدا به صورت مايع ميباشد كه شرايط آن به اين صورت است كه فشار آن تقريباً 85/18 کیلوگرم بر سانتي متر مربع ( مطلق ) و دماي آن °C۱۰ ميباشد. آمونياك مايع از واحد آمونياك كه در منطقة (۲) ميباشد و به عنوان واحد مادر شناخته شده است، تأمين ميشود. آمونياك مورد نياز براي واكنش اكسيداسيون بايد به شكل گاز باشد. بنابراين ابتدا آن را وارد مبدل حرارتي E 3103 (Ammonia Evaporator) ميكنيم. اين مبدل به صورت پوسته و لوله ميباشد. داخل لوله آب °C۳۰ جريان دارد و داخل پوسته آمونياك قرار دارد. آب داخل لوله را اصطلاحاً C.W.L (Cooling Water Loop) ميناميم. آمونياك ضمن كسب حرارت لازم از آب C.W.L جاري در لوله تا °C۱۵ گرم ميشود و به صورت بخار در ميآيد. همچنين آمونياك مايع ممكن است حاوي مقداري آب و روغن باشد كه بايد از سيستم خارج شود. براي اين منظور مبدل E 3105 (Ammonia Auxiliary Vaporizer) تعبيه شده است. اين مبدل نيز به صورت پوسته و لوله ميباشد كه داخل پوسته آب و روغن و آمونياك ميباشد و در لوله بخار با فشار ۱۴ کيلوگرم بر سانتي متر مربع جريان دارد. مواد داخل پوسته با بخار داخل لوله تبادل حرارت می كنند و ضمن تبخير آمونياك همراه آب و روغن، مقدار آب و روغن به تدريج افزايش مييابد كه در نهايت Drain ميشود. آمونياك تبخير شده در اين مبدل در نهايت به درون مبدل E 3103 باز ميگردد. فشار مبدلE 3105 كمي بيشتر از فشار مبدل E 3103 ميشود كه اين مقدار فشار باعث انتقال گاز آمونياك از مبدل E 3105 به مبدل E 3103 ميشود، اما براي انتقال مايع آمونياك از مبدل E 3103 (فشار كم) به مبدل E 3105 (فشار بيشتر) سطح مبدل كمكي را (مبدل E 3105 ) پايينتر از مبدل تبخيركن اصلي (مبدل E 3103 ) قرار ميدهند. آمونياك گازي با شرايط فشاری معادل با 8/۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع و دمای °C۱۵ مبدلE 3103 را ترك می كند و به درون پوستة مبدل Ammonia Superheater) ) E3104 راه می یابد. در اين مبدل آمونياک با بخار ۱۴ کيلوگرم بر سانتي متر مربع كه درون لوله جريان دارد تبادل حرارت انجام ميدهد. آمونياك خروجي از مبدل E 3104 ضمن اين كه به حالت فوق اشباع[16] ميرسد (حدود °C۱0۰) و فشار آن نيز به صورت جزئي افزايش مييابد و برابر با ۹/۵ کيلوگرم بر سانتي متر مربع می گردد. اين آمونياك از نظر فشاري و دمايي شرايط مناسبي را جهت ورود به راکتور دارد، اما يك شير كنترل فشاري، فشار خط آمونياك را ثابت نگه ميدارد و پس از آن يك شير كنترل جريان، مقدار جريان جرمي آمونياك با توجه به ميزان جرم هواي ورودي به راکتور را (جهت ثابت نگه داشتن نسبت) كنترل ميكند. پس از اين دو شير كنترل، يك درام و يك فيلتر تعبيه شده است تا احياناً از ورود آمونياك مايع و اكسيدهاي آهن و فلزات به درون راکتور جلوگيري شود (فيلتر F 3102 و درام D 3102). خلوص آمونياك در اين شرايط به بالاترين حد خود ميرسد و وارد ميكسر MA 3101 ميشود و در آن با هوا كاملاً مخلوط ميگردد. دبيآمونياك (که مقدار بسيار کمی آب همراه خود دارد) در ظرفيت ۱۰۰% معادل ۷۰۵۷ کيلوگرم در ساعت ميباشد. چند نكته درمورد مبدل E 3103 اين مبدل از نوع کِتِل تايپ[17] ميباشد و آمونياك مايع از دو محل و از پايين وارد آن ميشود. شكل ظاهري پوستة آن دو برآمدگي به طرف بيرون دارد كه يكي در بالاست و ديگري در پايين مبدل. برآمدگي بالا براي تفكيك كامل گاز آمونياك از مايع تعبيه شده است و برآمدگي پايين پوسته، محل مناسبي براي تجمع ناخالصيهاي آمونياك (مانند آب و روغن) ميباشد كه به درون مبدل كمكي E 3105 هدايت ميشود. تيوپهاي مبدل پنج پاس[18] دارد كه آب C.W.L از بالا وارد تيوپهاي فوقاني آن می شود و پس از عبور از پاس ها، از طريق رديف تحتاني خارج ميشود. چون اين آب كار تبخير آمونياك را بر عهده دارد، به نحوي شرايط فشاري مبدل را متأثر خواهد كرد. بنابراين روي مسير آب ورودي به اين مبدل يك شير كنترل نصب شده به نام PV 31003/A كه كار آن تنظيم و كنترل فشار تبخيركن است. آب C.W.L مورد استفاده در اين مبدل قبل از شير کنترل فوق دو شاخه می شود که يک شاخه به شير کنترل مذکور و ديگری به شير کنترل PV 31003/B وارد می گردد که آب عبوری از شير کنترل PV 31003/B با آب خروجی از E 3103 به هم می پيوندند و جهت خنک کاری به برج جذب می روند. اين دو شير کنترل برعکس يکديگر عمل می کنند؛ به نحوی که اگر PV31003/A به ميزان %70 باز باشد، PV 31003/B به ميزان %30 باز خواهد بود. به اين علت از دو شير کنترل استفاده می شود که طراحی مبدل موجود در برج جذب بر اساس %100 آب C.W.L انجام گرفته است که همين موضوع استفاده از دو شير کنترل را الزام می کند. اصولاً كاركردن با مبدل E 3103 ، بسيار حساس و ظريف است؛ حساسيت و ظرافت كاركردن با اين مبدل در راهاندازي و از كار انداختن واحد مشخص ميشود. به طوركلي عوامل مؤثر بر فشار اين مبدل عبارتند از: ۱- سطح آمونياك مايع. ۲- درجه حرارت آب C.W.L. ۳- ميزان جريان آب C.W.L. ۴- مقدار آب و روغن همراه آمونياك. ۵- ظرفيت واحد. ۶- در سرويس بودن يا نبودن مبدل كمكي E 3105 . ۷- فشار آمونياك ورودي به واحد. ۸- وجود هوا در C.W.L و عدم هواگيري آن. ۹- كثيف بودن پوسته و لوله مبدل. ۱۰- كارآيي و دقت PV 31003/A و LV 31003 . اما در رابطه با تبخيركن كمكي E 3105 ذكر اين نكته ضروري است كه استفاده از آن به دو طريق پيوسته و ناپيوسته امكانپذير است، كه شرح عمليات هر كدام از آنها خود نيازمند مقالهاي ديگر است. در مورد آب C.W.L نيز يادآوري اين نكته ضروري است كه اين آب به دلايلي كه بعداً روشن خواهد شد در اين واحد جريان مييابد. يك شاخه از اين آب به صورت سريال چندين مبدل را طي ميكند كه در يكي خنك كننده و در ديگري گرم كننده است. در مبدل E 3103 اين آب گرم کننده است و ضمن تبخير آمونياك، سرد ميشود و بعد از اين سردشدن وارد مبدل E 3114 می شود و نقش سردكنندگي را به عهده دارد، سپس وارد مبدل هاي E 3112 و E 3111 ميشود. به همين دليل شير كنترل ورودي آب C.W.L به مبدل تبخيركن اصلي يعنی PV 31003/A اگر جهت كنترل فشار مبدل، مقدار آب را تغيير دهد، مبدل هاي بعدي كه قرار است آب C.W.L به آنها سرويس دهد، دچار مشكل خواهند شد. بنابراين براي رفع اين معضل همان طور که گفته شد، جريان آب ورودي به اين مبدل به دو شاخه تقسيم شده كه يكي ضمن عبور از PV 31003/A وارد مبدل می شود و ديگري ضمن عبور از شير كنترل PV 31003/B مبدل را باي پاس ميكند و به اين ترتيب تغييرات ميزان آب ورودي به مبدلE-3103 بر روي مبدلهاي سريال بعدي تأثير نامطلوبي نخواهد گذاشت. هواي موردنياز فرآيند توليد گاز مونوکسيد نيتروژن از آمونياك درون راکتور انجام ميشود كه يك واكنش اكسيداسيون ويژه است كه نياز به اكسيژن دارد. اكسيژن لازم از هواي اتمسفر تأمين ميشود. براي اين منظور يك كمپرسور هوا در نظر گرفته شده است. مكش كمپرسور C 3101 هوا را به درون يك اتاقك هدايت ميكند. در اين اتاق ابتدا دماي هوا را روي °C۴۰ تثبيت ميكنند و سپس توسط دو مجموعه فيلتر، پاكسازي ميشود و گرد و غبار آن گرفته ميشود. جهت تثبيت دماي هوا از مبدل E 3119 استفاده ميشود. گرم كردن هوا بسيار اهميت دارد. هواي اتمسفر حاوي بخار آب است و پايين بودن درجه حرارت آن احتمال تشكيل قطرات آب از بخارات موجود در جو را ضمن فشرده شدن زياد ميكند كه اين قطرات آب توانايي تخريب پرههاي كمپرسور چرخشي را خواهد داشت. پس با گرم كردن هوا ميتوانيم از تشكيل اين قطرات جلوگيري كنيم. از طرفي بالابودن درجه حرارت هوا، با توجه به مكش ثابت كمپرسور، ميزان دبي جرمي هوا را كم ميكند، چون چگالي آن كاهش مييابد و اين معضل ايجاد ميشود كه كمپرسور را به شرايط سرج نزديك خواهد كرد كه بسيار خطرناك است. حضور مبدل E 3119 در ورودي هوا به كمپرسور، درجه حرارت را روي °C۴۰ ثابت نگه ميدارد. دبي جرمي هواي ورودي به كمپرسور در %100 ظرفيت واحد ۱۳۲۷۷۱ کيلوگرم در هر ساعت است كه طي دو مرحله تحت فشار قرار ميگيرد و در بين دو مرحله جهت افزايش راندمان كمپرسور يك خنك كن ميانی E 3121 دماي هوا را با استفاده از آب C.W از °C۱۵۰ تا °C۱۱۵ خنك ميكند. فشار هوا در اين مرحله حدود 7/2 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع است که به مرحلة دوم هدايت می شود و در نهايت هوا با فشار5/5 کيلوگرم بر سانتي متر مربع و دماي °C۲۳۰ از مرحله دوم كمپرسور خارج ميشود. اين هوا علاوه بر تأمين هواي اكسيداسيون آمونياك، جهت قسمت هاي ديگر واحد نيز به كار برده ميشود. مصارف اين هوا عبارتند از: ۱- مسيراصلي كه قسمت اعظم هوا كه حدود ۸۰% هوای کل است و به طرف ميكسر در راکتور هدايت ميشود. ۲- مسير دوم كه حدود ۱۷% هوای کل است و به طرف برج سفيد كننده ميرود. ۳- مسير آب بندي كه كارش آببندي كمپرسور مونوکسيد نيتروژن، توربين گازي، كمپرسور هوا و سر و بدنة راکتور ميباشد. ۴- مسير خنككن جهت خنك كردن ترموكوپلهاي نصب شده روي راکتور. ۵- مسير Silencer كه در زمان خارج شدن واحد از سرويس، كل هوا را جهت جلوگيری از آسيب رسيدن به تجهيزات به طرف اتمسفر رها ميكند. واکنش هوا و بخار آمونياک شاخه اصلي هواي خروجي از كمپرسور هوا، به عنوان هواي فرآيندي جهت اندازهگيري دبي از يك ونچوري عبور داده ميشود و سپس وارد ميكسر ميشود. اين ونچوري دبي هوا را اندازهگيري می كند و با توجه به مقدار نسبت هوا به آمونياک، فرماني به شير كنترل دبي آمونياك ارسال ميشود تا اين شير كنترل مقدار آمونياك را تنظيم كند. نسبت جرمي آمونياك به هواي فيلتر شده (هواي خشك) در شرايط نرمال ۱ به ۱۰ ميباشد. آمونياك از وسط و هوا از پايين وارد ميكسرMA 3101 ميشود. شكل ظاهري ميكسر مانند يك مخروط ناقص وارونه است، كه چندين رديف پره با زواياي مختلف در آن تعبيه شده است تا به هوا يك حالت چرخش بدهد تا بتواند آمونياك ورودي را كاملاً در خود مخلوط نمايد و مخلوط به صورت همگن باشد. مخلوط همگن هوا و آمونياك داراي شرايط فشار 38/5 کيلوگرم بر سانتي متر مربع و دماي °C۲۱۴ ميباشد كه بلافاصله به درون راکتور هدايت ميشود. در محل ورودي گاز (مخلوط آمونياك و هواي خشك) به راکتور يك منبسط کننده[19] داريم كه سرعت مخلوط را به شدت كاهش ميدهد. علت تنظيم سرعت گاز در راکتور دو مورد ميباشد كه عبارتند از: الف- تلاطم لازم جهت نفوذ كامل گاز در كاتاليست وجود داشته باشد. ب- زمان برخورد كافي براي توليد مونوکسيد نيتروژن وجود داشته باشد. اگر سرعت گاز ورودي به راکتور كم باشد، زمان كافي براي انجام واكنش وجود خواهد داشت. اما در صورت كم بودن سرعت گاز در هنگام ورود به راکتور، يك مشكل به وجود ميآيد كه زمان اقامت گاز در راکتور زياد می شود و باعث تجزية آمونياك به نيتروژن و هيدروژن ميشود كه با حضور اکسيژن موجود در هوا واكنش توليد آب صورت می گيرد و حرارت بسيار زيادي ايجاد می كند و مشكلات عديدهاي را به دنبال دارد. برعكس اگر سرعت گاز زياد باشد، تلاطم لازم جهت نفوذ گاز در كاتاليست وجود دارد اما آمونياك واكنش نمی دهد و به هدر ميرود. ضمن اينكه به دليل سرعت بالا فرسايش پلاتينها بيشتر می شود و راندمان كاهش مييابد. بنابراين تنظيم سرعت گاز (واكنشگرها) در راکتور بسيار اهميت دارد. در ساختمان راکتور، پس از منبسط کننده كه به صورت يك مخروط ناقص و وارونه است بلافاصله يك صفحه مشبك داريم كه توزيع کننده[20] ناميده ميشود و وظيفه آن توزيع يكنواخت جريان ورودي روي سطوح پلاتينها ميباشد. در زير توزيع كننده صفحات پلاتين قرار دارند. عبور گاز از سطح كاتاليست، واكنش انتخابي مورد نظر را كه همان توليد گاز مونوکسيد نيتروژن ميباشد به پيش خواهد برد و كنترل آن، از وقوع ديگر واكنش هاي جانبي و نامطلوب جلوگيري خواهد كرد. بنابراين براي اينكه سطح وسيعي از پلاتين را ايجاد كنيم تا واكنش به راحتي رخ دهد، آن را به صورت توريهايي با بافت ريز درآوردهاند. عناصر تشكيل دهنده اصلي توري ها پلاتين و روبيديوم ميباشد که پلاتين به ميزان ۹۰% جهت انجام واكنش انتخابي مورد نظر و به عنوان تنها عامل كاتاليزور مورد استفاده قرار ميگيرد و روبيديوم به ميزان ۱۰% جهت استحكام بخشيدن به بافت توريها در برابر سايش مكانيكي و حرارت ناشي از واكنش شيميايي به كار برده ميشود. درجه خلوص در اين قسمت ۹۵/۹۹% ميباشد و حدوداً ppm ۵۰۰ ناخالصي دارد. اين ناخالصيها از عناصر گوگرد، فسفر، آرسينك، سيليس، نيكل، مس، نقره، طلا و آهن تشكيل شده است. سطح توري ها دايرهاي است و كل سطح مقطع راکتور را در منطقة مورد استفاده ميپوشاند. جهت اين فرآيند هشت عدد توري مورد استفاده قرار ميگيرند كه روي هم قرار دارند. كارايي توريها براساس دستورالعمل سازنده بين ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ ساعت است و در اثر وقوع واكنش شيميايي و در طول زمان اين توري ها مستهلك ميشوند. راندمان پلاتين جهت اكسيداسيون آمونياك % ۵/۹۵ ميباشد و افت پلاتين توسط شركت سازنده حدود ۱۵۰ ميلي گرم به ازاي هر تن اسيد ۱۰۰% اعلام ميشود. براي توري ها يك نگهدارنده[21] در نظر گرفته شده است كه به صورت شبكة فلزي (توري شكل) ميباشد. در زير اين نگهدارنده، آکنه ها[22] وجود دارد كه از جنس سراميك هستند و شكل آن ها به صورت راشينگ رينگ[23] ميباشد. توزيع اين آکنه ها Random ميباشد و اين آکنه ها قسمتي از حجم راکتور را به به خود اختصاص دادهاند. وظيفة آکنه، يكنواخت كردن جريان گاز حاصل از واكنش درمجاورت كاتاليست است. همچنين باعث يکنواخت شدن گاز از نظر درجه حرارت ميشود. ضمن اين كه در زمان خارج شدن واحد از سرويس، با نگهداري حرارت درون خود از معيوب شدن[24] توري هاي پلاتين جلوگيري ميكند. نگهدارندة راشينگ رينگ ها يك صفحه مشبك فلزي است و در زير آن شبكة مارپيچي وجود دارد كه كويلهاي مبدل هاي E 3106 و E 3107 را ميسازد و در اثر برخورد جريان گاز عبوري در اين دو مبدل بخار فوق اشباع با شرايط فشار ۴۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي °C۴۴۰ مهيا ميشود و درجه حرارت گازها را از °C۸۸۰ تا °C۴۷۰ (از روي سطح پلاتينها تا خروجي از راکتور) به شدت و به سرعت كاهش ميدهد. در پایین راکتور يك حالت U شكل براي خروجي طراحي شده كه جهت خروج مايعات تشكيل شده يا احياناً آکنه هاي خرد شده ميباشد. شكل كلي راکتور در صفحة بعد نشان داده شده است. ورودي گاز منبسط کننده کاتاليستها توزيع کننده کويلهاي ۶و۷ خروجي گاز جهت خروج مايعات آشنايي با واكنش هاي مطلوب و نامطلوب در راکتور و عوامل کاهش دهندة راندمان واكنش هاي شيميايي متعددي در درون راکتور انجام ميگيرد، كه البته به جز يكي از آن ها بقيه نامطلوب ميباشند. بنابراين سعي ميشود كه حتيالامكان واكنش هاي جانبي رخ ندهد. مكانيزم واكنش اكسيداسيون آمونياك سه مرحله دارد. الف- جذب اكسيژن بوسيلة كاتاليست. ب- واكنش كاتاليست و توليد هيدرات نيتروژن روي سطح كاتاليست. ج- واكنش اكسيژن جذب شده روي سطح كاتاليست با راديكال هيدرات نيتروژن و توليد مونوکسيد نيتروژن و آب. واكنش كلي به اين صورت است: اين واكنش در مدت زمان يك هزارم ثانيه شروع و انجام ميشود و مدت زمان بيشتر تماس گاز، باعث تجزية مونوکسيد نيتروژن در شرايط فرآيندي ميشود. چون كه اين واكنش در دماي °C۸۱۰ تا °C۹۰۰ اتفاق ميافتد و در اين شرايط مونوکسيد نيتروژن ناپايدار است. بنابراين بايد به سرعت جريان گاز را سرد و زمان اقامت را كاهش داد. حرارت ناشي از واكنش معادل ۵۴۰۷۳ کيلو کالري به ازاي يک کيلو مول از آمونياک توليدي ميباشد كه بسيار بالاست و دماي گاز را تا °C۸۷۰ افزايش ميدهد. اين گرما باعث گداخته شدن سطح كاتاليست می شود و به پيشرفت واكنش كمك ميكند. البته در راکتور مشعلي وجود دارد كه در ابتدا جهت راهاندازي واحد و تأمين حرارت اوليه جهت انجام واكنش روشن ميشود كه سوخت آن گاز سنتز است. اما پس از ايجاد حرارت اوليه و شروع به كار سيستم چون واكنش اكسيداسيون به شدت گرمازا است و گرماي مورد نياز واكنش را تأمين ميكند، مشعل به صورت خودكار خاموش ميشود و از سيستم خارج ميگردد. به دليل مسائل ايمني و نيز عدم انجام واكنش هاي مزاحم، در صورتيكه تراكم صورت گيرد و درجه حرارت تا °C۹۱۰ بالا رود، راکتور و واحد به صورت خودكار از سرويس خارج ميشود. همان طور که ذکر شد امکان انجام تعدادی واکنش نامطلوب نيز در راکتور وجود دارد. اين واکنش ها عبارتند از: 1- واكنشي كه طي آن آمونياك در اثر حضور اكسيد فلزات و درشرايط راکتور تجزيه ميشود. 2- واكنشي است كه طي آن NO ضمن زمان توقف زياد در راکتور، تجزيه ميشود. 3- واكنشي كه طي آن آمونياك در مجاورت يك سطح داغ ميسوزد. 4- واكنشي كه ميل تركيبي No و NH3 را با يكديگر نشان ميدهد و البته كمتر از واكنش هاي ديگر اتفاق ميافتد و شرايط آن، اختلاط خوراك با محصول است. بنابراين بايد محصولات واكنش اصلي را هرچه سريع تر از راکتور خارج كرد. واكنش سوم بدترين نوع واكنش نامطلوب ميباشد. به عنوان مثال اگر فاصله توزيع کننده از توري هاي پلاتين كم باشد، در اثر تشعشع توريهاي داغ، سطح توزيع كننده بيش از اندازه گرم ميشود و مخلوط گاز ورودي قبل از رسيدن به سطح كاتاليست در واكنش نامطلوب سوم به كار برده ميشود و طبيعتاً با وقوع اين واكنش و حرارت آزاد شده ناشي از آن، سطح توزيع كننده باز هم داغ تر ميشود و به پيشرفت واكنش نوع سوم كمك ميكند. وقوع هر كدام از واكنش هاي نامطلوب راندمان پلاتينها و در نتيجه راندمان راکتور را كاهش ميدهد. ورودي و خروجي راکتور در حالت ظرفيت حداكثر و شرايط نرمال به صورت زير است: ورودي به راکتور آمونياك به مقدار ۷۰۵۰ کيلوگرم بر ساعت خروجي از راکتور مونوکسيد نيتروژن به مقدار ۱۱۹۰۸ کيلوگرم بر ساعت اكسيژن به مقدار ۲۴۷۲۳ کيلوگرم بر ساعت دي اکسيد نيتروژن به مقدار ۲۹ کيلوگرم بر ساعت نيتروژن به مقدار ۸۱۸۷۵ کيلوگرم بر ساعت اكسيژن به مقدار ۸۴۰۰ کيلوگرم بر ساعت بخار آب به مقدار ۲۴۵۱ کيلوگرم بر ساعت نيتروژن ۸۲۱۱۴ کيلوگرم بر ساعت آب ۱۳۶۴۸ کيلوگرم بر ساعت در شرايط طراحي، ميزان رطوبت هوا حدوداً ۴۰% در نظر گرفته شده است. عوامل ديگري نيز علاوه بر واكنش هاي نامطلوب، باعث پايين آمدن راندمان راکتور ميشوند كه عبارتند از: ۱- در اغلب موارد تجمع ناخالصيها روي سطح كاتاليست باعث كاهش سطح تماس پلاتين با گازهاي ورودي ميشود. اين ناخالصيها ذرات اكسيدآهن، ذرات آهن، روغن و . . . ميباشند. ۲- در اثر برگشت زدن جريان گاز، پودرهاي پلاتين روي سطح توزيع كننده منتقل ميشود؛ بنابراين جريان مخلوط ورودي روي سطح توزيع کننده واكنش می دهد و مقداري مونوکسيد نيتروژن تشكيل ميشود و مونوکسيد نيتروژن توليد شده روي سطح پلاتينهاي اصلي (توريها) تجزيه می شود و راندمان را كاهش ميدهد. بنابر نکات ذکر شده در بالا بايد تاجايي كه ممكن است از ورود ناخالصيها به راکتور جلوگيري شود. فيلتر F 3102 براي همين منظور روي مسير آمونياك نصب شده است. اين فيلتر در درون درام D 3102 قرار دارد و شامل 4 عدد فيلتر عمودي است كه به شكل استوانه است. اين فيلتر جهت جلوگيري از ورود برادههاي آهن، ذرات اكسيدآهن، روغن احتمالي و احياناً آمونياك مايع است. آمونياك مايع باعث واكنش شديداً گرمازائي ميشود كه همان اكسيداسيون است كه روي سطح پلاتينها به صورت موضعي انجام ميگيرد كه در نهايت اين حرارت موضعي پلاتين را ذوب ميكند. جهت جلوگيری از ورود ذرات معلق موجود در هوا نيز فيلتر F3101 درون اتاقك هوا تعبيه شده است که از دو قسمت كاملاً متفاوت تشكيل شده است. فيلتر F 3101/A از جنس پشمشيشه ميباشد و ذرات گرد و غبار موجود در هوا را جذب ميكند و فيلتر F3101/B شامل فيلترهای آلفا ميباشد كه ناخالصيهاي مضر ديگر مانند، كلر، فلوئور، برم و . . . را جذب می كند و اجازة ورود آن ها را به همراه هوا نميدهد. علت جذب اين گونه ناخالصيها از هوا اين است كه اين ناخالصيها باعث مسموميت كاتاليست راکتور ميشوند و همچنين در برج جذب نيز مشكلاتي ايجاد ميكنند. گازهاي خروجي از راکتور تا اين جا هرچه گفته شده مربوط به داخل راکتور بود. حال ميخواهيم گازهاي خروجي از راکتور را مورد بررسي قرار دهيم. گازهاي خروجي از راکتور با دماي °C۴۷۰ وارد اولين مبدل سرد كننده ميشود. در اين مبدل که نام آن E 3110 است، گاز فرآيندي با گازهاي خروجي از برج جذب[25] تبادل حرارت انجام ميدهد و دماي آن تا حدود °C۲۵۴ پايين ميآيد. سپس با طي مسافتي كوتاه وارد مبدل E 3108 ميشود. دماي گاز در ورود به اين مبدل °C۲۶۹ و پس از تبادل حرارت و سرد شدن به °C۱۷۳ ميرسد. در اين مبدل آب B.F.W با گاز تبادل حرارت ميكند و دماي آب از °C۱3۰ به °C۲۴۸ ميرسد. گاز فرآيندی سپس وارد مبدل E 3109 ميشود. دماي گاز ورودي به مبدل °C۱۷۹ است و پس از خنك شدن در اثر تماس با آب C.W درجه حرارت آن تا °C۴۱ كاهش مييابد. خروجي از اين مبدل يك جريان دوفازي ميباشد و درون مخزن D 3103 تخليه ميشود. حال اين سئوال مطرح ميشود كه چرا در حين مسير عبور گاز از لولهها، دماي گاز افزايش مييابد؟علت اين است كه گازهاي خروجي راکتور كه حاوي مونوکسيد نيتروژن و اکسيژن ميباشد درجه حرارتي حدود °C۴۷۰ دارد. تحت اين شرايط واكنش غيركاتاليستي توليد دي اکسيد نيتروژن از مونوکسيد نيتروژن و اکسيژن انجام می گيرد و چون گرمازا ميباشد درجه حرارت گاز را بالا ميبرد. واكنش به صورت زير است: اين واكنش در دماهاي كمتر از °C۵۰۰ اتفاق ميافتد و هرچه محيط سردتر شود و فشار بيشتر شود، واكنش پيشرفت قابل ملاحظهاي خواهد داشت. بنابراين واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن كه يكي از مراحل توليد اسيد نيتريك ميباشد تحت اين شرايط به راحتي پيشرفت ميكند. اين گازها نهايتاً بايد جذب آب شود تا اسيد نيتريك توليد شود. اين عمل در برج جذب انجام ميشود و شرايط برج جذب براي انجام عمل جذب، يكي دماي پايين و ديگري فشار بالاي آن است. پس با سردكردن مداوم گاز علاوه بر مهيا شدن شرايط واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن، در واقع شرايط برج جذب نيز مهيا ميشود. با بررسي تركيبات گازي از زمان خروج از راکتور و تا زمان ورود به درام D 3103، مشخص ميشود كه همواره از تعداد مونوکسيد نيتروژن كم و بر مقدار دي اکسيد نيتروژن افزوده ميشود. در پي اين واكنش (توليد دي اکسيد نيتروژن) با افت فشار نيز روبرو ميشويم كه اين افت فشار جداي از افت فشار ناشي از تجهيزات مكانيكي است. در مبدل E 3109 به دليل پايين آمدن درجه حرارت تا °C۴۱، مقداري از گازهاي دي اکسيد نيتروژن با آب كندانس می شوند و اسيد ضعيفي را تشكيل ميدهند كه به درون درام ۳۱۰۳ هدايت ميشود. اين اسيد ضعيف که غلظتي در حدود ۳۱% دارد، توسط پمپ P 3104 به سينی های 6، 7 و 8 برج جذب منتقل ميشود. براي توليد اسيد نيتريك، احتياج به جذب دي اکسيد نيتروژن در آب داريم؛ چون مونوکسيد نيتروژن با آب واكنش نميدهد، به همين منظور تا جايي كه امكان دارد گاز مونوکسيد نيتروژن را به دي اکسيد نيتروژن تبديل ميكنند. پس هرچه واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن انجام گيرد و پيشرفت آن خوب باشد براي ما بهتر است. اين حالت يعني پيشرفت واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن با كاهش دما ميسر خواهد بود. شرايط ايدهآل براي اين واكنش، درجه حرارت زير °C۲۰۰ و بالاي °C۱۰۰ است. در درجه حرارتهاي زير °C۱۰۰، دي اکسيد نيتروژن طي يك واكنش به دي نيتروژن فور اکسيد تبديل ميشود كه براي ما سودمند نيست. در دماي زير °C۱۰۰ علت اينكه اين واكنش سودمند نيست، اين است كه دي نيتروژن فور اکسيد تمايل به تشكيل اسيد نيترو دارد، مطلوب تر آن است كه مقدار دي اکسيد نيتروژن قابل ملاحظه باشد تا اسيد نيتريك بيشتري توليد شود. از اين رو واژهاي به نام درجة اكسيداسيون تعريف ميشود كه برابر با نسبت ميباشد و طبيعي است كه با كاهش مقدار مونوکسيد نيتروژن، اين نسبت به سمت يك ميل ميكند كه ايدهآل به نظر ميرسد كه اين امر با افزايش فشار ميسر است. بنابراين افزايش فشار در اين مرحله علاوه بر مهيا نمودن شرايط برج جذب، به ارتقاي درجه اكسيداسيون كمك ميكند به طوريكه اعداد و ارقام نشان ميدهد، ۷۵% اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن در فشار پايين صورت ميگيرد و ۲۵% مابقي آن در فشار بالا، مثلاً در خروجي كمپرسور گازي تا برج جذب و حتي درون برج جذب صورت ميگيرد. ضمن اين كه طبق روابط موجود زمان رسيدن به درجه اكسيداسيون معين، با افزايش فشار كاهش مييابد، از طرفي حجم ظرف لازم براي يك درجه اكسيداسيون معين نيز با افزايش فشار كاهش مييابد. درون درام ۳۱۰۳ اسيد رقيق وجود دارد كه اين اسيد با توجه به غلظتي كه دارد بر روي سينيهاي ۶، ۷ و ۸ در برج جذب ريخته مي شود؛ به عبارت ديگر غلظت اسيد روي اين سينيها تقريباً برابر با غلظت اسيد درون درام D 3103 ميباشد (۳۱ تا ۳۲%). در صورت عدم رعايت اين مسأله، يعني تخليه اسيد ضعيف روي سيني حاوي اسيد قويتر و يا ضعيفتر باعث افزايش درجه حرارت به صورت موضعي روي سينيها ميشود كه اين افزايش درجه حرارت ناشي از اختلاط دو اسيد با غلظتهاي متفاوت است كه اين مسأله ميتواند باعث تخريب مواد بدنه برج جذب و سينيها شود، چون از جنس فولاد ضد زنگ ميباشند و اسيد نيتريك داغ توانايي تخريب آن ها را دارد. به هر شكل جريان گازي موجود در درام D 3103 پس از اختلاط با جريان هواي خروجي از برج سفيد كننده به درون كمپرسور گازي مكيده ميشود و تحت فشار قرار ميگيرد. اين كمپرسور نيز سانتريفوژ است و فشار مخلوط گازها را تا ۱۵/۹ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي آن ها را تا °C۱۴۱ افزايش ميدهد. گاز به دورن كولر E 3115 هدايت ميشود و دمايش تا °C 118 کاهش می يابد و پس از آن وارد مبدل E 3111 يا چگالنده فشار بالا مي شود و تا °C 49 خنک می شود. گازهای خنک شده به پايين برج جذب T 3101 تزريق می گردد، در حالي که اسيد جمع شده در مبدل E 3111 (در اثر مايع شدن) نيز همرا گاز است. مبدل E 3115، افقي ميباشد و به صورت پوسته و لوله ميباشد. از داخل پوسته گازهاي خروجي از برج جذب عبور ميكند و گاز فرآيندي خروجي از كمپرسور مونوکسيد نيتروژن با عبور از درون لوله حرارت خود را از دست ميدهد و باعث گرم شدن گازهاي خروجي از برج جذب از °C۶۵ تا °C۱۲۰ ميشود. برخلاف مبدل E 3115، مبدل E 3111 يك مبدل عمودي است كه جريان گاز فرآيندي ضمن سردشدن در مواجهه با آب C.W.L عبوري از پوستة مبدل، مقداري اسيد قوي كندانس شده توليد ميكند و به همين دليل عمودي است تا مايع حاصل از ميعان بتواند به درون برج تخليه شود. برج جذب[26] برج جذب واحداسيد نيتريک منطقة 2 يک برج سينيدار است و داراي 3۳ عدد سيني از نوع مشبک[27] ميباشد. جريان گاز از پايين وارد برج ميشود و ضمن برخورد با سينيها، از داخل سوراخ سيني ها عبور می كند و روي سينيها با جريان مايع برخورد مستقيم پيدا ميكند. در اثر اين برخورد مستقيم، عمليات جذب دي اکسيد نيتروژن (يا دي نيتروژن فور اکسيد) به درون مايع صورت ميگيرد. اين جذب شيميايي است و طي آن واكنش تشكيل اسيد نيتريك صورت ميگيرد. جمعبندي اين دو واكنش به صورت زير است: از اين واكنش دو مطلب مهم برداشت ميشود: ۱- طي واكنش جذب و توليد اسيد مقداري مونوکسيد نيتروژن توليد ميشود. بنابراين بايستي براي جذب آن توسط آب به دي اکسيد نيتروژن تبديل شود؛ چرا كه مونوکسيد نيتروژن جذب آب نميشود. اين مسأله با توجه به غلظت هاي بالاي دي اکسيد نيتروژن در پايين برج كه ناشي از جريان ورودي گاز ميباشد مشكلي پيش نميآورد. اما با عبور تدريجي گاز در برج، پس از جذب دي اکسيد نيتروژن (يا دي نيتروژن فور اکسيد)، علاوه بر حضور مقدار كمي مونوکسيد نيتروژن كه در گاز ورودي ميباشد، به تدريج بر اثر واكنش جذب نيز مونوکسيد نيتروژن توليد ميشود. بنابراين در بالاي برج غلظت مونوکسيد نيتروژن كاملاً مشخص خواهد بود و بايد به دي اکسيد نيتروژن تبديل شود. واكنش به صورت زير است: اكسيژن لازم جهت انجام اين واكنش از طريق جريان هوايي ثانويه خروجي از برج سفيد كننده كه به درون درام ۳۱۰۳ راه يافته و با جريان اصلي ادغام شده است تأمين ميگردد. فضا و زمان ماند لازم نيز (جهت واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن) با افزايش فواصل سينيهاي برج تأمين ميشود؛ به عبارت ديگر، فاصلة بين سينيهاي برج با افزايش شمارة آن ها زياد ميشود. 2- دومين مطلب مهم در رابطه با واكنش توليد اسيد اين است كه، اين واكنش گرمازا ميباشد و چون نميخواهيم دماي برج بالا رود (چون راندمان كاهش مييابد) بايد به طريقي اين حرارت آزاد شده را از برج دفع كنيم. البته توجه ميكنيم واكنش اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن نيز واكنشي گرمازا است و البته تمام واكنش هاي شيميايي فرآيند توليد اسيد نيتريك براساس روش موجود گرمازا است. براي دفع گرمای آزاد شده در طی واکنش های ذکر شده از كويلهاي آب C.W.L استفاده ميشود. به اين صورت كه آب C.W.L درون لولههاي ۵/۰ اينچ توزيع می شود و روي سينيها و درون ارتفاع مايع روی سطح سينی چرخش ميكند و سپس خارج ميشود و با اين كار، حرارت آزاد شده ناشي از واكنش توليد اسيد و اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن را جذب ميكند و دماي برج را همواره پايين نگه ميدارد. البته به دليل غنيتر بودن گاز دي اکسيد نيتروژن در پايين برج و شديدتر بودن سرعت واكنش در اين قسمت از برج، طبيعتاً ميزان حرارت آزاد شده نيز بيشتر است. بنابراين توزيع لولههاي ۵/۰ اينچ آب خنك كننده، در پايين برج بيشتر از بالاي برج است و از سيني ۲۴ به بالا ديگر كويل خنككننده نداريم. جريان مايع يا آب لازم جهت واكنش از دو طريق وارد برج ميشود. جريان اول كه از روي سيني آخر يعني سيني ۳۳ وارد ميشود، درجه حرارتش حدود °C۳۰ است. جريان دوم نيز از روي سيني ۳۱ وارد برج ميشود و درجه حرارت آن °C۵/۱۸ ميباشد. از اين جريان که کندانس های نيتراته می باشد به دليل مشکلاتی که در برج ايجاد می کند اکنون استفاده نمی گردد و تنها جريان اول استفاده می گردد که از نوع آب بدون املاح ميباشد و توسط پمپ P 3103 ارسال ميشود. نكتهاي كه در رابطه با برج جذب قابل ذكر است اين است كه در يك گاز در حال تعادل با يك اسيد با غلظت مشخص، به علت گرمازا بودن واكنش دي اکسيد نيتروژن با آب، با بالا رفتن درجه حرارت، نسبت مونوکسيد نيتروژن به دي اکسيد نيتروژن كاهش مييابد، چون كه واكنش توليد اسيد در جهت عكس به پيش ميرود يعني توليد دي اکسيد نيتروزن و كاهش مونوکسيد نيتروزن. براساس تجربه و فرمولاسيون درجه اكسيداسيون، اسيد غليظ تنها در شرايطي تهيه ميشود كه غلظت گاز مونوکسيد نيتروزن نسبت به كل اكسيدهاي ازت موجود به حداقل ممكن برسد. بالا رفتن دما، پايين آمدن فشار، متعادل نبودن آب تزريقي پروسس (فرآيند) و . . . باعث كاهش غلظت اسيد در پايين برج ميشود. ورود هر يك از هالوژن هاي نام برده شده در هوا كه توسط فيلتر F3101 بايد گرفته شوند، به درون سيستم، علاوه بر مسموميت كاتاليستها، در برج جذب نيز مشكل به وجود ميآورد. از بين اين مواد، كلر از همه مضرتر است. كلر در برج جذب به صورت اسيد كلريدريك در می آيد و با تجمع در سينيهاي ۶ الي ۱۱، با حضور آب و اسيد نيتريك مخلوطی ايجاد ميكند كه شديداً خورنده است. براي رفع اين مشكل از سينيهاي ذكر شده مرتباً نمونهگيري ميشود و اگر حضور اسيد كلريدريك يا يون كلر ثابت شود، اسيد سينيها را براي مدت زمان ده دقيقه تخليه می كنند تا غلظت آن به صفر برسد. تنظيم دبي و سرعت جريان گاز ورودي به برج نيز مهم است. اگر سرعت گاز زياد باشد، درون برج يك حالت گرداب ايجاد ميشود كه اين حالت اجازه نميدهد دي اکسيد نيتروژن و دي نيتروژن فوراکسيد به خوبي جذب آب شود و اسيد نيتريك تشكيل گردد. در اين حالت (سرعت زياد گاز)، غلظت دي اکسيد نيتروژن در گاز خروجي از برج جذب زياد می شود و علاوه بر مسائل زيستمحيطي، مقداري دي اکسيد نيتروژن نيز به هدر ميرود. مشخصات ابعادي برج جذب به صورت زير است: قطر داخلي برج: ۸۰/۴ متر ارتفاع برج: ۵۰ متر فاصله كف برج تا اولين سيني: ۴۰/۴ متر فاصله آخرين سيني تا بالاي برج: ۵۰/۳ متر فاصله بين سينيها از سيني يك تا سيني دوازده: 975/.0 متر فاصله بين سينيها از سيني دوازده تا سيني بيست و سوم: ۱00/۱ متر فاصله بين سينيها از سيني بيست و سوم تا سيني سي و سوم: ۹۰۰/۱ متر فاصله بين سيني يك تا سي و سوم: ۱۲۵/۴۱ متر برج سفيد کننده[28] مايعي كه از برج خارج ميشود، اسيدنيتريك % ۵۸ است. اين اسيد حاوي مقداري از گازهاي اكسيد ازت است كه به طور فيزيكي حل شدهاند و به همين دليل رنگ اسيد سبز مايل به آبی ميشود. جهت بيرنگ كردن و حذف اكسيدهاي ازت از اسيد، اسيد نيتريك را به درون برج سفيد كننده منتقل ميكنند. به اين ترتيب كه فشار اسيد را ضمن عبور از يك شير كنترل ميشكنند و به ۵ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع كاهش ميدهند و با دماي °C۴۵ از بالاي برج سفيد كننده وارد برج ميكنند. اين برج هم از نوع سينيدار مشبک است که دارای 5 عدد سينی می باشد. شدت جريان هواي ثانوية خروجي از كمپرسور هوا كه قبلاً توضيح داده شد، پس از عبور از يك اوريفيس[29] اندازهگيري می شود و توسط يك شير کنترل مقدار آن را تنظيم ميكنند. اين جريان جهت خنك شدن تا حدود °C۱۲۰ به درون مبدل E 3102 هدايت ميشود. البته اين مبدل يك جريان کنارگذار[30] نيز دارد كه در صورت سرمايش بيش از اندازه، مقداري از اين شير را باز می كنند تا درجه حرارت هواي ثانويه كمتر از °C۲۰ نشود. در اين مبدل هواي ثانويه با جريان Tail Gas خروجي از درام D 3108 تبادل حرارت می كند و خنك ميشود (دماي اوليه هوا °C۲۳۰ ميباشد). در نهايت هواي ثانويه با فشار ۶۵/۴ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي °C۱۲۰ از پايين وارد برج سفيد كننده می شود و با عبور از اسيد جمع شده روي سينيها، اکسيدهاي نيتروژن را از اسيد جدا می کند و از بالاي برج خارج ميشود. همانگونه كه قبلاً نيز ذكر شد، اين جريان وارد درام D 3103 ميشود تا بتواند اكسيژن لازم جهت ادامه اكسيداسيون مونوکسيد نيتروژن را فراهم كند. مايع اسيد نيتريك بيرنگ در پايين برج سفيد كننده جمع ميشود. در اين شرايط اسيد كاملاً بيرنگ ميباشد و مقدار اکسيدهاي نيتروژن موجود در آن بيشتر از ppm ۲۰۰ نخواهد بود. دماي اسيد خروجي از برج سفيد كننده °C۶۵ است كه جهت ذخيره كردن، دماي بالايي است. بنابراين اسيد نيتريك به طرف مبدل E 3120 هدايت می شود و دماي آن تا °C۵۵ پايين ميآيد. سپس ضمن عبور از يک شير كنترل به درون مخازن ذخيره TK 3102 A/B راه می يابد و ذخيره ميشود. شير كنترل فوق جهت كنترل سطح اسيد درون برج سفيد كن تعبيه شده است. اسيد موجود در مخازن TK 3102 A/B توسط پمپ P 3109 جهت مصارف خاصي ارسال ميشود. دبي اسيد ورودي به مخازن ۴۳۱۰۴ کيلوگرم بر ساعت با غلظت ۵۸% است. در رابطه با برج سفيد كننده ذكر چند نكته ضروري است: - اين برج درحقيقت يك برج استريپر[31] ميباشد. بنابراين كاهش فشار و افزايش دما ميتواند باعث افزايش راندمان برج شود. - كاهش فشار برج باعث ميشود كه هواي خروجي از بالاي برج نتواند به درون درام D 3103 راه يابد. چرا كه فشار اين درام تقريباً متناسب با فشار راکتور است. بنابراين براي كاهش فشار برج عملاً محدوديت داريم. - افزايش درجه حرارت هواي ورودي نيز براي كل سيستم محدوديت و مشكلاتي پديد ميآورد، چرا كه: الف- باعث افزايش دماي هواي خروجي از برج ميشود و با توجه به حضور اين هوا در ورودی كمپرسور NO، راندمان آن را كاهش ميدهد. ب- دليل مهم تر اين است كه علاوه بر خروج اكسيدهاي ازت حل شده در اسيد، ميتواند باعث تجزيه اسيد %۵۸ شود و دي اکسيد نيتروژن را نيز با خود به بيرون ببرد. بنابراين غلظت اسيدي كاهش مييابد. اما اگر ميزان هواي ثانويه بيش از اندازه لازم باشد، باعث Cary Over می شود و قطرات اسيد را با خود به بيرون ميبرد كه در نهايت روي پرههاي كمپرسور NO صدمات جبرانناپذيري ايجاد ميكند. اندازهگيري مقدار هواي ثانويه تزريقي به برج سفيد كن، ميتواند از طريق اندازه گيري ميزان اكسيژن موجود در Tail Gas صورت بپذيرد. چرا كه افزايش مقدار هواي ثانويه. باعث افزايش بيش از حد لازم اكسيژن در درام D 3103 می شود كه به وسيلة كمپرسور مونوکسيد نيتروژن، به درون برج جذب راه مييابد و از بالاي برج توسط Tail Gas خارج ميشود. مقدار اكسيژن موجود در Tail Gas در شرايط نرمال % ۶/۳ است. جريان گازهاي خروجي از برج جذب جريان گازهاي خروجي از برج جذب را همان طور که ذکر شد، Tail Gas مينامند. اين جريان از نظر دما و فشار شرايطي مشابه با برج جذب دارد. اين جريان به دليل فشار بالا، قابليت انجام كار دارد اما دماي آن پايين است. يكي از نكاتي كه در اين واحد به خوبي رعايت شده، استفادة بهينة انرژي است. به طوري كه جريانات سرد (فرآيندي) جهت كسب حرارت به جاي استفاده از سرويسهاي جانبي با جريانات گرم (فرآيندي) تبادل حرارت انجام ميدهند. اين مورد در رابطه با جريان Tail Gas به خوبي قابل مشاهده است. اين گاز از بالاي برج جذب وارد درام D 3108 ميشود تا احياناً قطرات اسيد همراه را در اين درام به جاي بگذارد. سپس به درون مبدل E 3102 هدايت ميشود و دمايش با كسب حرارت از هواي ثانويه تا °C۵۵ گرم ميشود. سپس به درون مبدل E 3113 ميرود و با بخار ۱۴ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع تبادل حرارت انجام می دهد و تا °C۶۵ گرم ميشود. پس از آن وارد E 3115 می گردد و با گازهاي خروجي از كمپرسور مونوکسيد نيتروژن تبادل حرارت انجام می دهد و دمايش تا °C۱۲۰ افزايش مييابد. اين سه مبدل ذكر شده روي يكديگر نصب شدهاند به طوري كه در نظر اول قابل تفكيك از يكديگر نميباشند. Tail Gas گرم شده تا دماي °C۱۲۰ پس از خروج از مبدل E 3115 وارد مبدل E 3110 ميشود و در آنجا با كسب انرژي حرارتي از گازهاي خروجي از راکتور تا °C۴۰۲ گرم ميشود. اين گاز با اين شرايط يعني فشار تقريباً 45/8 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و دماي °C۴۰۲ توانايي انجام كار دارد. بنابراين به طرف توربين گازي TR 3101 هدايت ميشود تا ضمن دفع از سيستم، انرژي قابل توجهي از آن كسب گردد. گازهاي خروجي از اين توربين حداكثر ppm۲۰۰ گازهاي اكسيد ازت را شامل ميشود که در شرايط نرمال اين مقدار به ppm ۱۰۰ پي.پي.اِم كاهش مييابد. گازها پس از خروج از توربين از طريق دودكش S 3101 به اتمسفر فرستاده ميشوند. در ورودي توربينگازي يك شير وجود دارد و نيز يك مسير کنارگذار و يك شير کنارگذار نير روي اين توربين تعبيه شده است. در شرايط راهاندازي توربين و واحد مسير کنارگذار باز است و شير مسير ورودي به توربين بسته است. درون توربين نيز دو عدد شيردستي تعبيه شده است كه به صورت موازي روي مسير ورودي گاز به پرههاي توربين قرار داده شده است. بسته بودن اين شيرها باعث افزايش فشار مسير Tail Gas و برج جذب ميشود كه با اين كار علاوه بر افزايش Load واحد، سرعت گاز برخورد كننده با پرههاي توربين را افزايش ميدهد. اين شيرها را اصطلاحاً Loading Valve مينامند. حال كه فرآيند توليد اسيد نيتريك هرچند خلاصه و كوتاه توضيح داده شد. به بررسي قسمتهاي جانبي واحد ميپردازيم. سيستم توليد بخار در واحد اسيد نيتريک مجموعه توليد بخار در واحد اسيد نيتريك شامل تجهيزات زير است: - مبدل E 3108 درام D 3104 (درام بخار که درام افقي است) پمپهاي P 3102 مبدل E 3106 مبدل E 3107 آب B.F.W ارسالي از واحد آب با درجه حرارت °C۱۳۰ و فشار بيش از ۵۰ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع وارد واحد می شود و پس از عبور از يک شير كنترل، وارد مبدل E 3108 می شود و درجه حرارتش تا °C۲۴۸ افزايش مييابد و پس از آن وارد درام D 3104 ميشود. آب از پايين درام بخار خارج می شود و توسط پمپ P 3102 به درون مبدل E 3107 ارسال ميشود. در اين مبدل، آب درون كويلهايي كه درون انتهاي راکتور مستقر شده اند، تبديل به بخار ميشود و به صورت يك جريان دو فازي مجدداً به داخل درام بخار باز ميگردد. بخار تقريباً خشك از بالاي درام بخار خارج می شود و درون كويلهاي E3106 مستقر در راکتور، فوق اشباع ميگردد و به طرف Turbo Set (مجموعه توربينها و كمپرسورها) هدايت ميشود تا توربين بخار را به چرخش درآورد. در بالاي D 3104 در محل خروجي بخار (به سمت E3106 ) يك شبكه فلزي نصب شده است تا از همراهي قطرات آب با بخار جلوگيري كند. حفظ ارتفاع آب درون درام بخار اهميت بسيار زيادي دارد، تا آنجايي كه كم شدن بيش از اندازة آن باعث تريپ واحد ميشود. بنابراين يك سيستم خودكار تعبيه شده كه همواره سطح آب را حفظ كند. اهميت كار از آنجا ناشي ميشود كه كاهش سطح آب، ممكن است باعث عدم ارسال آب به E3107 شود كه علاوه بر سوختن اين مبدل، درجه حرارت راکتور را تا حد بسيار زيادي بالا ميبرد، و كل مجموعه از بين ميرود. در ضمن افزايش سطح آب، امكان حمل آب همراه با بخار را فراهم ميآورد كه باعث اشكال در محلهاي مصرف (توربين بخار) ميشود و خسارت جبرانناپذيري به بار ميآورد. جهت جلوگيري از رسوب مواد تغليظ شده در آب بويلر (درون درام D 3104 ) يك جريان Blow Down تعبيه شده است. در صورتيكه بخار توليدي داراي دماي بالايي باشد، يك شير كنترل روي مسير بخار نصب شده است كه جريان بخار را به درون يك كويل مستقر در درام D 3104 باز ميگرداند تا با گرم كردن آب درون درام بخار درجه حرارت بخار كاهش يابد. حتي اگر پس از اين شرايط باز هم درجه حرارت بخار بالا باشد يك شير كنترل روي يك شاخه از B.F.W قرار گرفته است و درون مبدل E 3126 به داخل جريان بخار آب تزريق ميكند تا درجه حرارت بخار توليدي بيش از اندازه نباشد؛ چرا كه دماي بالاي بخار به پرههاي توربين صدمه ميزند. Turbo Set مجموعه توربينها و كمپرسورهاي واحد اسيد نيتريك را Turbo Set گويند. توربينهاي اين مجموعه عبارتند از: ۱- توربين بخار كه با بخار H.P توليد شده در واحد كار ميكند. ۲- توربين گازي كه با جريان گازهاي گرم شده خروجي از برج جذب كار ميكند. كمپرسورهاي اين مجموعه نيز عبارتند از: ۱-كمپرسور هوا كه هواي فرآيند (اوليه، ثانويه و . . . ) را تأمين ميكند. ۲-كمپرسور مونوکسيد نيتروژن كه جريان گازهاي خروجي از راکتور را به همراه هواي ثانويه خروجي از برج سفيد كننده تحت فشار قرار می دهد و به طرف برج جذب ميفرستد. توربين بخار، توربين گازي و كمپرسور هوا روي يك شافت مركزي قرار دارند و دور همگي آنها با هم برابر است. تعداد دور آنها در شرايط نرمالrpm ۵۳۰۰ يعني ۵۳۰۰ دور در دقيقه ميباشد. اما كمپرسور گازي انرژي خود را از شافت مركزي پس از عبور از يك Gear Box تأمين ميكند. اين جعبه دنده، سرعت دوران را براي كمپرسور مونوکسيد نيتروژن، ۸/۱ برابر ميكند. (۸۰% افزايش دور نسبت به كمپرسور هوا). هر كدام از اين كمپرسورها و توربينهاي موجود داراي يك دور بحراني هستند كه در شرايط قرار گرفتن در آن، به شدت به لرزش در ميآيند به طوري كه در زمان راهاندازي بايد بدون درنگ از اين سرعتها عبور كرد. راهكارهاي استفاده شده جهت كمپرسورها به صورت زير است: ۱- جهت كمپرسور هوا يك مسير جداگانه تعبيه شده است كه در صورت نزديك شدن عملكرد كمپرسور به محدوده سرج، اين مسير جداگانه جريان هوا را به سمت اتمسفر تخليه ميكند. ۲- جهت كمپرسور گازي، مسير برگشتي داريم كه در صورت نزديك شدن عملكرد اين كمپرسور به محدوده سرج، شير تعبيه شده روي مسير برگشتي باز می شود و جريان گاز را از خروجي كمپرسور به ورودي آن (واقع در بين مبدل هاي E 3108 و E 3109) باز ميكند. در انتهاي توربين بخار يك خلاء نسبي ايجاد ميكنيم. اين كار به دو دليل مهم صورت ميگيرد: الف- خلاء كردن سيستم، راندمان توربين را از نظر استفاده بهينه از انرژی بخار بيشتر ميكند؛ چرا كه انرژي بيشتري از بخار كسب ميشود. ب- در انتهاي توربين احتمال حضور قطرات آب كندانس وجود دارد كه با انجام عمل خلاء اين احتمال را از بين ميبريم. سيستم روغنکاری و کنترل مربوط به Turbo Set اين مجموعه يك سيستم روغنكاري دارد. ضمن اينكه يك سيكل چرخشي روغن نيز تعبيه شده است كه كار آن اعمال انرژي و نيرو جهت كنترل شيرهاي حساس نصب شده روي مسيرهاست. اين روغن كنترل با روغن روانكاري از يك منبع تأمين ميشوند اما فشار آن ها يكسان نيست. پمپهاي P 3111 كه از نوع Screw هستند، فشار لازم جريان روغن روانكاري و روغن كنترل را تأمين ميكنند. فشار روغن روانكاري، ۷/۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع و فشار روغن كنترل، ۵/۱۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع ميباشد. اين پمپها روغن را از تانك TK 3103 می گيرند و با فشار ۱۵ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع به سمت كولر روغن E 3122ارسال ميكنند كه پس از خنك شدن، روغن به دو شاخه تقسيم ميشود كه يكي روغن روانكاري است و شير كنترل مربوطه فشارش را تنظيم مينمايد و ديگري روغن كنترل است كه شير كنترل مربوطة آن نيز، فشارش را تا حدود ۵/۱۲ کيلوگرم بر سانتيمتر مربع تنظيم ميكند. اين روغن ها پس از انجام عمليات كنترل و روانكاري مجدداً به درون تانك TK 3103 باز ميگردند. البته يك پمپ اضطراري P 3112 نيز موجود است كه تنها جهت روانکاری استفاده ميشود. آب كولينگ مدار بسته يا C.W.L اين آب كيفيتي معادل آب بدون املاح دارد كه به دلايل زير درون واحد چرخش ميكند. الف- در جايي اين آب نقش گرم كننده دارد و در جاي ديگر نقش سرد كننده كه اين ويژگي باعث جلوگيري از هدر رفتن انرژي ميشود. ب- حضور آب كولينگ مدار باز (C.W) درون برخي مبدل هاي خاص واحد، احتمال گرفتگي را بالا ميبرد كه اين به دليل حضور يون ها و املاح همراه آب كولينگ مدار باز است، كه صدمات و خسارات زيادي را وارد ميكند. حتی يون کلر احتمالی موجود در اين آب می تواند به دليل Stainless Steel بودن اغلب مبدل های اين واحد، باعث خوردگی نقطه ای اين مبدل ها گردد. ج- در صورت سوراخ شدن يکی از مبدل ها محلول اسيدی به درون آب کولينگ کل کارخانه وارد نشود. آب C.W.L پس از تبادل حرارتي در مبدل ها گرم می شود و جهت خنك شدن مجدد وارد ۴ مبدل E 16301 A/B/C/D ميشود و دماي آن به °C۳۵ ميرسد و پس از آن توسط يكي از دو پمپ P 16301 A/B به جريان در ميآيد و سيستم را سرويس ميدهد. [1]- Geber [2]- Fortis [3]- Glavber [4]- Gavendish [5]- Milner [6]- Kuhlman [7]- Roy Leigh [8]- Crookes [9]- Birkeland [10]- Eyde [11]- Ostwald [12]- Braver [13]- SBA [14]- Grand Paroisse [15]- Hurtey [16]- Superheat [17]- Kettle Type [18]- Pass [19]- Expander [20]- Distributer [21]- Support [22]- Packing [23]- Rashig Ring [24]- Deformation [25]- Tail Gas [26]- Absorption Tower [27]- Sieve Tray [28]- Bleaching Tower [29]- Orifice [30]- By Pass [31]- Stripper Normal 0 false false false false EN-US X-NONE AR-SA st1\:*{behavior:url(#ieooui) } /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif";} table.MsoTableGrid {mso-style-name:"Table Grid"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-priority:59; mso-style-unhide:no; border:solid black 1.0pt; mso-border-alt:solid black .5pt; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-border-insideh:.5pt solid black; mso-border-insidev:.5pt solid black; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif";}
+ نوشته شده در شنبه ۱۳۹۲/۰۲/۰۷ ساعت ۴:۳۱ ب.ظ توسط سید مهدی شاهروبندی
|
مهندس شیمی گرایش پتروشیمی هستم.از سال 1386 این وبلاگ رو در زمینه مقاله,گزارش آزمایش,مطالب علمی و سوالات رشته مهندسی شیمی راه اندازی کردم.