硝酸、硝铵

全加压法： 全加压法：氨氧化和氮氧化吸收均在加压下进 该法吸收率高，成品酸浓度高， 行。该法吸收率高，成品酸浓度高，尾气中氮 氧化物浓度低，吸收容积小，能量回收率高。 氧化物浓度低，吸收容积小，能量回收率高。 缺点:氧化率低 铂损失高。 氧化率低， 缺点 氧化率低，铂损失高。
Hale Waihona Puke 综合法：氨氧化和氮氧化吸收在两个不同压力 综合法： 下进行，可分为常压吸收， 下进行，可分为常压吸收，中压吸收及中压氧 高压吸收两种流程。优点：氨消耗、 化，高压吸收两种流程。优点：氨消耗、铂消 耗低于全高压法，不锈钢用量则低于中压法。 耗低于全高压法，不锈钢用量则低于中压法。
用水吸收氮氧化物的综反应式可概括为： 用水吸收氮氧化物的综反应式可概括为： 氮氧化物的吸收过程中， 的吸收和NO氧 氮氧化物的吸收过程中，NO2的吸收和 的吸收和 氧 化同时交叉进行。 化同时交叉进行。用水吸收氮氧化物制造稀硝 常压吸收和 两种流程。 分为常压吸收 加压吸收两种流程 酸，分为常压吸收和加压吸收两种流程。
氨催化氧化反应为气固相催化反应， 氨催化氧化反应为气固相催化反应，包括反应 气固相催化反应 物的分子从气相主体扩散到催化剂表面， 物的分子从气相主体扩散到催化剂表面，在催 化剂表面进行化学反应， 化剂表面进行化学反应，生成物从催化剂表面 扩散到气相主体等阶段。 扩散到气相主体等阶段。气相中氨分子向铂网 表面的扩散是整个过程的最慢一步， 表面的扩散是整个过程的最慢一步，即过程的 控制步骤。 控制步骤。
1中和法制取硝铵2转化法制取硝铵磷矿中含铁铝镁等杂质与硝酸反应生成各种硝酸盐为了从溶液中制取二元氮磷肥复合肥料必须先采用冷却结晶除去080硝酸钙工业上多将硝酸钙转化加工成硝酸铵可以采用两种方法
硝酸、 硝酸、硝铵
200910801323
工艺091班 班 工艺
曾齐涛
一、硝酸
1、硝酸简介： 、硝酸简介：
催化氧化设备
氨催化氧化过程的核心设备是氨氧化炉。 氨催化氧化过程的核心设备是氨氧化炉。 基本要求是： 基本要求是： 氨和空气混合气体能均匀通过催化剂层； ①氨和空气混合气体能均匀通过催化剂层； ②为了减少热量损失，应在保证最大接触面积 为了减少热量损失， 条件下尽可能缩小反应体积； 条件下尽可能缩小反应体积； ③结构简单，便于拆卸、检修。 结构简单，便于拆卸、检修。
（3）氮氧化物吸收： ）氮氧化物吸收：
除一氧化氮外，其他氮氧化物均能与水作用： 除一氧化氮外，其他氮氧化物均能与水作用：
2NO2+H2O=HNO3+HNO2 N2O4+H2O=HNO3+HNO2 N2O3+H2O=2HNO3 3NO2+H2O=2HNO3+NO △H=-116.1 kJ △H=-59.2kJ △H=-55.7kJ △H=-136.2KJ
硝酸生产尾气处理
4、硝酸工艺条件 、
原料氨在硝酸生产成本中占有很大的比重， 原料氨在硝酸生产成本中占有很大的比重， 故在生产过程中必须保证氨的高氧化率。 故在生产过程中必须保证氨的高氧化率。 其次，应尽可能有高的生产强度， 其次，应尽可能有高的生产强度，在生 产条件下铂消耗最少， 产条件下铂消耗最少，最大限度保证铂的有效 工作时间，减少铂的损失，以达到稳产、高产、 工作时间，减少铂的损失，以达到稳产、高产、 安全生产的目的。其中铂的回收方法 铂的回收方法： 安全生产的目的。其中铂的回收方法： 机械过滤法、补集网法、 机械过滤法、补集网法、大理石不锈钢筐 法。 以下讨论氨氧化的一些主要工艺条件。 以下讨论氨氧化的一些主要工艺条件。
（2）转化法制取硝铵 ）
用稀硝酸分解磷矿制取磷酸和硝酸钙的水溶液。 用稀硝酸分解磷矿制取磷酸和硝酸钙的水溶液。 反应方程式为： 反应方程式为： Ca5(PO4)3F+10HNO3=3H3PO4+5Ca(NO3)2+HF 磷矿中含铁、铝、镁等杂质，与硝酸反应生成各 磷矿中含铁、 镁等杂质， 种硝酸盐， 种硝酸盐，为了从溶液中制取二元氮磷肥复合肥 料，必须先采用冷却结晶除去 0~80%硝酸钙 。 硝酸钙
干法氧化：将气体送入氧化塔， 干法氧化：将气体送入氧化塔，使气体在 氧化塔中有足够的停留时间和充分氧化。 氧化塔中有足够的停留时间和充分氧化。 湿法氧化：将气体送入塔内， 湿法氧化：将气体送入塔内，塔顶喷淋较 浓的硝酸，NO气相反应物转移到液相中 浓的硝酸，NO气相反应物转移到液相中 进行，大大加快氧化速率; 进行，大大加快氧化速率;大量的循环酸 将氧化的反应热带出系统; 将氧化的反应热带出系统;利用制酸的逆 反应将NO氧化，可将气相NO完全氧化NO 反应将NO氧化，可将气相NO完全氧化NO2。 NO氧化 NO完全氧化
另外原料配比对反应速度影响大， 另外原料配比对反应速度影响大，工业中最适宜的配料 原料配比对反应速度影响大 比是由生产的最低费用来决定的。 比是由生产的最低费用来决定的。
（2）混合气体组成 ）
就提高催化剂的生产强度而言， 就提高催化剂的生产强度而言，最主要的是氨 的初始浓度，增加氨浓度是有利的（ 的初始浓度，增加氨浓度是有利的（由于空气 中氧含量的限制，氨浓度提高也受到限制）， 中氧含量的限制，氨浓度提高也受到限制）， 为了提高生产能力，一般工厂采用9.5%较高的 为了提高生产能力，一般工厂采用 较高的 氨含量，其中适当补充二次空气 适当补充二次空气。 氨含量，其中适当补充二次空气。
硝酸是一种重要的化工原料，在各类酸中， 硝酸是一种重要的化工原料，在各类酸中，产 量仅次于硫酸。 量仅次于硫酸。 硝酸是重要的无机酸，大部分用于制造硝酸铵、 硝酸是重要的无机酸，大部分用于制造硝酸铵、 氮磷或氮磷钾等复合肥料。 氮磷或氮磷钾等复合肥料。 浓硝酸滚广泛用于有机化工， 浓硝酸滚广泛用于有机化工，硝酸工业在国民 经济、国防工业和航天事业占有重要地位。 经济、国防工业和航天事业占有重要地位。 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 硝酸能以任意比溶解于水。质量分数为69%的 硝酸能以任意比溶解于水。质量分数为 的 硝酸为浓硝酸；质量分数为 质量分数为98%以上的硝酸为 硝酸为浓硝酸 质量分数为 以上的硝酸为 发烟硝酸。 发烟硝酸。
二、硝铵
1、硝铵简介 、
硝酸铵，简称硝铵，化学分子式NH 硝酸铵，简称硝铵，化学分子式NH4NO3,相 对分子质量80.04 80.04。 对分子质量80.04。 硝铵中所含氮以硝态氮（ 硝铵中所含氮以硝态氮（NO3ˉ）和铵态 氮（NH4＋）两种形式存在，硝酸铵含氮量35%， 两种形式存在，硝酸铵含氮量35%， 35% 是一种高效氮素固体化肥。 是一种高效氮素固体化肥。硝铵发挥对作物的 有效作用比尿素或硫铵更快。 有效作用比尿素或硫铵更快。硝铵适用于各种 土壤，其中的氮素被作物吸收后， 土壤，其中的氮素被作物吸收后，不会在土壤 中残存有损土壤肥力的物质。 中残存有损土壤肥力的物质。应用造粒技术制 成粒状硝铵以后，其物理性能， 成粒状硝铵以后，其物理性能，尤其是吸湿性 有明显改善，施用更为方便。 有明显改善，施用更为方便。特别是对于棉花 生产，其肥效更高，是比较理想的含氮肥料。 生产，其肥效更高，是比较理想的含氮肥料。
全加压法生产稀硝酸的工艺流程
（2）浓硝酸的制造 ）
浓硝酸（浓度在9 浓硝酸（浓度在95%～100%）工业生产方法有三种： 100%）工业生产方法有三种： 加脱水剂法：在稀硝酸中加入某种脱水剂（如浓硫酸、 加脱水剂法：在稀硝酸中加入某种脱水剂（如浓硫酸、 硝酸镁等），然后通过精馏或蒸馏来获得。 ），然后通过精馏或蒸馏来获得 硝酸镁等），然后通过精馏或蒸馏来获得。 直接合成法：将四氧化二氮、 直接合成法：将四氧化二氮、纯氧和水直接合成的浓硝 酸。 共沸酸蒸馏法： 含量68.3% 68.3%以上的硝酸通过精馏来 共沸酸蒸馏法：将HNO3含量68.3%以上的硝酸通过精馏来 获得。 获得。
2、硝铵生产原理 、
硝铵由氨和硝酸制得， 硝铵由氨和硝酸制得， 其反应式如下： 其反应式如下：
NH3(g)+HNO3(l)=NH4NO3+149.1kJ
氨和硝酸的中和过程，若能合理地利用放出的 氨和硝酸的中和过程，若能合理地利用放出的 中和过程 中和热来蒸发水分， 中和热来蒸发水分，则可得到硝铵的浓溶液甚 至熔融液， 不需要外加热量。 至熔融液，而不需要外加热量。
（2）一氧化氮氧化： ）一氧化氮氧化：
氨氧化后的NO继续氧化没变可得到氮的高价 继续氧化没变可得到氮的高价 氨氧化后的 氧化物NO2、N2O3和N2O4。 氧化物 2NO+O2=2NO2 △H=-112.6kJ NO+NO2=N2O3 △H=-40.2kJ 2NO2=N2O4 △H=-56.9kJ 从平衡角度考虑，降低温度，增加压力， 从平衡角度考虑，降低温度，增加压力，有利 氧化反应的进行。 于NO氧化反应的进行。一氧化氮氧化可在气 氧化反应的进行 相或液相中进行， 相或液相中进行，分为干法氧化和湿法氧化两 种。
（1）稀硝酸生产 ）
目前生产稀硝酸有十多种工艺流程， 目前生产稀硝酸有十多种工艺流程，因操作压 力不同可分为常压法、 力不同可分为常压法、加压法及综合法三种类 型。 常压法： 常压法：氨氧化和氮氧化的吸收均在常压下进 行。该法压力低，氨氧化率高，铂消耗低，设 该法压力低，氨氧化率高，铂消耗低， 备结构简单。缺点 成品酸浓度低 成品酸浓度低， 备结构简单。缺点:成品酸浓度低，尾气中氮 氧化物浓度高，吸收容积大，占地多，投资高。 氧化物浓度高，吸收容积大，占地多，投资高。
2、硝酸生产原理 、
（1）氨的催化氧化： ）氨的催化氧化：
氨和氧可以进行下列三个反应： 氨和氧可以进行下列三个反应：
4NH3+5O2=4NO+6H2O 4NH3+4O2=2N2O+6H2O 4NH3+3O2=2N2+6H2O △H=－907.28kJ － △H=－1104.9kJ － △H=－1269.02kJ －
注意： 是构成酸雨的主要污染源，需要尾气处理。 注意： SO2是构成酸雨的主要污染源，需要尾气处理。
3、硝酸生产方法 、
工业上生产硝酸的原料主要是氨和空气， 工业上生产硝酸的原料主要是氨和空气， 采用氨的接触催化氧化的方法进行生产的。 采用氨的接触催化氧化的方法进行生产的。其 总反应是式为： 总反应是式为：NH3+2O2=HNO3+H2O 此反应由3步组成 在催化剂的作用下， 步组成， 此反应由 步组成，在催化剂的作用下， 氨氧化为一氧化氮； 氨氧化为一氧化氮；一氧化氮进一步氧化为二 氧化氮；二氧化氮被水吸收生成硝酸。 氧化氮；二氧化氮被水吸收生成硝酸。 可用下列反应式表示： 可用下列反应式表示： 4NH3+5O2=4NO+6H2O 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 氨催化氧化法能制得45%—60%的稀硝酸。 的稀硝酸。 氨催化氧化法能制得 的稀硝酸
（1）温度、压力和接触时间 ）温度、
温度：常压取 温度：常压取760~850℃ ，中压取 ℃ 中压取850~900 ℃， 高压取900~930 ℃。 高压取 压力：常压需要3~4层铂网，0.5~0.8MPa加压下 层铂网， 压力：常压需要 层铂网 加压下 需要16~20层。加压氧化的优点是处理相同生 需要 层 产符合的气体体积比常压法小，设备紧凑， 产符合的气体体积比常压法小，设备紧凑，投 资少。缺点是氧化率稍低，铂损耗大。 资少。缺点是氧化率稍低，铂损耗大。常压或 者加压应视具体情况而定。 者加压应视具体情况而定。 接触时间：接触时间应适当。太短则氧化不充分， 接触时间：接触时间应适当。太短则氧化不充分， 太长则使铂网中氨停留时间过长分解， 太长则使铂网中氨停留时间过长分解，一般选 择10-4s 。
（3）爆炸及防止 ）
氨空气或者氨氧混合物含量大于14%，温度在 ， 氨空气或者氨氧混合物含量大于 800℃以上时有爆炸危险。所以防止措施是：控 ℃以上时有爆炸危险。所以防止措施是： 制好温度、混合气体流向、氧含量、压力、 制好温度、混合气体流向、氧含量、压力、可燃 性气体含量、水蒸气影响等。 性气体含量、水蒸气影响等。
3、硝铵生产方法 、
（1）中和法制取硝铵 ） NH3(g)+HNO3(l)=NH4NO3+149.1kJ
利用氨与稀硝酸作原料进行中和。 利用氨与稀硝酸作原料进行中和。生产过程包 括中和反应、溶液政法、结晶、造粒等步骤。 括中和反应、溶液政法、结晶、造粒等步骤。 一段流程：直接制取熔融液。 一段流程：直接制取熔融液。 多段流程：先制取硝酸铵稀溶液， 多段流程：先制取硝酸铵稀溶液，然后在把它 蒸发。 蒸发。