硝酸与硝酸铵生产培训教程
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
但加压氧化气流速度较大，气流对铂网的冲击 加剧，加之铂网的温度较高，会使铂网的机械损失 增大。故实际生产中，常压和加压氧化均有采用。
(3) 接触时间 接触时间应适当。时间太短，氨 气来不及氧化，致使氨氧化率降低；但若接触时间 太长，氨在铂网前高温区停留过久，容易被分解为 氮气，同样也会使氨氧化率降低。但最佳接触时间 一般不因压力而改变，一般接触时间在10-4s左右。
Βιβλιοθήκη Baidu
从生产稀硝酸来看，需要的是反应(1)，
其余反应需尽量设法使其不进行或很少进行。
1.1.2 氨催化氧化的工艺条件
在确定氨催化氧化工艺条件时首先应保证高的 氨氧化率（氨氧化率即指氧化生成NO的耗氨量与进 入系统总氨量的百分比率），因为硝酸成本中原料 氨所占比重很大，提高氧化率对降低氨的消耗非常 重要。其次，应有尽可能大的生产强度。
21
NH3%1001.2521 100%14.4% 1.25
研究结果表明，当氧氨比为1.25时（即氨含量 为14.4%时），氨氧化率只有80%左右，而且有发生 爆炸的危险。要提高氨氧化率可增加混合气体中氧 含量，则加入空气量增多，带入氮气也增多，使混 合气体中氨浓度下降，炉温下降，生产能力降低， 动力消耗增加。当氧氨比比值在1.7~2.0范围，氨氧 化率最高，此时混合气体中氨浓度为9.5%~11.5%。
另外，催化剂的生产强度与接触时间有关。在 其他条件一定时，铂催化剂的生产强度与接触时间 成反比，与气流速度成正比。
(4) 混合气体的组成 选择混合气体的组成时， 最主要是氨的初始含量。从提高催化剂生产强度出 发，增加氨浓度是有利的，但由于空气中氧含量的 限制，限制了氨浓度的提高。
由式(1)可知，氨氧化生成一氧化氮反应理论上 的氧氨比为1.25。采用氨和空气混合，则混合气体 中氨含量为：
△H=－907.28kJ （1） △H=－1104.9kJ （2） △H=－1269.02kJ （3）
除此之外，还有可能发生下列副反应：
2NH3=N2+3H2 2NO=N2+O2 4NH3+6NO=5N2+6H2O
△H=91.69kJ （4）
△H=-180.6kJ （5） △H=-1810.8kJ （6）
1.1.3 稀硝酸生产工艺方法
目前生产稀硝酸有十多种大同小异的工艺流程， 可因操作压力的不同而分为常压法、中压法、高压 法、综合法和双加压法五种类型。
(1) 常压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在常 压下进行。该法压力低，氨氧化率高，铂消耗低， 设备结构简单，吸收塔除可采用不锈钢外，也可采 用花岗石、耐酸砖或塑料。缺点是成品稀硝酸浓度 低，尾气中氮氧化物浓度高需经处理才能放空，吸 收容积大，占地面积大，投资大。
(2) 压力 由于氨催化氧化生成一氧化氮的反应 是不可逆的，因此改变压力不会改变一氧化氮的平 衡产率。如果要提高加压时的氨氧化率，必须同时 提高反应温度和铂网层数。同时氨催化氧化压力的 提高，还会使混合气体体积减小，增大气体处理量， 提高催化剂生产强度。此外，加压氧化比常压氧化 设备紧凑，投资费用少。
(2) 中压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在中 压（0.2~0.5MPa）下进行。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。但在中压条件下氨氧化率略低，铂损 失较高。
(3) 高压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在高 压（0.7~1.2MPa）下进行。该法较中压法吸收率更 高，吸收容积更小，能量回收率更高。但在高压条 件下氨氧化率低，氨耗高，铂耗高，且尾气中氮氧 化物浓度也高需经处理才能放空。
硝酸与硝酸铵
1、硝酸
1.1、稀硝酸 1.2、浓硝酸
2、硝酸铵
1.1.1 稀硝酸生产原理
目前工业稀硝酸的生产均以氨为原料，采用催化氧化法， 可制得45%～60%的稀硝酸。其反应变化可用下列反应式表 示：
1. 氨催化氧化的基本原理
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
2. 浓硝酸生产
❖ 一、浓硝酸生产工艺 以及生产方法 ❖ 二、浓硝酸生产工艺流程
一、浓硝酸生产工艺以及方法
（一）从稀硝酸制造浓硝酸
浓硝酸不能由稀硝酸直接蒸馏制取，因为HNO3 和H2O会形成二元共沸物。即在开始蒸馏时，硝酸溶 液沸点随着浓度的增加而升高，但到一定浓度时，沸 点却随着浓度的增加而下降。
(4) 综合法 该法氨的氧化与氮氧化物的吸收在 两个不同压力下进行，即常压氧化，中压 （0.2~0.5MPa）吸收。此法集中了常压法和中压法 的优点。氨消耗、铂消耗低于高压法，不锈钢用量 低于中压法，吸收容积则小于常压法。
(5) 双加压法 该法氨的氧化在中压条件 （0.2~0.5MPa）下进行，氮氧化物的吸收则在高压 条件（0.7~1.2MPa）下进行。采用较高的吸收压力 和较低的吸收温度，成品酸浓度一般可达60%，尾 气中氮氧化物含量低于0.02%，可直接放空。
在标准大气压下，硝酸水溶液的共沸点温度为 120.05℃，相对应的硝酸浓度为68.4%。也就是说，采 用直接蒸馏稀硝酸的方法，最高只能得到68.4%的硝 酸。
欲制取得到96%以上的浓硝酸，必须借助于脱 水剂以形成硝酸-水-脱水剂三元混合物，从而破坏 硝酸与水的共沸组成，然后蒸馏才能得到浓硝酸。
工业上常用的脱水剂有浓硫酸和碱土金属的硝 酸盐。其中以硝酸镁的使用最为普通。
此外还必须保证铂网的损失少，最大限度地提 高铂网工作时间，保证生产的高稳定性和安全等。
(1) 温度 在不同温度下，氨氧化后的产物也不 同。低温时，主要生成的是氮气；650℃时，氧化反 应速率加快，氨氧化率达90%；700~1000℃时，氨 氧化率为95％~98％；当温度高于1000℃时，一氧 化氮分解增多，氨氧化率反而下降。在650~1000℃ 范围内，温度升高，反应速率加快，氨氧化率提高。 但是温度过高，铂的损失量增大，同时对氧化炉的 材料要求也更高。因此一般常压氧化温度取 750~850℃，加压氧化温度取870~900℃为宜。
(3) 接触时间 接触时间应适当。时间太短，氨 气来不及氧化，致使氨氧化率降低；但若接触时间 太长，氨在铂网前高温区停留过久，容易被分解为 氮气，同样也会使氨氧化率降低。但最佳接触时间 一般不因压力而改变，一般接触时间在10-4s左右。
Βιβλιοθήκη Baidu
从生产稀硝酸来看，需要的是反应(1)，
其余反应需尽量设法使其不进行或很少进行。
1.1.2 氨催化氧化的工艺条件
在确定氨催化氧化工艺条件时首先应保证高的 氨氧化率（氨氧化率即指氧化生成NO的耗氨量与进 入系统总氨量的百分比率），因为硝酸成本中原料 氨所占比重很大，提高氧化率对降低氨的消耗非常 重要。其次，应有尽可能大的生产强度。
21
NH3%1001.2521 100%14.4% 1.25
研究结果表明，当氧氨比为1.25时（即氨含量 为14.4%时），氨氧化率只有80%左右，而且有发生 爆炸的危险。要提高氨氧化率可增加混合气体中氧 含量，则加入空气量增多，带入氮气也增多，使混 合气体中氨浓度下降，炉温下降，生产能力降低， 动力消耗增加。当氧氨比比值在1.7~2.0范围，氨氧 化率最高，此时混合气体中氨浓度为9.5%~11.5%。
另外，催化剂的生产强度与接触时间有关。在 其他条件一定时，铂催化剂的生产强度与接触时间 成反比，与气流速度成正比。
(4) 混合气体的组成 选择混合气体的组成时， 最主要是氨的初始含量。从提高催化剂生产强度出 发，增加氨浓度是有利的，但由于空气中氧含量的 限制，限制了氨浓度的提高。
由式(1)可知，氨氧化生成一氧化氮反应理论上 的氧氨比为1.25。采用氨和空气混合，则混合气体 中氨含量为：
△H=－907.28kJ （1） △H=－1104.9kJ （2） △H=－1269.02kJ （3）
除此之外，还有可能发生下列副反应：
2NH3=N2+3H2 2NO=N2+O2 4NH3+6NO=5N2+6H2O
△H=91.69kJ （4）
△H=-180.6kJ （5） △H=-1810.8kJ （6）
1.1.3 稀硝酸生产工艺方法
目前生产稀硝酸有十多种大同小异的工艺流程， 可因操作压力的不同而分为常压法、中压法、高压 法、综合法和双加压法五种类型。
(1) 常压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在常 压下进行。该法压力低，氨氧化率高，铂消耗低， 设备结构简单，吸收塔除可采用不锈钢外，也可采 用花岗石、耐酸砖或塑料。缺点是成品稀硝酸浓度 低，尾气中氮氧化物浓度高需经处理才能放空，吸 收容积大，占地面积大，投资大。
(2) 压力 由于氨催化氧化生成一氧化氮的反应 是不可逆的，因此改变压力不会改变一氧化氮的平 衡产率。如果要提高加压时的氨氧化率，必须同时 提高反应温度和铂网层数。同时氨催化氧化压力的 提高，还会使混合气体体积减小，增大气体处理量， 提高催化剂生产强度。此外，加压氧化比常压氧化 设备紧凑，投资费用少。
(2) 中压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在中 压（0.2~0.5MPa）下进行。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。但在中压条件下氨氧化率略低，铂损 失较高。
(3) 高压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在高 压（0.7~1.2MPa）下进行。该法较中压法吸收率更 高，吸收容积更小，能量回收率更高。但在高压条 件下氨氧化率低，氨耗高，铂耗高，且尾气中氮氧 化物浓度也高需经处理才能放空。
硝酸与硝酸铵
1、硝酸
1.1、稀硝酸 1.2、浓硝酸
2、硝酸铵
1.1.1 稀硝酸生产原理
目前工业稀硝酸的生产均以氨为原料，采用催化氧化法， 可制得45%～60%的稀硝酸。其反应变化可用下列反应式表 示：
1. 氨催化氧化的基本原理
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
2. 浓硝酸生产
❖ 一、浓硝酸生产工艺 以及生产方法 ❖ 二、浓硝酸生产工艺流程
一、浓硝酸生产工艺以及方法
（一）从稀硝酸制造浓硝酸
浓硝酸不能由稀硝酸直接蒸馏制取，因为HNO3 和H2O会形成二元共沸物。即在开始蒸馏时，硝酸溶 液沸点随着浓度的增加而升高，但到一定浓度时，沸 点却随着浓度的增加而下降。
(4) 综合法 该法氨的氧化与氮氧化物的吸收在 两个不同压力下进行，即常压氧化，中压 （0.2~0.5MPa）吸收。此法集中了常压法和中压法 的优点。氨消耗、铂消耗低于高压法，不锈钢用量 低于中压法，吸收容积则小于常压法。
(5) 双加压法 该法氨的氧化在中压条件 （0.2~0.5MPa）下进行，氮氧化物的吸收则在高压 条件（0.7~1.2MPa）下进行。采用较高的吸收压力 和较低的吸收温度，成品酸浓度一般可达60%，尾 气中氮氧化物含量低于0.02%，可直接放空。
在标准大气压下，硝酸水溶液的共沸点温度为 120.05℃，相对应的硝酸浓度为68.4%。也就是说，采 用直接蒸馏稀硝酸的方法，最高只能得到68.4%的硝 酸。
欲制取得到96%以上的浓硝酸，必须借助于脱 水剂以形成硝酸-水-脱水剂三元混合物，从而破坏 硝酸与水的共沸组成，然后蒸馏才能得到浓硝酸。
工业上常用的脱水剂有浓硫酸和碱土金属的硝 酸盐。其中以硝酸镁的使用最为普通。
此外还必须保证铂网的损失少，最大限度地提 高铂网工作时间，保证生产的高稳定性和安全等。
(1) 温度 在不同温度下，氨氧化后的产物也不 同。低温时，主要生成的是氮气；650℃时，氧化反 应速率加快，氨氧化率达90%；700~1000℃时，氨 氧化率为95％~98％；当温度高于1000℃时，一氧 化氮分解增多，氨氧化率反而下降。在650~1000℃ 范围内，温度升高，反应速率加快，氨氧化率提高。 但是温度过高，铂的损失量增大，同时对氧化炉的 材料要求也更高。因此一般常压氧化温度取 750~850℃，加压氧化温度取870~900℃为宜。