【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 33 頁(yè)，共 56 頁(yè)N2 718 20xx4 720 20xx0∑ 27916 27916注：(1)進(jìn)料中水量較小，可忽略不計(jì).(2)出口氣體中有一些二氧化氮(NO 2)，但氧化器溫度在 870 至 900℃時(shí)量較小,一般小 1%（3）總輸入量應(yīng)等于總輸出量。金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 31 頁(yè)，共 56 頁(yè)第六章 工藝計(jì)算 物料衡算當(dāng)選用 全中壓法時(shí)，由 節(jié)的表 3 可知：（1）生產(chǎn)時(shí)間：除設(shè)備檢修及放假時(shí)間，全年的生產(chǎn)時(shí)間為 300 天，即7200h；（2）氨氣的進(jìn)口濃度為：~%（V/V） ；（3）以氨計(jì)，全廠收率為 98％；（4）氧化反應(yīng)收率為 96％；（5）生產(chǎn)的硝酸濃度為 50~53%（W/W） ；（6）尾氣組成中含 ~％（V/V）的 NO。 氣體組成這主要是針對(duì)氣體混合物中氮氧化物和氧的含量而言的。同時(shí)，NO 的氧化速度也隨溫度的降低而加快。③、此法是利用制酸的逆反應(yīng)將 NO 氧化，即 2HNO3+NO=3NO2+H2O，因此幾乎可將氣相 NO 完全氧化成 NO2。常用的有淋灑熱排管式，豎立列管式和鼓泡式等幾種類(lèi)型。但這對(duì)于直接法合成濃硝酸的生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須考慮到系統(tǒng)中的水的總平衡。加入含氧氣體量的多少，應(yīng)能保證 NO的氧化速度盡可能大。與其他反應(yīng)相比，這是硝酸生產(chǎn)中最慢的一個(gè)反應(yīng)，是整個(gè)氧化過(guò)程的控制步驟。 工藝流程簡(jiǎn)述空氣通過(guò)粗毛呢過(guò)濾器和素瓷過(guò)濾器，除去機(jī)械雜質(zhì)和化學(xué)雜質(zhì)。②、濕式 先將氨水制成濃氨水，再在發(fā)生塔內(nèi)用空氣氣提氨，即使氨解吸制成氨一空氣混合氣。第一段空氣在填料塔或篩板塔內(nèi)用水洗滌，水洗后空氣經(jīng)過(guò)氣液分離器；第二段將空氣通過(guò)粗毛呢做成的袋式過(guò)濾器過(guò)濾；第三段與來(lái)自氨過(guò)濾器的氨混合后一起用紙板或多孔素瓷器管制成的過(guò)濾器進(jìn)一步除去機(jī)械雜質(zhì)。當(dāng)混合氣體中含有大量水蒸汽時(shí)，氨的爆炸界限可變得狹窄。氨空氣混合氣的壓力越高，越易爆炸。影響氣體爆炸界限的因素較多，但主要有如下幾點(diǎn)：①、爆炸前的溫度。因此，需考慮總反應(yīng)式：NH3+2O2===HNO3+H2O式中， r= O2/NH3=2，配制 r=的氨空氣混合氣，假設(shè)氨為 1mol，則氨濃度可由下式算出 [NH3]= ％=%102??氨氧化時(shí)，若氨的濃度超過(guò) %，則在后工序 NO 氧化時(shí)必須補(bǔ)加二次空氣。因此實(shí)際生產(chǎn)中如何選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)慕佑|時(shí)間，對(duì)于提高氨的氧化率是非常重要的。一般加壓氧化采用 ～ 壓力，國(guó)外有采用 。在 650～1000℃范圍內(nèi)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，氨氧化率也提高。 工藝條件的確定原料氨在硝酸生產(chǎn)成本中占有很大的比重，故在生產(chǎn)過(guò)程中必須保證氨的高氧化率（α） 。包括反應(yīng)物分子先從氣相擴(kuò)散到催化劑表面，而后在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，然后反應(yīng)物從催化劑表面擴(kuò)散到氣相中去。在 750～850℃時(shí)，CaO能吸收鉑微粒而形成淡綠色的 CaO①、機(jī)械過(guò)濾法 在廢熱鍋爐后面設(shè)置一個(gè)玻璃纖維作為過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾器，用以回收鉑，但使系統(tǒng)壓力降較大。再生方法是先將鉑網(wǎng)取出，用水沖洗雜質(zhì)和灰塵，然后在溫度 60～80℃下，用濃度為 10%～15% 鹽酸溶液浸漬 1～2h，然后取出，用蒸餾水洗滌至無(wú)氯離子和溶液呈中性為止。硝酸車(chē)間禁止用乙炔焊接。能使鉑網(wǎng)中毒的物質(zhì)有：PH3：它對(duì)鉑具有強(qiáng)烈中毒作用，屬于永久性中毒。鉑網(wǎng)的自由面積約占整個(gè)面積的50%~60%。目前最常用的鉑、銠、鈀三元合金組成為鉑 93%、銠 3%、鈀 4%。鉑系催化劑雖然價(jià)格昂貴，但因鉑催化劑或鉑合金催化劑是接觸效率最好的催化劑，而且能在長(zhǎng)時(shí)期中保持高度的活性，具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，易于再生，容易點(diǎn)燃，操作方便。欲獲得所要求的產(chǎn)物NO，不可能從熱力學(xué)去改變化學(xué)平衡來(lái)達(dá)到目的，而只可能從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 17 頁(yè)，共 56 頁(yè)去努力。采用高效設(shè)備，降低原料及能量消耗，解決尾氣中氮氧化物的污染問(wèn)題。缺點(diǎn)是流程復(fù)雜，設(shè)備制造要求高，操作控制要求嚴(yán)，管理水平要求高。 這種流程因氨氧化在常壓下進(jìn)行，可以彌補(bǔ)加壓下氨氧化率低及鉑耗高的缺點(diǎn)，而加壓吸收又彌補(bǔ)常壓吸收的不足?；玖鞒膛c全中壓法相似。根據(jù)壓力不同可分為中壓（～）與高壓（～）兩種。不慎被濃硝酸燒傷皮膚，應(yīng)立即用大量或小蘇打水清洗，并及時(shí)送醫(yī)院救治。氮氧化物和硝酸蒸氣低濃度時(shí)，引起頭痛、強(qiáng)烈咳嗽、胸悶，嚴(yán)重者出現(xiàn)肺氣腫。（4） 制造草酸以農(nóng)作物廢料如玉米蕊、甘蔗渣、谷殼、花生殼等為原料與硝酸反應(yīng)，制取草酸，硝酸與丙烯或乙烯、乙二醇作用也可制取草酸。此溶液中含有氯化亞硝酰，并放出游離氯，游離氯是一種強(qiáng)氧化劑：HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O, 這就是各種金屬包括金、鉑等之所以溶于王水中的原因所在。除金、鉑及某些其它稀有金屬外，各種金金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 10 頁(yè)，共 56 頁(yè)屬都能與稀硝酸作用生成硝酸鹽，如硝酸銀、硝酸鈉等。 硝酸的性質(zhì) 硝酸的物理性質(zhì)硝酸(nitric acid)，又名硝鏹水或氮酸。金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 9 頁(yè)，共 56 頁(yè)進(jìn)入 20xx 年，在硝酸下游消費(fèi)穩(wěn)中有增的利好因素下，行業(yè)繼續(xù)保持著較好的增長(zhǎng)勢(shì)頭，一季度硝酸累計(jì)產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) %，進(jìn)口480 噸出口 1854 噸，表觀消費(fèi)量為 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) %。本設(shè)計(jì)是以我二年來(lái)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐為依托，在指導(dǎo)老師和參考資料的幫助下完成的，盡量做到集中優(yōu)點(diǎn)、克服和改善缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)還增加了尾氣治理，針對(duì)不同的需要采用不同的治理辦法。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名: 二〇一〇年九月二十日金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 3 頁(yè)，共 56 頁(yè)年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸稀硝酸車(chē)間的工藝設(shè)計(jì) 摘要：本設(shè)計(jì)從描述硝酸的基本性質(zhì)和其發(fā)展前途開(kāi)始先論述了生產(chǎn)稀硝酸的必要性，然后對(duì)其生產(chǎn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)述和論證，最后選擇了中壓生產(chǎn)法。為了全面介紹稀硝酸工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、基本原理，本設(shè)計(jì)共分為十章。目前，世界上濃硝酸的生產(chǎn)能力約為 300 萬(wàn)噸/年， 20xx 年總產(chǎn)量為 260 萬(wàn)噸，我國(guó)濃硝酸產(chǎn)量 萬(wàn)噸，居世界首位?？梢?jiàn)硝酸工業(yè)還是很有前景的，但高價(jià)格將誘發(fā)硝酸生產(chǎn)恢復(fù)，增加供應(yīng)量，導(dǎo)致價(jià)格波動(dòng)，總的看來(lái)，產(chǎn)能增長(zhǎng)過(guò)快仍然是硝酸行業(yè)難以承受的壓力。工業(yè)硝酸依 HNO3 量多少可分為濃硝酸（96%～98% HNO3）和稀硝酸（45%～70% HNO3） 。濃硝酸具有強(qiáng)烈的硝化作用，與硫酸制成的混酸能與很多有機(jī)化合物結(jié)合成硝化物，如硝基苯、硝基萘、三硝基甲苯、硝化甘油等。硝酸銣?zhǔn)侵苽涠《┑拇呋瘎?。也用?lái)鑒別含有蛋白的物質(zhì)加羊毛,羽毛等。地面應(yīng)耐酸腐蝕。需設(shè)置堿吸收尾氣或用其他方法處理尾氣，布置不緊湊，占地面積大，基建材料及投資較多。吸收塔容積小，能量回收率高，缺點(diǎn)是生產(chǎn)強(qiáng)度仍低，氨在加壓下氧化，氧化率略低，鉑損失大，尾氣中 NOX含量略高，仍需要處理才能達(dá)標(biāo)排放。 綜合法氨氧化和氮氧化物吸收分別在兩種不同壓力下進(jìn)行，現(xiàn)有兩類(lèi)流程：一為常壓氨氧化加壓氮氧化物吸收流程；二為中壓氨氧化高壓氮氧化物吸收流程，又稱雙加壓法。我國(guó)于 1986 年在山西天脊集團(tuán)建成 2 套 920t/d 的雙加壓法生產(chǎn)裝置，形成 540Kt/a 規(guī)模，為我國(guó)硝酸工業(yè)的技術(shù)提高起到了推動(dòng)作用。由于本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模是年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸稀硝酸，而雙加壓法單機(jī)組生產(chǎn)能力大，適用于較大型硝酸裝置，所金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 15 頁(yè)，共 56 頁(yè)以本設(shè)計(jì)選用中壓法流程來(lái)生產(chǎn)稀硝酸。列于下表： 表 3 不同溫度下氨氧化或氨分解的平衡常數(shù)（P=）平 衡 常 數(shù)溫度/k 反應(yīng)式（1） 反應(yīng)式（2） 反應(yīng)式（3） 反應(yīng)式（4）300 1041 1047 1056 103500 1026 1028 1034 700 1019 1020 1025 102900 3. 810151015 1020 1021100 1011 1012 1016 1031300 1011 1010 1014 1031500 1010 109 1012 104從上表可知，在一定溫度下，幾個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)都很大，實(shí)際上可視為不可逆反應(yīng)。非鉑系催化劑的優(yōu)點(diǎn)是，比較價(jià)廉易得，新制備的非鉑系催化劑活性往往較高。鉑的合金一般是鉑和銥、鉑和銠或鉑和鈀的合金，由含 5%～7%的銠的鉑銠合金的特點(diǎn)是活性高、機(jī)械強(qiáng)度大、鉑損失減小。工業(yè)上要求催化劑單位重量的接觸表面積應(yīng)盡可能大，而鉑合金具有較好的延展性和機(jī)械強(qiáng)度，因而工業(yè)上利用這一特性，都將其拉成細(xì)絲織成網(wǎng)狀?；罨话阌脷溲婧婵荆广K表面變得疏松，粗糙而失去光澤，從而增大其反應(yīng)接觸表面，提高活性。若氣體中含 1% H2S 時(shí)，鉑的活性就會(huì)降低百分之幾。此外，若氣體中夾帶潤(rùn)滑油，油金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 19 頁(yè)，共 56 頁(yè)燃燒后殘留的炭會(huì)滲入鉑中，也能降低催化劑活性。在常壓下，氨氧化溫度通常取 800℃左右，加壓下取 880℃左右。鉑的回收率與捕集網(wǎng)數(shù)、氨氧化的操作壓力和生產(chǎn)負(fù)荷有關(guān)。事實(shí)上 9 個(gè)分子同時(shí)碰撞在一起的概率是極小的。2. 在鉑催化劑表面靠范德華力吸附 而形成第一層吸附層后，剩余的范2O德華力仍再可吸附氨分子以形成第二層吸附層。低溫時(shí)，主要生成的是氮?dú)?。盡管加壓可導(dǎo)致氨氧化率降低，但由于反應(yīng)速度的提高可使催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度增大。金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 22 頁(yè)，共 56 頁(yè)2NH3=N2+3H22NO=N2+O2當(dāng)接觸時(shí)間太短即氣流速度太快時(shí)，在鉑網(wǎng)上生產(chǎn)的中間產(chǎn)物羥氨（NH 2OH）來(lái)不及在鉑網(wǎng)上分解，離開(kāi)鉑鋼后再分解，而生成氮。選擇 O2/NH3 比值時(shí)應(yīng)全面考慮。金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 23 頁(yè)，共 56 頁(yè) 爆炸及其防止根據(jù)氣體的爆炸理論，任何爆炸氣體都存在著與爆炸界限所相應(yīng)的爆炸濃度。③、氧含量。例如，當(dāng)氨一空氣混合物中含有 %H2 時(shí)，則氨的著火下限自 16%降至%。氨在本設(shè)計(jì)中來(lái)自液氨，少量由鋼瓶?jī)?nèi)的氣氨供給，他們都需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾器除雜。配制混合氣體的方法有干式和濕式兩種。氨氧化是強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，從氧化爐出來(lái)的氣體溫度約 800℃，而后繼工序 NO 的氧化以及 NO2 的吸收都要求在低溫下進(jìn)行，因而必須設(shè)法將反應(yīng)熱加以回收。式（2）和（3）的反應(yīng)速度較快，NO 和 NO2 生成 N2O3 的速度 內(nèi)便可達(dá)到平衡。所以增加氣體中 NO 的濃度，可以大大加快反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)所需時(shí)間。NO 氧化工藝過(guò)程是：將氨氧化所得的高溫氮氧化物，先經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量后，一般氣體溫度可降至 200℃左右。為了解決這一問(wèn)題，可將氮氧化物迅速冷卻，使其中的水蒸氣快速冷凝下來(lái)，而使 NXOY 來(lái)不及氧化，借以盡可能減少氣相氨氧化物損失。濕法氧化是將氣體通入一塔內(nèi)，塔中用較濃的硝酸噴淋。因此，在一般工業(yè)條件下，HNO 2 會(huì)很快按下式進(jìn)行分解：3HNO2====HNO3+2NO+H2O △H 298=○一因而，用水吸收氮氧化物總反應(yīng)式可以寫(xiě)成：3NO2+H2O====2HNO3+NO △H 298=○一從上式可以看出，用水吸收 NO2 時(shí)，只有 2/3NO2 轉(zhuǎn)化為 HNO3，而1/3NO2 轉(zhuǎn)化為 NO。同時(shí)，加壓可以大大減少吸收窖，從而可降低設(shè)備所需不銹鋼的費(fèi)用。通常是控制吸收后尾氣中氧濃度在 3%～5%左右。=452435kJ/kmol對(duì)反應(yīng) 1,在 96%的收率時(shí)，生成的一氧化氮(NO)=100=96kmol所需的氧 (O2) = 96 =120 kmol45NH3空氣 氧化器物料衡算 圖 1汽 化 反 應(yīng) 器 （ 氧化 ）空 氣 234廢 熱 鍋 爐 56897102吸 收 塔二 次 空 氣 尾 氣 水加壓下氨氧化生產(chǎn)硝酸的過(guò)程 金源公司化工工藝學(xué)習(xí)班 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 32 頁(yè)，共 56 頁(yè)生成的水(H 2O) = 96 =144 kmol3其余 4%的氨(NH 3)反應(yīng)生成氮(N 2)，生產(chǎn) 1mol 氮（N2）需氧（O 2）為3/2mol，由反應(yīng)式 2,得：生成氮= =2 kmol24所需氧=4 =3 kmol3生成水=4 =6 kmol因此