【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙第 33 頁，共 56 頁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，共 56 頁第六章 工藝計(jì)算 物料衡算當(dāng)選用 全中壓法時，由 節(jié)的表 3 可知：（1）生產(chǎn)時間：除設(shè)備檢修及放假時間，全年的生產(chǎn)時間為 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氣體混合物中氮氧化物和氧的含量而言的。同時，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型。但這對于直接法合成濃硝酸的生產(chǎn)系統(tǒng)來說，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)中最慢的一個反應(yīng)，是整個氧化過程的控制步驟。 工藝流程簡述空氣通過粗毛呢過濾器和素瓷過濾器，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)過氣液分離器；第二段將空氣通過粗毛呢做成的袋式過濾器過濾；第三段與來自氨過濾器的氨混合后一起用紙板或多孔素瓷器管制成的過濾器進(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，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，若氨的濃度超過 %，則在后工序 NO 氧化時必須補(bǔ)加二次空氣。因此實(shí)際生產(chǎn)中如何選擇一個適當(dāng)?shù)慕佑|時間，對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，CaO能吸收鉑微粒而形成淡綠色的 CaO①、機(jī)械過濾法 在廢熱鍋爐后面設(shè)置一個玻璃纖維作為過濾介質(zhì)的過濾器，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，用蒸餾水洗滌至無氯離子和溶液呈中性為止。硝酸車間禁止用乙炔焊接。能使鉑網(wǎng)中毒的物質(zhì)有：PH3：它對鉑具有強(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，而且能在長時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)平衡來達(dá)到目的，而只可能從反應(yīng)動力學(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，共 56 頁去努力。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。基本流程與全中壓法相似。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，并及時送醫(yī)院救治。氮氧化物和硝酸蒸氣低濃度時，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，共 56 頁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，共 56 頁進(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)保持著較好的增長勢頭，一季度硝酸累計(jì)產(chǎn)量為 萬噸，同比增長 %，進(jìn)口480 噸出口 1854 噸，表觀消費(fèi)量為 萬噸，同比增長 %。本設(shè)計(jì)是以我二年來的學(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）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。（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，共 56 頁年產(chǎn) 6 萬噸稀硝酸車間的工藝設(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)展前途開始先論述了生產(chǎn)稀硝酸的必要性，然后對其生產(chǎn)方法進(jìn)行簡述和論證，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 萬噸/年， 20xx 年總產(chǎn)量為 260 萬噸，我國濃硝酸產(chǎn)量 萬噸，居世界首位?？梢娤跛峁I(yè)還是很有前景的，但高價格將誘發(fā)硝酸生產(chǎn)恢復(fù)，增加供應(yīng)量，導(dǎo)致價格波動，總的看來，產(chǎn)能增長過快仍然是硝酸行業(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Ｒ灿脕龛b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，為我國硝酸工業(yè)的技術(shù)提高起到了推動作用。由于本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模是年產(chǎn) 6 萬噸稀硝酸，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，共 56 頁以本設(shè)計(jì)選用中壓法流程來生產(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?，使鉑表面變得疏松，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，鉑的活性就會降低百分之幾。此外，若氣體中夾帶潤滑油，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，共 56 頁燃燒后殘留的炭會滲入鉑中，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 個分子同時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，主要生成的是氮?dú)狻１M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，共 56 頁2NH3=N2+3H22NO=N2+O2當(dāng)接觸時間太短即氣流速度太快時，在鉑網(wǎng)上生產(chǎn)的中間產(chǎn)物羥氨（NH 2OH）來不及在鉑網(wǎng)上分解，離開鉑鋼后再分解，而生成氮。選擇 O2/NH3 比值時應(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，共 56 頁 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，則氨的著火下限自 16%降至%。氨在本設(shè)計(jì)中來自液氨，少量由鋼瓶內(nèi)的氣氨供給，他們都需要經(jīng)過過濾器除雜。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)所需時間。NO 氧化工藝過程是：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。為了解決這一問題，可將氮氧化物迅速冷卻，使其中的水蒸氣快速冷凝下來，而使 NXOY 來不及氧化，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)式可以寫成：3NO2+H2O====2HNO3+NO △H 298=○一從上式可以看出，用水吸收 NO2 時，只有 2/3NO2 轉(zhuǎn)化為 HNO3，而1/3NO2 轉(zhuǎn)化為 NO。同時，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對反應(yīng) 1,在 96%的收率時，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，共 56 頁生成的水(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