年产万吨稀硝酸车间的工艺设计方案

PAGEPAGE3年产27万吨稀硝酸车间的工艺设计目录1TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc320344457"前言1HYPERLINK\l"_Toc320344458"2总论2HYPERLINK\l"_Toc320344459"2.1硝酸产业的表面及生长趋势2HYPERLINK\l"_Toc320344460"外洋硝酸产业的现状及生长趋势2HYPERLINK\l"_Toc320344461"2.1.2国内硝酸产业的现状及生长趋势2HYPERLINK\l"_Toc320344462"2.2硝酸的性质3HYPERLINK\l"_Toc320344463"硝酸的物理性质3HYPERLINK\l"_Toc320344464"硝酸的化学性质4HYPERLINK\l"_Toc320344465"2.3硝酸的用途4HYPERLINK\l"_Toc320344466"2.4硝酸的毒性、宁静和贮运5HYPERLINK\l"_Toc320344467"3稀硝酸生产 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 综述6HYPERLINK\l"_Toc320344468"3.1种种生产要领综述6HYPERLINK\l"_Toc320344469"3.1.1常压法6HYPERLINK\l"_Toc320344470"加压法6HYPERLINK\l"_Toc320344471"综正当7HYPERLINK\l"_Toc320344472"3.2稀硝酸生产流程简直定8HYPERLINK\l"_Toc320344473"3.3稀硝酸生产的主要原理9HYPERLINK\l"_Toc320344474"4氨的打仗氧化11HYPERLINK\l"_Toc320344475"4.1氨的打仗氧化原理PAGEREF_Toc320344475\h11HYPERLINK\l"_Toc320344476"4.2催化剂的选择PAGEREF_Toc320344476\h12HYPERLINK\l"_Toc320344477"4.3铂系催化剂PAGEREF_Toc320344477\h12HYPERLINK\l"_Toc320344478"化学组成PAGEREF_Toc320344478\h12HYPERLINK\l"_Toc320344479"物理性状PAGEREF_Toc320344479\h13HYPERLINK\l"_Toc320344480"铂网的活化、中毒及再生PAGEREF_Toc320344480\h13HYPERLINK\l"_Toc320344481"4.4氨催化氧化的反响动力学PAGEREF_Toc320344481\h14HYPERLINK\l"_Toc320344482"4.5工艺条件简直定PAGEREF_Toc320344482\h15HYPERLINK\l"_Toc320344483"4.6殽杂气组成PAGEREF_Toc320344483\h16HYPERLINK\l"_Toc320344484"4.7爆炸及其防备17HYPERLINK\l"_Toc320344485"4.8氨打仗氧化工艺流程18HYPERLINK\l"_Toc320344486"空气和氨的净化18HYPERLINK\l"_Toc320344487"殽杂气体的配制19HYPERLINK\l"_Toc320344488"反响热的利用19HYPERLINK\l"_Toc320344489"工艺流程简述19HYPERLINK\l"_Toc320344490"5一氧化氮的氧化PAGEREF_Toc320344490\h22HYPERLINK\l"_Toc320344491"5.1一氧化氮氧化机理PAGEREF_Toc320344491\h22HYPERLINK\l"_Toc320344492"5.2氧化反响的影响因素PAGEREF_Toc320344492\h22HYPERLINK\l"_Toc320344493"5.3一氧化氮氧化的工艺流程PAGEREF_Toc320344493\h23HYPERLINK\l"_Toc320344494"6氮氧化物的吸收PAGEREF_Toc320344494\h24HYPERLINK\l"_Toc320344495"6.1氮氧化物吸收机理PAGEREF_Toc320344495\h24HYPERLINK\l"_Toc320344496"6.2工艺条件简直定PAGEREF_Toc320344496\h24HYPERLINK\l"_Toc320344497"吸收温度PAGEREF_Toc320344497\h24HYPERLINK\l"_Toc320344498"操纵压力PAGEREF_Toc320344498\h25HYPERLINK\l"_Toc320344499"气体组成PAGEREF_Toc320344499\h25HYPERLINK\l"_Toc320344500"6.3吸收工艺流程PAGEREF_Toc320344500\h25HYPERLINK\l"_Toc320344501"7工艺盘算27HYPERLINK\l"_Toc320344502"7.1物料衡算27HYPERLINK\l"_Toc320344503"反响器（氧化）27HYPERLINK\l"_Toc320344504"废热锅炉（WHB）和冷却-冷凝器28HYPERLINK\l"_Toc320344505"吸收塔31HYPERLINK\l"_Toc320344506"生成的酸PAGEREF_Toc320344506\h34HYPERLINK\l"_Toc320344507"总收率PAGEREF_Toc320344507\h34HYPERLINK\l"_Toc320344508"放大至所需生产的速率PAGEREF_Toc320344508\h35HYPERLINK\l"_Toc320344509"7.2能量衡算PAGEREF_Toc320344509\h35HYPERLINK\l"_Toc320344510"压缩机（透平机）PAGEREF_Toc320344510\h35HYPERLINK\l"_Toc320344511"氨气化37HYPERLINK\l"_Toc320344512"氧化器37HYPERLINK\l"_Toc320344513"8主要设备的工艺盘算和选型PAGEREF_Toc320344513\h40HYPERLINK\l"_Toc320344514"8.1氨氧化炉PAGEREF_Toc320344514\h40HYPERLINK\l"_Toc320344515"设备简介PAGEREF_Toc320344515\h40HYPERLINK\l"_Toc320344516"工艺盘算及选型PAGEREF_Toc320344516\h40HYPERLINK\l"_Toc320344517"8.2酸吸收塔PAGEREF_Toc320344517\h42HYPERLINK\l"_Toc320344518"8.3其他设备选型PAGEREF_Toc320344518\h43HYPERLINK\l"_Toc320344519"尾气透平膨胀机：向心式膨胀器P320—35/11—11PAGEREF_Toc320344519\h43HYPERLINK\l"_Toc320344520"离心式压缩机：DA—1000—51PAGEREF_Toc320344520\h43HYPERLINK\l"_Toc320344521"9车间设备摆设PAGEREF_Toc320344521\h44HYPERLINK\l"_Toc320344522"10硝酸尾气的处理惩罚PAGEREF_Toc320344522\h45HYPERLINK\l"_Toc320344523"10.1溶液吸收法PAGEREF_Toc320344523\h45HYPERLINK\l"_Toc320344524"碱液吸收PAGEREF_Toc320344524\h45HYPERLINK\l"_Toc320344525"亚硫酸溶液吸收法PAGEREF_Toc320344525\h46HYPERLINK\l"_Toc320344526"延长吸收法PAGEREF_Toc320344526\h46HYPERLINK\l"_Toc320344527"用稀硝酸加钒盐吸收法PAGEREF_Toc320344527\h46HYPERLINK\l"_Toc320344528"硝酸吸收法PAGEREF_Toc320344528\h46HYPERLINK\l"_Toc320344529"10.2固体物质吸收或吸附法47HYPERLINK\l"_Toc320344530"固体物质吸收法47HYPERLINK\l"_Toc320344531"固体吸附法47HYPERLINK\l"_Toc320344532"10.3催化还原法47HYPERLINK\l"_Toc320344533"11结论49HYPERLINK\l"_Toc320344534"附图PAGEREF_Toc320344534\h51HYPERLINK\l"_Toc320344535"参考文献PAGEREF_Toc320344535\h52HYPERLINK\l"_Toc320344536"致谢PAGEREF_Toc320344536\h54PAGE25年产27万吨稀硝酸车间的工艺设计前言经过两年的学习和在车间的生产实践，我深刻理解了化工设计的真谛，本着理论与实际相结合的原则，在结业之即专门选择了以硝酸生产为 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 材的结业设计。此次结业设计的训练，进一步牢固加深了所学的底子理论、根本技能和专业知识，使之系统化、综合化，对我以后的事情和生活起到了不可估计的作用。本设计是凭据系下达的结业设计任务书进行编写的， 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 是年产27万吨稀硝酸车间的工艺设计。为了全面介绍稀硝酸工艺历程设计的根本内容、根本原理，本设计共分为十章。第二章概述了硝酸的现状和趋势、硝酸的物理化学性质、用途和生产生长等；第三章较详细地论述了稀硝酸的三种生产要领和本设计生产流程简直定；第四章、第五章、第六章重点论述了稀硝酸生产中各个环节的工艺流程及其工艺选择的原理，并在本设计结尾附有该工艺流程的CAD图；第七章进行了物料和能量的工艺盘算；第八章简单介绍了主要设备的选型，并在本设计结尾附有氧化炉设计图；第九章介绍了车间的摆设的根本要求和原则，并在本设计背面附有稀硝酸车间摆设图；第十章介绍了目前处理惩罚硝酸尾气的种种要领，并对这些要领做了公道化选择；第十一章对本设计进行了全面的总结和讨论。最后附有参考文献。本设计是以我两年来的学习和实践为依托，在指导老师和参考资料的资助下完成的，尽管做到会合优点、克服和改进缺点。但由于本人水平有限，设计中有错误和不当之处总是在所难免，恳切希望读者多赐与批评指正。2总论2.1硝酸产业的表面及生长趋势[1]目前各国硝酸产业的生长趋势是随着合成氨和硝酸磷肥的生产装置大型化而采取大机组、大装置，公道提高系统压力，提高产物浓度，低落原质料及能量的消耗，低落尾气排放浓度，以淘汰对大气的污染。硝酸产业形成了如下的趋势：（1）、生产范围大型化，目前最大装置为2000t/d；（2）、装置高压化；（3）、产物多样化，可生产浓、稀两种产物；（4）、尾气排放达标，目前大型装置上，特别是双加压装置已实现了150×10-6的指标；（5）、催化剂不绝改进；（6）、能量采取公道化；（7）、总体技能提升。由于稀硝酸是半制品，其主要用途是用于制造浓硝酸、硝酸铵等，在此，借浓硝酸在外洋的生产情况来反应稀硝酸在外洋的生产现状。目前，世界上浓硝酸的生产能力约为300万吨/年，2000年总产量为260万吨，我国浓硝酸产量82.48万吨，居世界首位。世界浓硝酸的装置能力如下：表1世界浓硝酸装置能力及产量国别装置能力（万吨/年）开工率（%）美国32.5100加拿大30.7590墨西哥17.466西欧82.085日本24.4580中国9092总计300国内硝酸产业的现状及生长趋势从近几年硝酸行业生长来看，在国内硝酸盐行业超通例生长冶金和医药等下游需求快速增长的推动下，我国硝酸行业的生长步调大大加快。2006年全国硝酸产量到达了181.78万吨，同比增长了12.6%，增速同比下降了11.4个百分点，但依然实现较快增长，当年进口量3.12万吨，出口量1.2万吨，观消费量为183.7万吨，同比增长14.3%，表明下游需求旺盛。进入2007年，在硝酸下游消费稳中有增的利好因素下，行业继承保持着较好的增长势头，一季度硝酸累计产量为47.54万吨，同比增长14.35%，进口480吨出口1854吨，表观消费量为47.4万吨，同比增长14.78%。从我国硝酸产业的生长趋势来看，2006年产能的过快增长已经使得影响行业康健生长的倒霉因素凸显。2006年上半年，浓硝酸企业外购的合成氨、原料煤、电力、铁路运价及种种帮助质料代价的大幅度上涨，加之因铁路提速而大增的自备槽车改革和宁静评估用度，使浓硝酸的生产本钱大幅度上升。而同时浓硝酸市场代价跳水，行业利润暴跌，许多企业被迫减产甚至停产，市场供给量大幅度颠簸，代价跌荡不稳。2007年以来，由于市场需求较旺，硝酸代价止跌回稳，5月以来强势上行，其中华东市场浓硝酸（98%）代价从4月底2300/吨上升至5月上旬的2350元/吨。可见硝酸产业照旧很有前景的，但高代价将诱发硝酸生产规复，增加供给量，导致代价颠簸，总的看来，产能增长过快仍然是硝酸行业难以蒙受的压力。同时人们越来越重视情况掩护。因此本设计将从节能、提高氨利用率、低落铂耗、提高制品酸、低落尾气排放等方面来低落本钱从而提高产业生产的利润。2.2硝酸的性质[2]硝酸(nitricacid)，又名硝镪水或氮酸。纯硝酸（100%HNO3）为无色透明，具有窒息性与刺激性的液体，相对密度1.522，沸点83.4０C，熔点-41.5０C。硝酸腐化性很强,属一级无机酸性腐化品，能灼伤皮肤,也能损害粘膜与呼吸道，与卵白质打仗生成鲜明的黄卵白酸黄色物质。在-41℃时，呈白色雪状晶体，不稳定，在常温下剖析出红棕色的二氧化氮,光和热能促其剖析更快,溶于水,可以任何比例殽杂,溶解时放热。68.4%硝酸为恒沸殽杂物,具有最高沸点121.9℃,溶点-42℃(75%HNO3)。产业硝酸依HNO3量多少可分为浓硝酸（96%～98%HNO3）和稀硝酸（45%～70%HNO3）。纯硝酸是无色透明的发烟液体,一般商品都带且有微黄色有刺激性气味。[3]硝酸是强酸之一，氧化性很强。除金、铂及某些其它稀有金属外，种种金属都能与稀硝酸作用生成硝酸盐，如硝酸银、硝酸钠等。硝酸能使铁、铝、铬、钙等钝化而不致继承侵蚀。非金属硫、磷、硼能被硝酸氧化成相应的酸，碳则被氧化成CO2。硝酸还能够使有机物氧化和硝化。硝酸作为氮的最高价(+5)水化物，具有很强的酸性，一般情况下认为硝酸的水溶液是完全电离的。浓硝酸具有强烈的硝化作用，与硫酸制成的混酸能与许多有机化合物结合成硝化物，如硝基苯、硝基萘、三硝基甲苯、硝化甘油等。浓硝酸照旧强氧化剂，除金、铂、铑、铱外，可将所有金属氧化。将浓硝酸按1:3的比例与盐酸殽杂，其殽杂液称为王水。此溶液中含有氯化亚硝酰，并放出游离氯，游离氯是一种强氧化剂：HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O,这就是种种金属包罗金、铂等之所以溶于王水中的原因所在。2.3硝酸的用途[5]硝酸是根本化学产业重要的产物之一，产量在种种酸中仅次于硫酸。其用途如下：制造化肥：硝酸大部分用于生产硝酸铵和硝酸磷肥。制造硝酸盐：硝酸可用于制造金属硝酸盐，如：硝酸钠、硝酸镁、硝酸锂、硝酸铷等。硝酸锂熔点264℃，剖析温度为600℃，用于热互换载体。硝酸铷是制备丁二烯的催化剂。有机合成原料：浓硝酸可将苯、蒽、萘和其他芳香族化合物硝化制取有机原料。如硝酸和硫酸的混酸（产业上常用由30%与苯反响，生成硝基苯，再加氢生成苯胺，它是合成染料、医药、农药的中间体。制造草酸以农作物废物如玉米蕊、甘蔗渣、谷壳、花生壳等为原料与硝酸反响，制取草酸，硝酸与丙烯或乙烯、乙二醇作用也可制取草酸。军火产业硝酸除用于制造TNT炸药，还用它精制提取核原料。钚是重要的核燃料，在精制历程中，先将钚转化成Pu(NO3)4溶液，再萃取疏散。合成香料硝酸与二甲苯反响制得二甲苯麝香气味，遍及用于调配扮装品、皂用及室内用香料。别的,硝酸还用于化学试剂及有色金属酸洗涤。也用来辨别含有卵白的物质加羊毛,羽毛等。2.4硝酸的毒性、宁静和贮运[5]动物组织和植物组织受到硝酸的作用即被破坏。硝酸落到皮肤上，皮肤即被染成黄色并烧坏，溅入眼睛尤其危险。氮氧化物和硝酸蒸气低浓度时，引起头痛、强烈咳嗽、胸闷，严重者出现肺气肿。因此，事情场合空气中的NO2允许浓度，中国和原苏联规定为0.085mg/m3，美国为0.1mg/m3，德国为0.08mg/m3。尽管硝酸不燃烧，但它是强氧化剂，与金属粉末、有机物质等产生反响后，有引起燃烧或爆炸的危险。工场为了保持硝酸生产的连续进行并随时向外提供商品酸，在厂区需设室内或半露天式酸库，以防烈日暴晒。宜单层修建，不宜设地下室。地面应耐酸腐化。电气设备、电线等应有耐酸防腐步伐。稀硝酸的容器为铝质的，输送浓硝酸采取装有铝罐的槽车。不慎被浓硝酸烧伤皮肤，应立即用大量或小苏打水清洗，并实时送医院救治。3稀硝酸生产流程综述3.1种种生产要领综述生产稀硝酸的要领主要有三中常压法、加压法和综正当，它们都各有各的优缺点，本节将从经济和环保两大方面来论述个要领，并凭据系下达的任务书选择适合本设计的要领。氨的氧化与氮氧化物的吸收均在常压下进行，使用的设备材质有花岗岩、PVC塑料及不锈钢。吸收工艺有多塔流程和单塔流程。早期硝酸生产多采取这种要领，该工艺流程的特点为系统压力低，设备结构简单，工艺操纵稳定，氨氧化率高，铂耗较低。但吸收比容积大(20～25m3),酸吸收率较低(仅为92%左右)。为淘汰对大气的污染并提高氨利用率，需附有碱吸收NOX尾气装置并副产硝盐，即便如此尾气中NOX浓度仍很高，不切合目前日益严格的情况要求。加上设备相对台数较多，设备体积大，装置占地面积多，投资大，制品酸浓度低等因素，国度经贸委已明文规定禁止采取此种流程新建硝酸装置。氨氧化和氮氧化物吸收均在加压下进行。凭据压力差别可分为中压（0.3～0.6MPa）与高压（0.7～1.5MPa）两种。（1）、全中压法氨的氧化和氮氧化物的吸收均在0.35～0.6MPa压力下进行。这种流程始于20世纪30年代。20世纪70年代以后采取该类要领的生产企业有兴平、乌拉山、大庆、川化、黑化、开化等。此法的特点是设备较为紧凑，生产强度有所提高，不需要特种钢材的NOX压缩机，流程比常压氧化加压吸收法简单，基建投资及特种钢材用量较少，因吸收压力高，其NO2吸收率高，制品酸浓度高。吸收塔容积小，能量采取率高，缺点是生产强度仍低，氨在加压下氧化，氧化率略低，铂损失大，尾气中NOX含量略高，仍需要处理惩罚才华达标排放。由于原料本钱的低落，氨氧化操纵工艺的改造，大型压缩机组的配套，目前这种流程无论在数量和产量上都占一定比例。（2）、高压法氨氧化和NOX吸收均在0.71～1.2MPa的压力下进行。根本流程与全中压法相似。此法的特点是全历程压力均由空气压缩机供给，不需特种钢材的NOX压缩机，流程简单，设备摆设紧凑，基建投资少，特种钢材用量少，生产强度大，吸收率高，产物浓度高，能量采取率高。缺点是氨氧化率低，氨耗高，铂催扮装填量大，使用周期短，损耗亦大，尾气中NOX含量高，使得尾气处理惩罚用度高。生产本钱较高。针对我国目前原质料代价较高和环保要求较严的现状，高压法投资省的优势已丧失。氨氧化和氮氧化物吸收分别在两种差别压力下进行，现有两类流程：一为常压氨氧化-加压氮氧化物吸收流程；二为中压氨氧化-高压氮氧化物吸收流程，又称双加压法。（1）常压氧化-加压吸收流程20世纪50年代国际上已拥有这种流程技能。该流程中的氨的氧化在常压下进行，氮氧化物的吸收在加压（0.3～0.35MPa）下进行。这种流程因氨氧化在常压下进行，可以弥补加压下氨氧化率低及铂耗高的缺点，而加压吸收又弥补常压吸收的不敷。其特点是氨氧化率高，铂耗低，吸收系统由于压力提高，吸收容积相对缩小，吸收率高，占地面积、基建投资、特种钢材用量均较常压淘汰，适合于范围不大的工场选择。其缺点是生产强度低，基建投资比大，酸浓度低，尾气中NOX高，需进行再处理惩罚，流程较庞大。由于这种装置存在氨耗高，电耗高和尾气排放浓度高等问题，生产要领落后，凭据国度经贸委的“工商投资领域制止重复建立目录（第一批）”，该法已被列入其中，属自1999年8月9日宣布日起不许再建立的项目。（2）双加压法此法氨的氧化采取中压（0.35～0.6MPa）,NOX的吸收采取高压（1.0～1.5MPa）。我国于1986年在山西天脊团体建成2套920t/d的双加压法生产装置，形成540Kt/a范围，为我国硝酸产业的技能提高起到了推行动用。此法吸收全中压法和高压法的优点，并可采取比全高压法更高的吸收压力，对工艺历程更为适用。使氨的损耗与铂催化剂的损耗较少，吸收率高，吸收系统采取高压，容积淘汰，酸浓度高，生产强度大，经济技能指标最优化，生产本钱低，尾气中NOX含量低，是彻底的清洁技能，切合国际上的排放要求，基建投资适度，能量采取综合利用公道，是最具生长的流程。缺点是流程庞大，设备制造要求高，操纵控制要求严，治理水平要求高。权衡一种工艺流程优劣的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，主要是技能经济指标和设备的投资。而氨氧化法生产稀硝酸的技能经济指标主要包罗氨耗、铂耗、电耗和冷却水消耗等。表2三种稀硝酸生产工艺的主要技能经济指标生产要领常压法加压法综正当项目常压法中压法高压法常压氧化-加压吸收双加压法氧化压力/MPa（绝）0.11～0.220.450.8～0.90.100.45吸收压力/MPa（绝）0.098～0.1800.400.7～0.80.351.1氨氧化率%96～9796～9596～9796酸吸收率%85～9298～9796～99.7制品酸度%40～4550～5353～5543～4558～60尾气NOX浓度（×10-3）5～101.0～1.52.0～2.52.5﹤0.2吨酸总氨耗/t0.308～0.3300.293～0.3040.290～0.283吨酸铂耗/g0.06～0.10.18～0.20.06～0.13.2稀硝酸生产流程简直定尽管稀硝酸生产流程许多，但权衡一个流程的优劣应凭据实际条件的差别，如生产范围，制品酸浓度要求，氨原料本钱及公用工程用度等，采取差别流程。通过上节的比力，可知全中压法与双加压法较优。由于本设计的生产范围是年产27万吨稀硝酸，而双加压法单机组生产能力大，适用于较大型硝酸装置，所以本设计选用压法流程来生产稀硝酸。其工艺流程方块图见下图：稀硝酸生产工艺流程图3.3稀硝酸生产的主要原理氨打仗氧化法制硝酸的总反响式为:NH3+2O2===HNO3+H2O，反响可分三步进行：氨的打仗氧化历程：在催化剂的作用下，将氨氧化为一氧化氮，其反响式为:4NH3+5O2====4NO+6H2O（1）一氧化氮氧化历程：将前一历程中生成的NO进一步氧化成NO2，其反响式为：2NO+O2====2NO2（2）氮氧化物的吸收历程：用水吸收二氧化氮，从而得到产物硝酸，其反响式为：3NO2+H2O====2HNO3+NO（3）用此工艺可生产浓度为45%～60%的稀硝酸。60年代后，硝酸生产的技能特点是，采取大型化组，适当的提高操纵压力。采取高效设备，低落原料及能量消耗，解决尾气中氮氧化物的污染问题。4氨的打仗氧化4.1氨的打仗氧化原理[12，13]由于催化剂和反响条件差别，氨与氧相互作用可生成差别的产物4NH3+5O2====4NO+6H2O△H=-907.28KJ/mol(1)4NH3+4O2====2N2O+6H2O△H=-1104.9KJ/mol(2)4NH3+3O2====2N2+6H2O△H=-1269.02KJ/mol(3)以上均为强烈放热反响。除此之外，还可能产生下列副反响：2NH3====N2+3H2△H=91.69KJ/mol(4)2NO====N2+O2△H=-180.6KJ/mol(5)4NH3+6NO====5N2+6H2O△H=-1810.8KJ/mol(6)由于一氧化氮是生产硝酸的中间物，因而希望反响能按式（1）进行，其余反响则设法使之不进行的水平很小。为此，首先要研究这些反响的特点，即讨论在什么条件下才有利于一氧化氮的生成。凭据实验测定差别温度下反响式（1）～式（4）的平衡常数。列于下表：表3差别温度下氨氧化或氨剖析的平衡常数（P=0.1MPa）平衡常数温度/k反响式（1）反响式（2）反响式（3）反响式（4）3006.4×10417.3×10477.3×10561.7×10-35001.1×10264.4×10287.1×10343.37002.1×10192.7×10202.6×10251.1×1029003.8×10157.4×10151.5×10208.5×10211003.4×10119.1×10126.7×10163.2×10313001.5×10118.9×10103.2×10148.1×10315002.0×10103.0×1096.2×10121.6×104从上表可知，在一定温度下，几个反响的平衡常数都很大，实际上可视为不可逆反响。比力各反响的平衡常数，以式（3）最大。如果对反响不加任何控制而任其自然进行，氨和氧的最终反响产物一定是氮气。欲得到所要求的产物NO，不可能从热力学去改变革学平衡来到达目的，而只可能从反响动力学方面去努力。即要寻求一种选择性催化剂，加快反响式（1），同时抑制其他反响进行。4.2催化剂的选择通过大量催化剂筛选实验，至今可供产业使用的选择性良好的催化剂归纳起来有两大类。一类是以金属铂为主体的铂系催化剂。另一类是以其它金属为主体的催化剂，如铁铋催化剂、钴铝催化剂等，通称为非铂系催化剂。非铂系催化剂的优点是，比力价廉易得，新制备的非铂系催化剂活性往往较高。其缺点是活性容易低落，活性温度范畴较窄，且氨氧化率低，仅为80%～87%。用过的催化剂不容易点着，由催化剂节省的用度并不能补偿由于原料氨耗增大所产生的用度，因而非铂系催化剂未能在产业上大范围应用。铂系催化剂虽然代价昂贵，但因铂催化剂或铂合金催化剂是打仗效率最好的催化剂，并且能在长时期中保持高度的活性，具有足够的化学稳定性和机器强度，易于再生，容易点燃，操纵方便。因此，国内外用氨打仗氧化法制造硝酸均用铂及铂合金催化剂。通过上述比力，本设计选用铂系催化剂。4.3铂系催化剂[14]以纯铂作为氨氧化催化剂，在温度为800～900℃的操纵条件下，纯铂催化剂活性并不高，且在强大气流连续打击下铂外貌变得松弛不平，铂外貌疏松的铂微粒易被气流带走。但铂的合金性能很好，即具有高的机器强度，并且活性比纯铂还高。铂的合金一般是铂和铱、铂和铑或铂和钯的合金，由含5%～7%的铑的铂铑合金的特点是活性高、机器强度大、铂损失减小。但铑比铂昂贵的多，因此有时采取铂铑钯三元合金。由于钯的参加可淘汰铑的用量。目前最常用的铂、铑、钯三元合金组成为铂93%、铑3%、钯4%。也有采取铂铱合金者，如铂99%、铱1%，其活性也很高。铂系催化剂中如果含有少量杂质如铜、铝、银，尤其是铁，都市使氨的打仗氧化率低落。因此，用来制造铂系催化剂的铂必须非常纯净。物理性状铂催化剂通常不消载体，以利于铂的采取；并且载体容易破裂，外露的载体会促使氨剖析，低落氨氧化率。产业上要求催化剂单位重量的打仗外貌积应尽可能大，而铂合金具有较好的延展性和机器强度，因而产业上利用这一特性，都将其拉成细丝织成网状。由于铂的导热性好，开工时一经点火即能投入生产，因而铂网也便于再生和采取，还可使氧化炉的结构简化。通常所用的铂丝直径为0.045~0.09mm。铂网的自由面积约占整个面积的50%~60%。现今铂网尺寸已范例化，常见的铂网直径规格有1.1、1.6、2、2.4、2.8、3.0m的。（1）、活化新的铂网外貌平滑且有弹性，使用时不能立即得到高的NO得率，需经一段活化时间才华提高。一般开车时，新铂网需要烤10-15分钟，旧铂网需要烤2-3分钟。（2）、中毒铂网对杂质敏感，易中毒。能使铂网中毒的物质有：PH3：它对铂具有强烈中毒作用，属于永久性中毒。气体中含0.00002%PH3时，氨氧化率可降至80%。当含量为0.02%时，氧化率会降至3.9%。铂网永久中毒不能再生。H2S：当气体中含H2S浓度很小时，会使铂网暂时中毒。若气体中含1%H2S时，铂的活性就会低落百分之几。C2H2：乙炔能使铂网暂时中毒。乙炔自身能燃烧，使铂网温度升高，会使氧化率降至65%-70%。硝酸车间禁止用乙炔焊接。苛性碱对铂网亦有迫害作用，并能腐化铂网。水蒸气虽对铂网无毒，但会低落铂网温度。空气中含有的尘土（主要是种种金属氧化物）和氨气中可能带来铁粉等机器杂质。遮盖在铂网外貌，会造成暂时中毒。别的，若气体中夹带润滑油，油燃烧后残留的炭会渗入铂中，也能低落催化剂活性。（3）、再生为了防备铂催化剂中毒，必须先将原料气严格净化。纵然如此，随着事情时间增长，铂网仍会逐渐中毒，故一般使用3～6个月后，就应将它进行再生处理惩罚，以撤除毒物和污垢。再生要领是先将铂网取出，用水冲洗杂质和尘土，然后在温度60～80℃下，用浓度为10%～15%盐酸溶液浸渍1～2h，然后取出，用蒸馏水洗涤至无氯离子和溶液呈中性为止。干燥后再用氢焰灼烧，尔后活化，活化时间可比新网短些。如此，活性即可规复正常。4.4氨催化氧化的反响动力学[15]氨氧化生产NO的反响，需有4个分子氨与5个分子氧碰撞一起才华生成NO。事实上9个分子同时碰撞在一起的概率是极小的。所以，该式只不外是反应参加反响的反响物之间的一种量化干系，并不代表真实的反响机理。氨氧化生成NO的反响机理遵循一般气固催化反响的根本规律。包罗反响物分子先从气相扩散到催化剂外貌，尔后在催化剂外貌进行反响，然后反响物从催化剂外貌扩散到气相中去。曾有人认为，在铂网外貌上氨的氧化，按下图所示机理进行。ONHoooooHHHNNHHHoooooHHHNNH催化剂铂催化剂表面生成NO的图解从氨氧化的反响理论来说，预使这个反响得以进行，首先应使以强大共价键相结合的氧分子(键能为498KJ/mol)能够解离出氧原子。但是纵然在200℃，其解离度仍不到1%。产业上，利用铂外貌活性中心具有能首先吸附氧分子的强大吸附力，从而大大削弱了氧分子的键能，低落了该反响活化能的能峰，为反响创造了首要的良好条件。在铂催化剂外貌靠范德华力吸附而形成第一层吸附层后，剩余的范德华力仍再可吸附氨分子以形成第二层吸附层。吸附在催化剂外貌的氧原子与被吸附的分子中的三个氢分别结合，通太过子重排生产NO和水蒸气的吸附力较弱，两者则从催化剂外貌脱附（解吸）出来，向气相进行扩散。研究认为，在上述各阶段中，以氨分子至铂网外貌的扩散速度最慢的一步，因而整个反响速度是受外扩散所控制。4.5工艺条件简直定原料氨在硝酸生产本钱中占有很大的比重，故在生产历程中必须包管氨的高氧化率（α）。按现今技能水平，常压下α可达97%～98.5%，在加压氧化下可达96%~97%。其次，应有尽可能大的生产强度；在生产条件下的铂耗为最小；最大限度的包管铂网有效事情时间，以到达稳产、高产、宁静生产的目的。以下讨论氨氧化的一些主要工艺条件温度、压力和打仗时间对反响的影响。温度在差别温度下，氨氧化后的反响生成物也差别。低温时，主要生成的是氮气。650℃时，氧化反响速率加快，氨氧化率达90%；700～1000℃时，氨氧化率为95%～98%。温度高于1000℃时，由于一氧化氮剖析，氨氧化率反而下降。在650～1000℃范畴内，温度升高，反响速率加快，氨氧化率也提高。但是温度太高，铂损失增大，同时对氧化炉质料要求也更高。因此一般常压下，氧化温度取750～850℃，加压氧化取870～900℃为宜。压力氨氧化反响实际上可视为不可逆反响，压力对付NO产率影响不大，但加压反有助于反响速度的提高。在产业生产条件下，加压时氧化率比常压时氧化率低1%～2%。尽管加压可导致氨氧化率低落，但由于反响速度的提高可使催化剂的生产强度增大。尤其是压力提高可大大节省NO氧化和NO2吸收所用的昂贵不锈钢设备。生产中究竟采取常压照旧加压操纵，应视具体条件而定。一般加压氧化采取0.3～0.5MPa压力，外洋有采取1.0MPa。由于本设计选用双加压法，操纵压力选为氧化压力为0.45MPa，吸收压力为1.1MPa。打仗时间殽杂气体在铂网区的停留时间称为打仗时间。当铂网规格和层数稳定时，在一定的时间内，流过的气体量越大，气流速度越快，打仗时间也就越短，催化剂的生产强度就越大。当打仗时间太长即气流速度太慢，氨在铂网前高温处停留时间过长，会引起氨的剖析，同时还会引起已氧化生成的一氧化氮的剖析，从而低落氧化率。2NH3=N2+3H22NO=N2+O2当打仗时间太短即气流速度太快时，在铂网上生产的中间产物羟氨（NH2OH）来不及在铂网上剖析，离开铂钢后再剖析，而生成氮。另外，有部分氨滑过铂网，与生成的一氧化氮作用，生成氮气和水蒸汽，因而也低落于氨氧化率。6NO+4NH3=5N2+6H2O由上述可见，打仗时间太长或太短均使氧化率低落。因此实际生产中如何选择一个适当的打仗时间，对付提高氨的氧化率是非常重要的。常压下：气体在打仗网区内的流速w≥0.3m/s；加压时：由于反响温度较常压高，铂网前的温度也升高，为制止NH3在铂网内的打仗时间过长，加压操纵就必须采取多层铂网。本设计所选用的打仗时间见设备选型一章。4.6殽杂气组成氨氧化的殽杂气中，氧与氨的比值（O2/NH3=r），是影响氨氧化率的重要因素之一，当殽杂气中氧浓度增加时，r值增加，有利于NO的生成，使氧化率增加。若增加殽杂气中氨浓度，则可以提高铂网的生产强度。选择O2/NH3比值时应全面考虑。硝酸制造历程，除氨氧化需氧外，后工序NO氧化仍需要氧气。在选择O2/NH3比时，还需要考虑NO氧化所需的氧量。因此，需考虑总反响式：NH3+2O2===HNO3+H2O式中，r=O2/NH3=2，配制r=的氨空气殽杂气，假设氨为1mol，则氨浓度可由下式算出[NH3]=％=9.5%氨氧化时，若氨的浓度凌驾9.5%，则在后工序NO氧化时必须补加二次空气。氧氨比在1.7~2.0时，对付包管较高的氨氧化率是适宜的。产业生产中，为提高生产能力，一般均采取较9.5%更高的氨浓度，通常往氨-空气殽杂气中参加纯氧配制成氨-富氧空气殽杂物。必须注意，氨在殽杂气中的含量不得凌驾12.5%~13%，不然便有产生爆炸的危险。若在氨-富氧空气中参加一些水蒸气，可以低落爆炸的可能性，从而可适当提高NH3和氧的浓度。4.7爆炸及其防备[16]凭据气体的爆炸理论，任何爆炸气体都存在着与爆炸界限所相应的爆炸浓度。当易爆气体含量落于爆炸界限内，其爆炸危险性极大，若爆炸气体含量低与后高于爆炸界限范畴则其爆炸危险性就小了。若氨空气或氨氧殽杂物含量大于14%，温度为800℃以上是则有爆炸危险。影响气体爆炸界限的因素较多，但主要有如下几点：①、爆炸前的温度。温度愈高则爆炸界限愈宽，也即说在此情况下愈易产生爆炸。下表是氨-空气殽杂物的爆炸界限与温度干系的实验测定值。氨-空气殽杂物的爆炸界限气体火焰偏向爆炸极限（以NH3%计）18℃140℃250℃350℃450℃向上16.1~26.615~28.714~30.413~32.212.3~33.9水平18.2~25.617~27.515.9~29.614.7~31.113.5~33.1向下不爆炸19.9~26.317.8~28.216~3013.4~32.0②、殽杂气体的流向。由上表可见，气体由下而上通过期，因这种情况易引起氧化炉产生振动，故爆炸界限放宽。③、氧含量。由下表可见，氧含量越高，爆炸界限越宽。NH3-O2-N2殽杂物的爆炸界限（O2+N2）殽杂气中的氧含量/%203040506080100爆炸极限NH3/%最低22171819191813.5最高31465764697782④、压力。氨空气殽杂气的压力越高，越易爆炸。⑤、容器的外貌和容积之比。对容器的散热速度有影响。比值愈大，则散热速度愈快，愈不容易产生爆炸。⑥、当殽杂气体中有可燃性杂质存在时，其爆炸速度和爆炸的威力增强。例如，当氨一空气殽杂物中含有2.2%H2时，则氨的着火下限自16%降至6.8%。⑦、水蒸汽的影响。完全干燥的殽杂气体推动爆炸能力。当殽杂气体中含有大量水蒸汽时，氨的爆炸界限可变得狭窄。因此，在氨一空气殽杂物中加有一定量的水蒸气时，则可淘汰爆炸的危险性。总而言之，为了包管宁静生产，防备爆炸，在设计和生产中要采取须要的步伐。严格控制操纵条件，使气流均匀通过打仗网，公道设计打仗氧化设备，添加水蒸汽，制止引爆物的存在等。4.8氨打仗氧化工艺流程为了防备铂催化剂中毒，必须将空气和氨加以净化，以撤除其中的尘土、铁锈、油污及根本些有害气体。氨在本设计中来自液氨，少量由钢瓶内的气氨供给，他们都需要经过过滤器除杂。这是包管氧化率及宁静生产的重要条件。净化空气的设备类型许多，国内硝酸生产中多采取三段净化法。空气经过空气过滤器（D2102）(第一段：卷帘式过滤；第二段：袋式过滤；第三段：箱式过滤)三级净化后，进入空压机（K2114）。增压后出口压力为0.45MPa(A)，分为一次空气和二次空气，一次空气经流量计FE-21003送至氨空殽杂器（M2101）与气氨均匀殽杂。。为了防备铁锈对铂网的污染，位于氧化炉以前的系统管线全部采取铝或镍铬不锈钢等材质制成。氨和空气送到铂网以前务必殽杂均匀。这是包管氧化率和防爆的须要条件。配制殽杂气体的要领有干式和湿式两种。①、干式将氨和空气按比例分别送入用同一电机或汽轮机发动的氨气和空气送风机，再经殽杂器制成氨一空气殽杂气。这样，即便便于调治殽杂气的组成，又可在电机或汽轮机停机时，同时自行停止氨和空气的输送，从而防备一旦殽杂气中氨含量过大而引起爆炸。②、湿式先将氨水制成浓氨水，再在产生塔内用空气气提氨，纵然氨解吸制成氨一空气殽杂气。留下的稀氨水则用泵送到吸氨塔循环使用。此法的优点是操纵稳定，但氨水循环流程庞大，开工是需先制得一定浓度的氨水，不如干式法轻便。本设计是选用干法殽杂气体。在氨氧化流程中必须考虑反响热的采取利用问题。氨氧化是强烈放热反响，从氧化炉出来的气体温度约860℃，尔后继工序NO的氧化以及NO2的吸收都要求在低温下进行，因而必须设法将反响热加以采取。其要领是使高温气体通过废热锅炉用以产生动力蒸汽，使之驱动蒸汽透平或产生饱和蒸汽以作他用。别的，凭据工艺流程差别，可将部分热量用来预热空气或NO2吸收后的尾气，以节省蒸汽透平的动力。(1)氨空殽杂气的制备压力1.3～1.5MPa(A)左右的液氨被送入蒸发器（E2101-1/2）中，蒸发为气氨，其中约80%的液氨在NO.1蒸发器（E2101-1）中被循环于NO.1蒸发器（E2101-1）和吸收塔上部冷却器之间的密闭循环水所蒸发。剩余的液氨在NO.2蒸发器（E2101-2）中用来自高压反响水冷器（E2111）的循环水所蒸发，用PIC-21001控制蒸发压力在0.62MPa（A）。NO.1氨蒸发器底部的油水殽杂物连续地用控制阀HIC-21001排至NO.2氨蒸发器（E2101-2），并通过就地调治将积贮在NO.2氨蒸发器的水份和油等杂质排至帮助蒸发器（E2102）中，用低压蒸汽蒸发，采取气氨。残留物排至排油罐（D2107）中，经氨蒸发器蒸发的气氨送入氨过热器（E2103）中，用低压蒸汽加热由TRCA-21022控制在100℃。气氨通过氨过滤器（D2101）过滤净化，在进入氨空殽杂器（M2101）。空气经过空气过滤器（D2102）三级净化后，进入空压机（K2114）。增压后出口压力为0.45MPa(A)，分为一次空气和二次空气，一次空气经流量计FE-21003送至氨空殽杂器（M2101）与气氨均匀殽杂。氨-空殽杂气比值由FFRSA-21000控制为9.5%，以一次空气的流量来确定气氨的流量。氨蒸发流程图(2)氨氧化氨-空气殽杂气在217℃送入氧化炉（R2101-1/2），通过上壳体三层漫衍器后均匀地分部在7层铂催化剂网上，进行氧化反响：4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q约97%原料氨转化为一氧化氮，同时也可能产生下列副反响：2NH3+2O2===N2O+3H2O-1105kJ/mol4NH3+3O2===2N2+6H2O-1268kJ/mol2NH3===N2+3H2+91.41kJ/mol2NO===N2+O2-180.6kJ/mol4NH3+6NO===5N2+6H2O-1810.8kJ/mol氨氧化反响所释放出的热量使氧化炉内温度升高至860℃，工艺气体经氨氧化炉下部的蒸汽过热器(E2106)和废热锅炉(E2105)采取热量后，温度降至400℃。5一氧化氮的氧化5.1一氧化氮氧化机理氨打仗氧化后的气体中，主要含NO、O2、N2和水蒸汽，将一氧化氮继承氧化，便可得到氮的高级氧化物NO2、N2O3、N2O4：2NO+O2====2NO2△H=-112.6KJ/mol(1)2NO2====N2O4△H=-56.9KJ/mol(2)NO+NO2====N2O3△H=-40.2KJ/mol(3)上述三个反响均为放热和体积减小的可逆反响，因而低落温度和增加压力会使反响平衡向右移动，即有利于一氧化氮的氧化。式（2）和（3）的反响速度较快，NO和NO2生成N2O3的速度0.1S内便可到达平衡。NO2叠合成N2O4的速度更快，在10-4S内便可到达平衡。NO氧化成NO2是硝酸生产中重要的反响之一。与其他反响相比，这是硝酸生产中最慢的一个反响，是整个氧化历程的控制步调。因而如何提高NO的氧化速度是硝酸生产中的一个重要问题，而影响两者的因素有温度、压力、NO的初始质量和O2含量等。5.2氧化反响的影响因素[17]2NO+O2====2NO2△Heq\o\ac(○,一)298=-112.6kJ①温度有上式可知该反响是放热反响，因此低落温度能加快NO氧化反响速度。②压力该反响为体积缩小的反响，当其他条件一定，增加操纵压力，可以减小反响容积，促使平衡向右移动，氧化所需时间淘汰许多，可以大大加快NO的氧化速度。③气体组成凭据实验，知一氧化氮氧化反响的反响速度与一氧化氮和氧的浓度均成正比。所以增加气体中NO的浓度，可以大大加快反响速度，缩短反响所需时间。但实际生产中，一氧化氮浓度受到氨氧化历程的限制，因为氨氧化时气体中氨的浓度小于12%，因此，要提高反响速度，就只有增加氧浓度着手。用氨空气殽杂气进行打仗氧化时，若氨的浓度在9.5%以上，则在以后的工序中还在添加含氧气体（称二次空气）。参加含氧气体量的多少，应能包管NO的氧化速度尽可能大。氧化所需空间尽可能小为原则，这就要确定一个最适宜浓度，一般情况下氧浓度为参加含氧气体的1/3为宜。综合上述，良好的NO氧化工艺条件应是：加压、低温及适宜的气体含量。5.3一氧化氮氧化的工艺流程良好的NO氧化工艺条件应是：加压、低温及适宜的气体含量。这也是NO2吸收的良好条件。NO氧化工艺历程是：废热锅炉出口的氧化氮气体流经串联的高温气—气换热器（E2107）及省煤器（E2108）温度降至156℃，随着温度的低落，殽杂气中的一氧化氮氧化为二氧化氮：在氨氧化反响中生成的NO不与水反响必须在NO2中被氧化,它与NO2化合成少量的N2O3。温度在200℃以下的NO2是稳定的，但低于100℃时则迅速生成N2O4。上述反响均为放热反响，并陪同有体积淘汰的特征，因而低落温度，提高压力有利于反响向右进行，并能缩短氧化时间。一氧化氮氧化为二氧化氮的化学平衡与反响中的温度、压力、组分等条件有关，当条件改变，平衡随之改变。这个反响在离开催化剂就开始，随着气体的冷却，压力的提高以及补加二次空气都有利于反响向我们所希望的偏向生长。6氮氧化物的吸收6.1氮氧化物吸收机理一氧化氮氧化后的殽杂气体中含有NO，NO2，N2O3，N2O4等氮氧化物，习惯上称这气体为硝化气，硝化气中除一氧化氮外，均能与水产生作用，其反响式如下：2NO2+H2O====HNO3+HNO2△Heq\o\ac(○,一)298=-116.1kJ(1)N2O4+H2O====HNO3+HNO2△Heq\o\ac(○,一)298=-59.2KJ(2)N2O3+H2O====2HNO2△Heq\o\ac(○,一)298=-55.7kJ(3)在吸收历程中，N2O3含量少少，因此式（3）可以忽略。而式（1）和式（2）的反响结果，都是生成比及分子的HNO3和HNO2，其中亚硝酸性质较生动是很不稳定的，只有在温度低于0℃，并且浓度极小时才华稳定存在。因此，在一般产业条件下，HNO2会很快按下式进行剖析：3HNO2====HNO3+2NO+H2O△Heq\o\ac(○,一)298=75.9kJ因而，用水吸收氮氧化物总反响式可以写成：3NO2+H2O====2HNO3+NO△Heq\o\ac(○,一)298=-136.2kJ从上式可以看出，用水吸收NO2时，只有2/3NO2转化为HNO3，而1/3NO2转化为NO。产业生产中，需将这部分NO重新氧化和吸收。6.2工艺条件简直定吸收温度NO2用水吸收的反响是放热反响，低落温度，平衡向生成硝酸的有利偏向移动。同时，NO的氧化速度也随温度的低落而加快。当吸收度稳定时，低落温度可使吸收容积变小。所以无论从提高制品酸的浓度照旧从提到吸收设备的生产强度，低落温度都是有利的。由于NO2吸收和NO氧化放出大量的热，因此在吸收历程中要实时撤除这些热量以包管较低的吸收温度，撤除热量的要领一般都是用水，由于受到冷却水温度的限制，吸收温度一般在20～35℃，若要进一步降温，需利用液氨冷却盐水移去反响热，可使吸收温度降至0℃。提高压力，不但可使吸收向生成硝酸偏向移动，并且可以加快反响速率。同时，加压可以大大淘汰吸收窖，从而可低落设备所需不锈钢的用度。但压力不可选择过高，如果压力过高，则动力消耗增加的多，二则吸收设备对证料的需求更为苛刻。因此，最适宜的操纵压力简直定要全面权衡，通常凭据吸收塔造价，压缩机及尾气膨胀机代价，电能消耗以及制品酸浓度要求等因素决定。这主要是针对气体殽杂物中氮氧化物和氧的含量而言的。①氮氧化物的含量凭据吸收反响的平衡所知，要提高产物酸的浓度，首先要提高NO2的含量，大概要提高NO的氧化度。为此，气体在进入吸收塔前必须经过充实的氧化，以提高NO2的浓度。②氧的浓度如前所述，当氨一空气殽杂气体中氨浓度大于9.5%时，在吸收部分必须补加二次空气。由于NO氧化与NO2吸收同时进行，以至于很难确定最适宜