王元元间接法制备浓硝酸.ppt

间接法制备硝酸的工艺流程设计间接法制备硝酸的工艺流程设计 10化工班 王元元 指导老师 周凯目录目录一、概述二、稀硝酸的生产（一）氨的催化氧化（二）一氧化氮的氧化（三）氮氧化物的吸收三、稀硝酸生产的工艺流程四、浓硝酸的生产（一）稀硝酸生产浓硝酸（二）氨直接合成浓硝酸五、浓硝酸生产的工艺流程六、尾气的治理一、概述一、概述 性质：纯硝酸(HNO3)是无色的液体，相对密度1.522，沸点83.4℃，熔点-41.5 ℃，硝酸可以和任意体积的水混合，并放出热量硝酸，三大强酸之一，其特点是兼有强氧化性和腐蚀性，由浓硝酸与浓盐酸按1:3（体积比）组成的混合液被称为“王水” 用途：浓硝酸用于炸药、有机合成工业，是生产TNT（2,4,6-三硝基甲苯）、硝化甘油等烈性炸药和硝化纤维素的原料；此外，制药、塑料、有色金属冶炼等方面都需要用到硝酸 二、稀硝酸的生产二、稀硝酸的生产（一）氨的催化氧化（一）氨的催化氧化 1、氨氧化反应基本原理 氨和氧可进行下列三个主要反应： 4NH3+5O2==4NO+6H2O △H=-907.28KJ 4NH3+4O2==2N2O+6H2O△H=-1104.9KJ 4NH3+3O2==2N2+6H2O △H=-1269.02KJ2．氨氧化催化剂(1) 化学组成 纯铂具有催化能力，但易受损失。

一般采用铂铑合金 例：铂铑钯三元合金，其常见的组成为铂93%、铑3%、钯4%2) 形状 铂系催化剂不用载体，因为用了载体后，铂难以回收为了使催化剂具有更大的接触面积，工业上将其做成丝网状3) 铂的损失与回收 铂网在使用中受到高温和气流的冲刷，表面会发生物理变化，细粒极易被气流带走，造成铂的损失铂的损失量与反应温度、压力、网径、气流方向及作用时间等因素有关 由于铂是价格昂贵的贵金属，为可以将其回收降低损耗，目前工业上常用机械过滤法、捕集网法和大理石不锈钢筐法3．氨催化氧化的工艺条件(1) 温度 在不同温度下，氨氧化后的产物也不同一般常压氧化温度取750～850℃，加压氧化温度取870～900℃为宜2) 压力 由于氨催化氧化反应是不可逆的，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 接触时间应适当一般接触时间在10～4s左右4) 气体的组成 要想提高成品酸的浓度，必须提高吸收气中的NO2浓度提高氨空气混合气中氧气的量可提高氧化度，从而增加NO2含量4、氨催化氧化的主要设备 氨氧化炉是氨催化氧化过程的主要设备 对它的基本要求是：氨和空气混合气体能均匀通过催化剂层；为了减少热量损失，应在保证最大接触面积条件下尽可能缩小反应体积；结构简单，便于拆卸、检修。

现多采用氧化炉-废热锅炉联合机组（二）（二） 一氧化氮的氧化一氧化氮的氧化 1、 一氧化氮氧化反应 一氧化氮只有在氧化为二氧化氮后，才能被水吸收，制得硝酸一氧化氮与氧反应如下： 2NO+O2==2NO2 △H=-112.6KJ NO+NO2==N2O3 △H=-40.2KJ 2NO2==N2O4 △H=-56.9KJ2、氧化方法 (1) 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，从而达到一定的氧化度 (2) 湿法氧化 将气体送入塔内，塔顶喷淋较浓的硝酸， NO与O2在气相空间，液相内和气液界面均能进行氧化反应，大量的喷淋移走氧化放出的热量，加快氧化速率采用)（三）氮氧化物的吸收 1、 氮氧化物的吸收反应: 2NO2+H2O==HNO3+HNO2 △H=116.1KJ 3HNO2==HNO3+2NO+H2O △H=75.9KJ总反应为： 3NO2+H2O==2HNO3+NO △H=-136.2KJ 由此可见，用水吸收二氧化氮时，只有2/3的二氧化氮转化为硝酸，而1/3的二氧化氮转化为一氧化氮。

因此，在氮氧化物的吸收过程中，NO2的吸收和NO的氧化同时交叉进行故在一氧化氮氧化中当氧化度达到70%～80%时，即可进行吸收操作2、 二氧化氮吸收的主要设备 NO2吸收塔是制酸系统的主要设备，吸收塔因操作压力不同，可分为常压和加压两种吸收塔；而按塔型又可分为填料塔、泡罩塔、筛板塔等多种类型本设计采用加压吸收塔，加压吸收通常都采用筛板塔，一般内装塔板30～40块为移去反应热，在塔板上设置冷却蛇管，靠冷却介质间接换热三、稀硝酸生产的工艺流程三、稀硝酸生产的工艺流程 目前生产稀硝酸有十多种大同小异的工艺流程，因操作压力不同可分为常压法、全加压法及综合法三种类型 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 全加压法全加压法：氨氧化和氮氧化吸收均在加压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，能量回收率高缺点:氧化率低，铂损失高 综合法：氨氧化和氮氧化吸收在两个不同压力下进行  本设计选用全加压法，操作压力选为0.45MPa 。

全加压法生产稀硝酸工艺流程，该流程中的氨的氧化与吸收都在加压下进行氨空气混合后进入氧化炉-废热锅炉联合装置上部，经铂网催化氧化氧化后气体经过废热锅炉降温，再经水加热器、尾气预热器和水冷却器进一步冷却到50℃的二氧化氮气体在第一吸收塔的吸收段与第二吸收塔出来的含量达10%～12%稀硝酸逆流接触，生成55%的稀硝酸吸收后的气体经尾气预热器换热后送至尾气透平回收能量，然后排放大气中四、浓硝酸的生产四、浓硝酸的生产浓硝酸（HNO3浓度高于96%）的工业生产方法有三种： 一是有脱水剂存在的情况下，将稀硝酸蒸馏得浓硝酸的间接法； 二是将四氧化二氮、氧气和水直接合成的浓硝酸的直接法； 另外，上有采用氨氧化，超共沸酸（HNO3浓度75%～80%）生产和精馏得浓硝酸的直接法（一）稀硝酸生产浓硝酸 浓硝酸不能由稀硝酸直接蒸馏制取，因为HNO3和H2O会形成二元共沸物所以间接法是在稀硝酸中加入脱水剂并经浓缩制成浓硝酸 对脱水剂的要求是：能显著降低硝酸液面上的水蒸气分压，而自身蒸气分压极小；热稳定性好，加热时不会分解；不与硝酸发生反应，且易与硝酸分离，以便于循环使用；对设备腐蚀性小；来源广泛，价格便宜。

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1、 浓硫酸法浓缩稀硝酸 将稀硝酸和浓硫酸加入填料脱水塔，热量由再沸器供给，将硝酸蒸出，气化的硝酸和呈平衡状态的少量水蒸汽从塔顶排除，经冷凝、冷却得到硝酸产品硫酸从塔底部排出，进入第二填料塔经脱销，以供循环使用2、硫酸镁法浓缩稀硝酸 以硝酸镁为脱水剂将硫酸镁溶液加入稀硝酸中，生成HNO3-H2O-Mg(NO3)2的三元混合物，所需热量由底部加热器供给硝酸镁吸收稀硝酸中的水分，使水蒸气分压大大降低，加热此三元混合物蒸馏出HNO3，硝酸蒸气从塔顶逸出，经冷凝、冷却，一部分回流，一部分作为产品浓度为68％硝酸镁由塔底排出，浓缩到72％再循环使用(二)氨直接合成浓硝酸 由氨为原料直接合成浓硝酸，首先必须制得液态N2O4，将其按一定比例与水混合，加压通入氧气按下列反应式合成浓硝酸： 2N2O4(l)＋O2 (g)＋2H2O(l)==4HNO3 △H= 78.9kJ五、浓硝酸生产的工艺流程五、浓硝酸生产的工艺流程 用硫酸镁法浓缩稀硝酸，多采用填料塔进行操作将72%～76%的浓硝酸镁溶液和须浓缩的稀硝酸分别经高位槽，流量计，以4:1的比列流入混合器。

然后自提馏塔顶部加入，由加热器提供蒸馏过程所需要的热量，蒸馏温度115℃含有80%～90%的硝酸蒸气从提馏塔顶逸出进入精馏塔，并与精馏塔回流的HNO3进行换热并进一步蒸浓温度80℃、浓度为98%的HNO3蒸气引入冷凝器，冷却后流入酸分配器，2/3作为精馏塔回流酸，1/3去漂白塔，排除其中溶解的氮氧化物，得到成品硝酸冷凝器和漂白塔中未冷凝的HNO3蒸气，经集雾器由风机抽出送去吸收或放空  稀硝酸镁溶液由提馏塔塔底流出，进入加热器，由1.3MPa的蒸汽间接加热，温度维持在174%～177%，并在此脱硝后Mg(NO3)2，浓度为62%～67%，含硝酸0.1%，进入稀硝酸镁贮槽中，由液下泵打入膜式蒸发器蒸发用蒸汽间接加热蒸出水分，使稀硝酸镁浓度提高到72%，送入硝酸镁贮槽中循环使用工艺条件工艺条件 硝酸镁溶液浓度72%～74%；Mg(NO3)2溶液与稀硝酸配料比为4:1；精馏塔操作回流比为2，塔顶温度85℃；漂白塔塔顶温度为80℃～85℃六、尾气的治理 目前目前, ,国内外硝酸尾气的处理可归纳为三大类：一是用溶液国内外硝酸尾气的处理可归纳为三大类：一是用溶液进行湿法吸收；二是用固体物质进行吸收或吸附；三是用催化剂进行湿法吸收；二是用固体物质进行吸收或吸附；三是用催化剂进行催化转化。

进行催化转化 1 1、、溶液吸收法溶液吸收法, ,工业上通常采用氢氧化钠或碳酸钠溶液：工业上通常采用氢氧化钠或碳酸钠溶液： 2NO2NO2 2＋＋2NaOH==NaNO2NaOH==NaNO2 2＋＋NaNONaNO3 3＋＋H H2 2O O NONO＋＋NONO2 2＋＋2NaOH==2NaNO2NaOH==2NaNO2 2＋＋H H2 2O O 2 2、、固体吸附法固体吸附法, ,以分子筛、硅胶、活性炭和离子交换树脂等以分子筛、硅胶、活性炭和离子交换树脂等到固体物质作吸收剂其中活性炭的吸附容量最高，分子筛次之，到固体物质作吸收剂其中活性炭的吸附容量最高，分子筛次之，硅胶最低硅胶最低3 3、、催化还原法（本设计所选用方法）催化还原法（本设计所选用方法） 以烃类为还原剂进行催化还原反应来降低系统尾气中以烃类为还原剂进行催化还原反应来降低系统尾气中NOxNOx含量叫含量叫催化还原法如天然气与尾气中催化还原法如天然气与尾气中NOxNOx进行反应：进行反应： CH CH4 4＋＋4NO4NO====2N2N2 2＋＋COCO2 2＋＋2H2H2 20 0 从吸收塔出来的尾气预热后与天然气相混合，经一段催化反应从吸收塔出来的尾气预热后与天然气相混合，经一段催化反应炉进废热锅炉移去部分热量，再进二段催化反应炉，经废热锅炉回炉进废热锅炉移去部分热量，再进二段催化反应炉，经废热锅炉回收热量，再进尾气透平膨胀机回收能量放空。

收热量，再进尾气透平膨胀机回收能量放空选择性催化还原法选择性催化还原法: : 4NO4NO＋＋4NH4NH3 3＋＋O O2 2====4N4N2 2＋＋6H6H2 2O O 6NO 6NO＋＋4NH4NH3 3====5N5N2 2＋＋6H6H2 2O O 6NO 6NO2 2＋＋8NH8NH3 3====7N7N2 2＋＋12H12H2 2O O  The end! Thank you!!。