课程设计论文综合法制稀硝酸
25页1、四 川 理 工 学 院课 程 设 计 说 明 书题 目 综合法制稀硝酸 学 生 系 别 机电工程系 专 业 班 级 过控03级1班 学 号 指 导 教 师 目 录第一部分 概述11.1硝酸简介 11.2硝酸的制造 1第二部分 工艺流程的选择及论证 32.1 工艺流程的选择 32.2综合法制稀硝酸的工艺流程 5第三部分 物料及热量衡算123.1物料衡算123.2热量衡算14第四部分 主要设备的选型及论证 16 4.1 氨氧化炉164.2 吸收塔174.3 换热器17第五部分 总结20参考文献21致谢211第一部分 概述1.1 硝酸简介硝酸是基本化学工业重要产品之一,在各种酸中仅次于硫酸居第二位。世界各国都大规模生产硝酸,这是因为硝酸及其盐类(以及硝基化合物)在国民经济和国防工业上具有重要意义。硝酸工业产品主要用于制造化学肥料(如磷酸钾肥,硝酸氨等)和炸药。此外用于制造染料、农药、照相材料、塑料、石油化工、合成纤维等其它重要工业生产。化学纯硝酸(100%)是无色液体,带有刺鼻的的刺激性气味,比重是1.51。硝酸沸点为86摄氏度,汽化潜热为7250卡克分子或115克公斤,纯硝酸的熔点为41摄
2、氏度,溶解潜热为600卡克分子或9.54千克公斤。无水硝酸极不稳定,一旦受热和见光就会分解出二氧化氮(红棕色)而溶于硝酸,故工业用硝酸多呈黄色。溶有多量二氧化氮的无水硝酸呈红棕色,叫做发烟硝酸。硝酸易溶于任何数量的水中,溶于水时放除热量(溶解热)。只有在-41摄氏度时才能成白雪状的晶体而存在。硝酸又分为稀硝酸和浓硝酸。用稀硝酸处理磷矿石,不仅代替了盐酸,而且又可制成很有价值的氮磷复合肥料,同时还可得到副产品氟和稀土金属。稀硝酸还可用来制造其它硝酸盐类肥料。浓硝酸与某些有机物作用所制得的各种产品及中间产品,是燃料工业部门不可缺少的原料。同时,硝酸也是强氧化剂。除金、铂及一些稀有金属外,各种金属都能与稀硝酸作用而生成硝酸盐,由浓硝酸和盐酸按比例1:3(体积比)制成的混合液称为“王水”,能溶解金和铂。1.2 硝酸的制造制造硝酸的最早方法是用浓硫酸分解硝石(硝酸钠):2N+因此法受原料来源的限制,而且需要硫酸,故未能得到广泛利用。1901年,开始用电弧法自空气中制取氮氧化合物。这种能够方法用强有力的电磁铁将电弧引申成圆弧状,空气通过电弧作用而使氮和氧直接化合成一氧化氮,再进一步加工制成硝酸。由
3、于该法电能消耗巨大,因而也很少应用。氨氧化法制硝酸的过程,在很早以前就进行过研究。1839年发现,当氨与空气混合物通过内盛海绵状铂并加热至300摄氏度的玻璃管时,铂逐渐成为赤热状态,并在反应物中发现了硝酸和亚硝酸。但因制造大量氨的方法尚未实现,所以氨的接触氧化过程并没有在实际生产中引起注意。1900年重新开始了用铂触媒进行氨氧化的研究工作。当时实验指出,在氨氧化过程中,除生产氧化物外,还可制造元素氮,并发现以铂作催化剂其反应速度更快。十九世纪初,由于冶金和炼焦化学工业的发展,氨的生产迅速发展起来,氨氧化法制造硝酸也得到了广泛的使用。1908年,在西德建成了第一个氨氧化法制硝酸的装置。氨接触氧化法制硝酸的过程以下面的简图表示:目前工业上生产硝酸是以氨为原料,因浓度不同而分为稀硝酸(45%70%)和浓硝酸(98%以上)。因操作压力不同,稀硝酸的生产方法分为:常压法、综合法(常压或25MPa中压氧化,中压或79MPa高压吸收)、全压法(氧化和吸收都在中压和高压下)。第二部分 工艺流程的选择及论证2.1 工艺流程的选择2.1.1 合成稀硝酸的理论基础2.1.1.1 由氨氧化法直接合成稀硝酸的化
4、学反应可由下列三个反应阶段表示。首先,氨和氧的混合气在高温和有催化别的条件下,反应生成一氧化氮:这是整个生产过程中最关键的反应。此反应必须在有固相催化剂存在下才有可能产生。其次,把生成的一氧化氮进一步氧化成二氧化氮: 第二,生成的二氧化氮与水反应,便制成稀硝酸: 最后一个反应中的NO再经反应又氧化成,重复反应制稀硝酸。这三个反应中第一、二是不可逆反应,第三个为可逆反应,但分子数目无显著变化,为放热反应。所以产物的浓度一般不能超过62。 工业上浓度在45%62的硝酸称为稀硝酸。2.1.1.2 影响反应速度和一氧化氮产率的因素(1)催化剂:对于生成NO的反应具有加速作用的催化剂,工业上主要是采用铂系催化剂。这种催化剂是由铂和铑的合金(铂90%、铑10%)制成的,以细网的形式安在接触器中。我国采用的网直径约为0.09厘米,平均孔数960孔/公分。网的层数在常压操作时在34层,加压(约8个大气压)时为1620层,网与网之间的距离越近越好。氨与氧的混合气体在高温下,在该催化剂上,生成NO的反应非常迅速,仅万分之几秒使能转化完成,转化率高达9899。铂系催化剂也有成本较贵、消耗星较显著的缺点,除去
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