年產(chǎn)27萬(wàn)噸稀硝酸車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)預(yù)案

89/94目錄1前言 12總論 22.1硝酸工業(yè)的概況及進(jìn)展趨勢(shì) 22.1.1國(guó)外硝酸工業(yè)的現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì) 22.1.2國(guó)內(nèi)硝酸工業(yè)的現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì) 22.2硝酸的性質(zhì) 32.2.1硝酸的物理性質(zhì) 32.2.2硝酸的化學(xué)性質(zhì) 42.3硝酸的用途 42.4硝酸的毒性、安全和貯運(yùn) 53稀硝酸生產(chǎn)流程綜述 63.1各種生產(chǎn)方法綜述 63.1.1常壓法 63.1.2加壓法 63.1.3綜合法 73.2稀硝酸生產(chǎn)流程的確定 83.3稀硝酸生產(chǎn)的要緊原理 94氨的接觸氧化 114.1氨的接觸氧化原理 114.2催化劑的選擇 124.3鉑系催化劑 124.3.1化學(xué)組成 124.3.2物理性狀 134.3.3鉑網(wǎng)的活化、中毒及再生 134.4氨催化氧化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 144.5工藝條件的確定 154.6混合氣組成 164.7爆炸及其防止 174.8氨接觸氧化工藝流程 184.8.1空氣和氨的凈化 184.8.2混合氣體的配制 194.8.3反應(yīng)熱的利用 194.8.4工藝流程簡(jiǎn)述 195一氧化氮的氧化 225.1一氧化氮氧化機(jī)理 225.2氧化反應(yīng)的阻礙因素 225.3一氧化氮氧化的工藝流程 236氮氧化物的汲取 246.1氮氧化物汲取機(jī)理 246.2工藝條件的確定 246.2.1汲取溫度 246.2.2操作壓力 256.2.3氣體組成 256.3汲取工藝流程 257工藝計(jì)算 277.1物料衡算 277.1.1反應(yīng)器（氧化） 277.1.2廢熱鍋爐（WHB）和冷卻-冷凝器 287.1.3汲取塔 317.1.4生成的酸 347.1.5總收率 347.1.6放大至所需生產(chǎn)的速率 357.2能量衡算 357.2.1壓縮機(jī)（透平機(jī)） 357.2.2氨氣化 377.2.3氧化器 378要緊設(shè)備的工藝計(jì)算和選型 408.1氨氧化爐 408.1.1設(shè)備簡(jiǎn)介 408.1.2工藝計(jì)算及選型 408.2酸汲取塔 428.3其他設(shè)備選型 438.3.1尾氣透平膨脹機(jī)：向心式膨脹器P320—35/11—11 438.3.2離心式壓縮機(jī)：DA—1000—51 439車(chē)間設(shè)備布置 4410硝酸尾氣的處理 4510.1溶液汲取法 4510.1.1堿液汲取 4510.1.2亞硫酸溶液汲取法 4610.1.3延長(zhǎng)汲取法 4610.1.4用稀硝酸加釩鹽汲取法 4610.1.5硝酸汲取法 4610.2固體物質(zhì)汲取或吸附法 4710.2.1固體物質(zhì)汲取法 4710.2.2固體吸附法 4710.3催化還原法 4711結(jié)論 49附圖 51參考文獻(xiàn) 52致謝 54前言通過(guò)兩年的學(xué)習(xí)和在車(chē)間的生產(chǎn)實(shí)踐，我深刻理解了化工設(shè)計(jì)的真諦，本著理論與實(shí)際相結(jié)合的原則，在畢業(yè)之即專(zhuān)門(mén)選擇了以硝酸生產(chǎn)為題材的畢業(yè)設(shè)計(jì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，進(jìn)一步鞏固加深了所學(xué)的基礎(chǔ)理論、差不多技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使之系統(tǒng)化、綜合化，對(duì)我以后的工作和生活起到了不可估量的作用。本設(shè)計(jì)是依照系下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)進(jìn)行編寫(xiě)的，內(nèi)容是年產(chǎn)27萬(wàn)噸稀硝酸車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)。為了全面介紹稀硝酸工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的差不多內(nèi)容、差不多原理，本設(shè)計(jì)共分為十章。第二章概述了硝酸的現(xiàn)狀和趨勢(shì)、硝酸的物理化學(xué)性質(zhì)、用途和生產(chǎn)進(jìn)展等；第三章較詳細(xì)地論述了稀硝酸的三種生產(chǎn)方法和本設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程的確定；第四章、第五章、第六章重點(diǎn)闡述了稀硝酸生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝流程及其工藝選擇的原理，并在本設(shè)計(jì)結(jié)尾附有該工藝流程的CAD圖；第七章進(jìn)行了物料和能量的工藝計(jì)算；第八章簡(jiǎn)單介紹了要緊設(shè)備的選型，并在本設(shè)計(jì)結(jié)尾附有氧化爐設(shè)計(jì)圖；第九章介紹了車(chē)間的布置的差不多要求和原則，并在本設(shè)計(jì)后面附有稀硝酸車(chē)間布置圖；第十章介紹了目前處理硝酸尾氣的各種方法，并對(duì)這些方法做了合理化選擇；第十一章對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的總結(jié)和討論。最后附有參考文獻(xiàn)。本設(shè)計(jì)是以我兩年來(lái)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐為依托，在指導(dǎo)老師和參考資料的關(guān)心下完成的，盡管做到集中優(yōu)點(diǎn)、克服和改善缺點(diǎn)。但由于本人水平有限，設(shè)計(jì)中有錯(cuò)誤和不妥之處總是在所難免，懇切希望讀者多給予批判指正。2總論2.1硝酸工業(yè)的概況及進(jìn)展趨勢(shì)2.1.1國(guó)外硝酸工業(yè)的現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)[1]目前各國(guó)硝酸工業(yè)的進(jìn)展趨勢(shì)是隨著合成氨和硝酸磷肥的生產(chǎn)裝置大型化而采納大機(jī)組、大裝置，合理提高系統(tǒng)壓力，提高產(chǎn)品濃度，降低原材料及能量的消耗，降低尾氣排放濃度，以減少對(duì)大氣的污染。硝酸工業(yè)形成了如下的趨勢(shì)：（1）、生產(chǎn)規(guī)模大型化，目前最大裝置為2000t/d；（2）、裝置高壓化；（3）、產(chǎn)品多樣化，可生產(chǎn)濃、稀兩種產(chǎn)品；（4）、尾氣排放達(dá)標(biāo)，目前大型裝置上，特不是雙加壓裝置已實(shí)現(xiàn)了150×10-6的指標(biāo)；（5）、催化劑不斷改良；（6）、能量回收合理化；（7）、總體技術(shù)提升。由于稀硝酸是半成品，其要緊用途是用于制造濃硝酸、硝酸銨等，在此，借濃硝酸在國(guó)外的生產(chǎn)情況來(lái)反映稀硝酸在國(guó)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀。目前，世界上濃硝酸的生產(chǎn)能力約為300萬(wàn)噸/年，2000年總產(chǎn)量為260萬(wàn)噸，我國(guó)濃硝酸產(chǎn)量82.48萬(wàn)噸，居世界首位。世界濃硝酸的裝置能力如下：表1世界濃硝酸裝置能力及產(chǎn)量國(guó)不裝置能力（萬(wàn)噸/年）開(kāi)工率（%）美國(guó)32.5100加拿大30.7590墨西哥17.466西歐82.085日本24.4580中國(guó)9092總計(jì)3002.1.2國(guó)內(nèi)硝酸工業(yè)的現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)從近幾年硝酸行業(yè)進(jìn)展來(lái)看，在國(guó)內(nèi)硝酸鹽行業(yè)超常規(guī)進(jìn)展冶金和醫(yī)藥等下游需求快速增長(zhǎng)的推動(dòng)下，我國(guó)硝酸行業(yè)的進(jìn)展步伐大大加快。2006年全國(guó)硝酸產(chǎn)量達(dá)到了181.78萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)了12.6%，增速同比下降了11.4個(gè)百分點(diǎn)，但依舊實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)，當(dāng)年進(jìn)口量3.12萬(wàn)噸，出口量1.2萬(wàn)噸，觀(guān)消費(fèi)量為183.7萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)14.3%，表明下游需求旺盛。進(jìn)入2007年，在硝酸下游消費(fèi)穩(wěn)中有增的利好因素下，行業(yè)接著保持著較好的增長(zhǎng)勢(shì)頭，一季度硝酸累計(jì)產(chǎn)量為47.54萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)14.35%，進(jìn)口480噸出口1854噸，表觀(guān)消費(fèi)量為47.4萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)14.78%。從我國(guó)硝酸工業(yè)的進(jìn)展趨勢(shì)來(lái)看，2006年產(chǎn)能的過(guò)快增長(zhǎng)差不多使得阻礙行業(yè)健康進(jìn)展的不利因素凸顯。2006年上半年，濃硝酸企業(yè)外購(gòu)的合成氨、原料煤、電力、鐵路運(yùn)價(jià)及各種輔助材料價(jià)格的大幅度上漲，加之因鐵路提速而大增的自備槽車(chē)改造和安全評(píng)估費(fèi)用，使?jié)庀跛岬纳a(chǎn)成本大幅度上升。而同時(shí)濃硝酸市場(chǎng)價(jià)格跳水，行業(yè)利潤(rùn)暴跌，許多企業(yè)被迫減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，市場(chǎng)供應(yīng)量大幅度波動(dòng)，價(jià)格跌宕不穩(wěn)。2007年以來(lái)，由于市場(chǎng)需求較旺，硝酸價(jià)格止跌回穩(wěn)，5月以來(lái)強(qiáng)勢(shì)上行，其中華東市場(chǎng)濃硝酸（98%）價(jià)格從4月底2300/噸上升至5月上旬的2350元/噸。可見(jiàn)硝酸工業(yè)依舊專(zhuān)門(mén)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。同時(shí)人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境愛(ài)護(hù)。因此本設(shè)計(jì)將從節(jié)能、提高氨利用率、降低鉑耗、提高成品酸、降低尾氣排放等方面來(lái)降低成本從而提高工業(yè)生產(chǎn)的利潤(rùn)。2.2硝酸的性質(zhì)2.2.1硝酸的物理性質(zhì)[2]硝酸(nitricacid)，又名硝鏹水或氮酸。純硝酸（100%HNO3）為無(wú)色透明，具有窒息性與刺激性的液體，相對(duì)密度1.522，沸點(diǎn)83.4０C，熔點(diǎn)-41.5０在-41℃時(shí)，呈白色雪狀晶體，不穩(wěn)定，在常溫下分解出紅棕色的二氧化氮,光和熱能促其分解更快,溶于水,能夠任何比例混合,溶解時(shí)放熱。68.4%硝酸為恒沸混合物,具有最高沸點(diǎn)121.9℃,溶點(diǎn)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）。純硝酸是無(wú)色透明的發(fā)煙液體,一般商品都帶且有微黃色有刺激性氣味。2.2.2硝酸的化學(xué)性質(zhì)[3]硝酸是強(qiáng)酸之一，氧化性專(zhuān)門(mén)強(qiáng)。除金、鉑及某些其它稀有金屬外，各種金屬都能與稀硝酸作用生成硝酸鹽，如硝酸銀、硝酸鈉等。硝酸能使鐵、鋁、鉻、鈣等鈍化而不致接著侵蝕。非金屬硫、磷、硼能被硝酸氧化成相應(yīng)的酸，碳則被氧化成CO2。硝酸還能夠使有機(jī)物氧化和硝化。硝酸作為氮的最高價(jià)(+5)水化物，具有專(zhuān)門(mén)強(qiáng)的酸性，一般情況下認(rèn)為硝酸的水溶液是完全電離的。濃硝酸具有強(qiáng)烈的硝化作用，與硫酸制成的混酸能與專(zhuān)門(mén)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。濃硝酸依舊強(qiáng)氧化劑，除金、鉑、銠、銥外，可將所有金屬氧化。將濃硝酸按1:3的比例與鹽酸混合，其混合液稱(chēng)為王水。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,這確實(shí)是各種金屬包括金、鉑等之因此溶于王水中的緣故所在。2.3硝酸的用途[5]硝酸是差不多化學(xué)工業(yè)重要的產(chǎn)品之一，產(chǎn)量在各類(lèi)酸中僅次于硫酸。其用途如下：制造化肥：硝酸大部分用于生產(chǎn)硝酸銨和硝酸磷肥。制造硝酸鹽：硝酸可用于制造金屬硝酸鹽，如：硝酸鈉、硝酸鎂、硝酸鋰、硝酸銣等。硝酸鋰熔點(diǎn)264℃，分解溫度為600有機(jī)合成原料：濃硝酸可將苯、蒽、萘和其他芳香族化合物硝化制取有機(jī)原料。如硝酸和硫酸的混酸（工業(yè)上常用由30%與苯反應(yīng)，生成硝基苯，再加氫生成苯胺，它是合成染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥的中間體。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。軍火工業(yè)硝酸除用于制造TNT炸藥，還用它精制提取核原料。钚是重要的核燃料，在精制過(guò)程中，先將钚轉(zhuǎn)化成Pu(NO3)4溶液，再萃取分離。合成香料硝酸與二甲苯反應(yīng)制得二甲苯麝香氣味，廣泛用于調(diào)配化妝品、皂用及室內(nèi)用香料。此外,硝酸還用于化學(xué)試劑及有色金屬酸洗滌。也用來(lái)鑒不含有蛋白的物質(zhì)加羊毛,羽毛等。2.4硝酸的毒性、安全和貯運(yùn)[5]動(dòng)物組織和植物組織受到硝酸的作用即被破壞。硝酸落到皮膚上，皮膚即被染成黃色并燒壞，濺入眼睛尤其危險(xiǎn)。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)峻者出現(xiàn)肺氣腫。因此，工作場(chǎng)所空氣中的NO2同意濃度，中國(guó)和原蘇聯(lián)規(guī)定為0.085mg/m3，美國(guó)為0.1mg/m3，德國(guó)為0.08mg/m3。盡管硝酸不燃燒，但它是強(qiáng)氧化劑，與金屬粉末、有機(jī)物質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)后，有引起燃燒或爆炸的危險(xiǎn)。工廠(chǎng)為了保持硝酸生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行并隨時(shí)向外提供商品酸，在廠(chǎng)區(qū)需設(shè)室內(nèi)或半露天式酸庫(kù)，以防烈日暴曬。宜單層建筑，不宜設(shè)地下室。地面應(yīng)耐酸腐蝕。電氣設(shè)備、電線(xiàn)等應(yīng)有耐酸防腐措施。稀硝酸的容器為鋁質(zhì)的，輸送濃硝酸采納裝有鋁罐的槽車(chē)。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。3稀硝酸生產(chǎn)流程綜述3.1各種生產(chǎn)方法綜述生產(chǎn)稀硝酸的方法要緊有三中常壓法、加壓法和綜合法，它們都各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，本節(jié)將從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩大方面來(lái)論述個(gè)方法，并依照系下達(dá)的任務(wù)書(shū)選擇適合本設(shè)計(jì)的方法。3.1.1常壓法氨的氧化與氮氧化物的汲取均在常壓下進(jìn)行，使用的設(shè)備材質(zhì)有花崗巖、PVC塑料及不銹鋼。汲取工藝有多塔流程和單塔流程。早期硝酸生產(chǎn)多采納這種方法，該工藝流程的特點(diǎn)為系統(tǒng)壓力低，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝操作穩(wěn)定，氨氧化率高，鉑耗較低。但汲取比容積大(20～25m3),酸汲取率較低(僅為92%左右)。為減少對(duì)大氣的污染并提高氨利用率，需附有堿汲取NOX尾氣裝置并副產(chǎn)硝鹽，即便如此尾氣中NOX濃度仍專(zhuān)門(mén)高，不符合目前日益嚴(yán)格的環(huán)境要求。加上設(shè)備相對(duì)臺(tái)數(shù)較多，設(shè)備體積大，裝置占地面積多，投資大，成品酸濃度低等因素，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委已明文規(guī)定禁止采納此種流程新建硝酸裝置。3.1.2加壓法氨氧化和氮氧化物汲取均在加壓下進(jìn)行。依照壓力不同可分為中壓（0.3～0.6MPa）與高壓（0.7～1.5MPa）兩種。（1）、全中壓法氨的氧化和氮氧化物的汲取均在0.35～0.6MPa壓力下進(jìn)行。這種流程始于20世紀(jì)30年代。20世紀(jì)70年代以后采納該類(lèi)方法的生產(chǎn)企業(yè)有興平、烏拉山、大慶、川化、黑化、開(kāi)化等。此法的特點(diǎn)是設(shè)備較為緊湊，生產(chǎn)強(qiáng)度有所提高，不需要特種鋼材的NOX壓縮機(jī)，流程比常壓氧化加壓汲取法簡(jiǎn)單，基建投資及特種鋼材用量較少，因汲取壓力高，其N(xiāo)O2汲取率高，成品酸濃度高。汲取塔容積小，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。由于原料成本的降低，氨氧化操作工藝的改進(jìn)，大型壓縮機(jī)組的配套，目前這種流程不管在數(shù)量和產(chǎn)量上都占一定比例。（2）、高壓法氨氧化和NOX汲取均在0.71～1.2MPa的壓力下進(jìn)行。差不多流程與全中壓法相似。此法的特點(diǎn)是全過(guò)程壓力均由空氣壓縮機(jī)供給，不需特種鋼材的NOX壓縮機(jī)，流程簡(jiǎn)單，設(shè)備布置緊湊，基建投資少，特種鋼材用量少，生產(chǎn)強(qiáng)度大，汲取率高，產(chǎn)品濃度高，能量回收率高。缺點(diǎn)是氨氧化率低，氨耗高，鉑催化裝填量大，使用周期短，損耗亦大，尾氣中NOX含量高，使得尾氣處理費(fèi)用高。生產(chǎn)成本較高。針對(duì)我國(guó)目前原材料價(jià)格較高和環(huán)保要求較嚴(yán)的現(xiàn)狀，高壓法投資省的優(yōu)勢(shì)已喪失。3.1.3綜合法氨氧化和氮氧化物汲取分不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-加壓氮氧化物汲取流程；二為中壓氨氧化-高壓氮氧化物汲取流程，又稱(chēng)雙加壓法。（1）常壓氧化-加壓汲取流程20世紀(jì)50年代國(guó)際上已擁有這種流程技術(shù)。該流程中的氨的氧化在常壓下進(jìn)行，氮氧化物的汲取在加壓（0.3～0.35MPa）下進(jìn)行。這種流程因氨氧化在常壓下進(jìn)行，能夠彌補(bǔ)加壓下氨氧化率低及鉑耗高的缺點(diǎn)，而加壓汲取又彌補(bǔ)常壓汲取的不足。其特點(diǎn)是氨氧化率高，鉑耗低，汲取系統(tǒng)由于壓力提高，汲取容積相對(duì)縮小，汲取率高，占地面積、基建投資、特種鋼材用量均較常壓減少，適合于規(guī)模不大的工廠(chǎng)選擇。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)強(qiáng)度低，基建投資比大，酸濃度低，尾氣中NOX高，需進(jìn)行再處理，流程較復(fù)雜。由于這種裝置存在氨耗高，電耗高和尾氣排放濃度高等問(wèn)題，生產(chǎn)方法落后，依照國(guó)家經(jīng)貿(mào)委的“工商投資領(lǐng)域制止重復(fù)建設(shè)目錄（第一批）”，該法已被列入其中，屬自1999年（2）雙加壓法此法氨的氧化采納中壓（0.35～0.6MPa）,NOX的汲取采納高壓（1.0～1.5MPa）。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。此法汲取全中壓法和高壓法的優(yōu)點(diǎn)，并可采納比全高壓法更高的汲取壓力，對(duì)工藝過(guò)程更為適用。使氨的損耗與鉑催化劑的損耗較少，汲取率高，汲取系統(tǒng)采納高壓，容積減少，酸濃度高，生產(chǎn)強(qiáng)度大，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)最優(yōu)化，生產(chǎn)成本低，尾氣中NOX含量低，是完全的清潔技術(shù)，符合國(guó)際上的排放要求，基建投資適度，能量回收綜合利用合理，是最具進(jìn)展的流程。缺點(diǎn)是流程復(fù)雜，設(shè)備制造要求高，操作操縱要求嚴(yán)，治理水平要求高。衡量一種工藝流程優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，要緊是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和設(shè)備的投資。而氨氧化法生產(chǎn)稀硝酸的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要緊包括氨耗、鉑耗、電耗和冷卻水消耗等。表2三種稀硝酸生產(chǎn)工藝的要緊技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)生產(chǎn)方法常壓法加壓法綜合法項(xiàng)目常壓法中壓法高壓法常壓氧化-加壓汲取雙加壓法氧化壓力/MPa（絕）0.11～0.220.450.8～5汲取壓力/MPa（絕）0.098～0.1800.400.7～0.80.351.1氨氧化率%96～9796～9596～9796酸汲取率%85～9298～9796～99.7成品酸度%40～4550～5353～5543～4558～60尾氣NOX濃度（×10-3）5～101.0～1.52.0～2.52.5﹤0.2噸酸總氨耗/t0.308～0.3300.293～0.3040.290～0.283噸酸鉑耗/g0.06～0.10.18～0.20.06～0.13.2稀硝酸生產(chǎn)流程的確定盡管稀硝酸生產(chǎn)流程專(zhuān)門(mén)多，但衡量一個(gè)流程的優(yōu)劣應(yīng)依照實(shí)際條件的不同，如生產(chǎn)規(guī)模，成品酸濃度要求，氨原料成本及公用工程費(fèi)用等，采納不同流程。通過(guò)上節(jié)的比較，可知全中壓法與雙加壓法較優(yōu)。由于本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模是年產(chǎn)27萬(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，因此本設(shè)計(jì)選用壓法流程來(lái)生產(chǎn)稀硝酸。其工藝流程方塊圖見(jiàn)下圖：稀硝酸生產(chǎn)工藝流程圖3.3稀硝酸生產(chǎn)的要緊原理氨接觸氧化法制硝酸的總反應(yīng)式為:NH3+2O2===HNO3+H2O，反應(yīng)可分三步進(jìn)行：氨的接觸氧化過(guò)程：在催化劑的作用下，將氨氧化為一氧化氮，其反應(yīng)式為:4NH3+5O2====4NO+6H2O（1）一氧化氮氧化過(guò)程：將前一過(guò)程中生成的NO進(jìn)一步氧化成NO2，其反應(yīng)式為：2NO+O2====2NO2（2）氮氧化物的汲取過(guò)程：用水汲取二氧化氮，從而得到產(chǎn)品硝酸，其反應(yīng)式為：3NO2+H2O====2HNO3+NO（3）用此工藝可生產(chǎn)濃度為45%～60%的稀硝酸。60年代后，硝酸生產(chǎn)的技術(shù)特點(diǎn)是，采納大型化組，適當(dāng)?shù)奶岣卟僮鲏毫?。采納高效設(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。4氨的接觸氧化4.1氨的接觸氧化原理[12，13]由于催化劑和反應(yīng)條件不同，氨與氧相互作用可生成不同的產(chǎn)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)以上均為強(qiáng)烈放熱反應(yīng)。除此之外，還可能發(fā)生下列副反應(yīng)：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)由于一氧化氮是生產(chǎn)硝酸的中間物，因而希望反應(yīng)能按式（1）進(jìn)行，其余反應(yīng)則設(shè)法使之不進(jìn)行的程度專(zhuān)門(mén)小。為此，首先要研究這些反應(yīng)的特點(diǎn)，即討論在什么條件下才有利于一氧化氮的生成。依照實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下反應(yīng)式（1）～式（4）的平衡常數(shù)。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=0.1MPa）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）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從上表可知，在一定溫度下，幾個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)都專(zhuān)門(mén)大，實(shí)際上可視為不可逆反應(yīng)。比較各反應(yīng)的平衡常數(shù)，以式（3）最大。假如對(duì)反應(yīng)不加任何操縱而任其自然進(jìn)行，氨和氧的最終反應(yīng)產(chǎn)物必定是氮?dú)狻Ｓ@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)方面去努力。即要尋求一種選擇性催化劑，加速反應(yīng)式（1），同時(shí)抑制其他反應(yīng)進(jìn)行。4.2催化劑的選擇通過(guò)大量催化劑篩選實(shí)驗(yàn)，至今可供工業(yè)使用的選擇性良好的催化劑歸納起來(lái)有兩大類(lèi)。一類(lèi)是以金屬鉑為主體的鉑系催化劑。另一類(lèi)是以其它金屬為主體的催化劑，如鐵鉍催化劑、鈷鋁催化劑等，通稱(chēng)為非鉑系催化劑。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。其缺點(diǎn)是活性容易降低，活性溫度范圍較窄，且氨氧化率低，僅為80%～87%。用過(guò)的催化劑不容易點(diǎn)著，由催化劑節(jié)約的費(fèi)用并不能抵償由于原料氨耗增大所產(chǎn)生的費(fèi)用，因而非鉑系催化劑未能在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。鉑系催化劑盡管價(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。因此，國(guó)內(nèi)外用氨接觸氧化法制造硝酸均用鉑及鉑合金催化劑。通過(guò)上述比較，本設(shè)計(jì)選用鉑系催化劑。4.3鉑系催化劑[14]4.3.1化學(xué)組成以純鉑作為氨氧化催化劑，在溫度為800～900℃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。但銠比鉑昂貴的多，因此有時(shí)采納鉑銠鈀三元合金。由于鈀的加入可減少銠的用量。目前最常用的鉑、銠、鈀三元合金組成為鉑93%、銠3%、鈀4%。也有采納鉑銥合金者，如鉑99%、銥1%，其活性也專(zhuān)門(mén)高。鉑系催化劑中假如含有少量雜質(zhì)如銅、鋁、銀，尤其是鐵，都會(huì)使氨的接觸氧化率降低。因此，用來(lái)制造鉑系催化劑的鉑必須特不純凈。4.3.2物理性狀鉑催化劑通常不用載體，以利于鉑的回收；而且載體容易破裂，外露的載體會(huì)促使氨分解，降低氨氧化率。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。由于鉑的導(dǎo)熱性好，開(kāi)工時(shí)一經(jīng)點(diǎn)火即能投入生產(chǎn)，因而鉑網(wǎng)也便于再生和回收，還可使氧化爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。通常所用的鉑絲直徑為0.045~0.09mm。鉑網(wǎng)的自由面積約占整個(gè)面積的50%~60%。現(xiàn)今鉑網(wǎng)尺寸已規(guī)范化，常見(jiàn)的鉑網(wǎng)直徑規(guī)格有1.1、1.6、2、2.4、2.8、3.0m的。4.3.3鉑網(wǎng)的活化、中毒及再生（1）、活化新的鉑網(wǎng)表面光滑且有彈性，使用時(shí)不能立即獲得高的NO得率，需經(jīng)一段活化時(shí)刻才能提高。一般開(kāi)車(chē)時(shí)，新鉑網(wǎng)需要烤10-15分鐘，舊鉑網(wǎng)需要烤2-3分鐘。（2）、中毒鉑網(wǎng)對(duì)雜質(zhì)敏感，易中毒。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。氣體中含0.00002%PH3時(shí)，氨氧化率可降至80%。當(dāng)含量為0.02%時(shí)，氧化率會(huì)降至3.9%。鉑網(wǎng)永久中毒不能再生。H2S：當(dāng)氣體中含H2S濃度專(zhuān)門(mén)小時(shí)，會(huì)使鉑網(wǎng)臨時(shí)中毒。若氣體中含1%H2S時(shí)，鉑的活性就會(huì)降低百分之幾。C2H2：乙炔能使鉑網(wǎng)臨時(shí)中毒。乙炔自身能燃燒，使鉑網(wǎng)溫度升高，會(huì)使氧化率降至65%-70%。硝酸車(chē)間禁止用乙炔焊接?？列詨A對(duì)鉑網(wǎng)亦有毒害作用，并能腐蝕鉑網(wǎng)。水蒸氣雖對(duì)鉑網(wǎng)無(wú)毒，但會(huì)降低鉑網(wǎng)溫度?？諝庵泻械幕覊m（要緊是各種金屬氧化物）和氨氣中可能帶來(lái)鐵粉等機(jī)械雜質(zhì)。遮蓋在鉑網(wǎng)表面，會(huì)造成臨時(shí)中毒。此外，若氣體中夾帶潤(rùn)滑油，油燃燒后殘留的炭會(huì)滲入鉑中，也能降低催化劑活性。（3）、再生為了防止鉑催化劑中毒，必須先將原料氣嚴(yán)格凈化。即使如此，隨著工作時(shí)刻增長(zhǎng)，鉑網(wǎng)仍會(huì)逐漸中毒，故一般使用3～6個(gè)月后，就應(yīng)將它進(jìn)行再生處理，以除去毒物和污垢。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。干燥后再用氫焰灼燒，而后活化，活化時(shí)刻可比新網(wǎng)短些。如此，活性即可恢復(fù)正常。4.4氨催化氧化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[15]氨氧化生產(chǎn)NO的反應(yīng)，需有4個(gè)分子氨與5個(gè)分子氧碰撞一起才能生成NO。事實(shí)上9個(gè)分子同時(shí)碰撞在一起的概率是微小的。因此，該式只只是是反映參與反應(yīng)的反應(yīng)物之間的一種量化關(guān)系，并不代表真實(shí)的反應(yīng)機(jī)理。氨氧化生成NO的反應(yīng)機(jī)理遵循一般氣固催化反應(yīng)的差不多規(guī)律。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。曾有人認(rèn)為，在鉑網(wǎng)表面上氨的氧化，按下圖所示機(jī)理進(jìn)行。OONHoooooHHHNNHHHoooooHHHNNH催化劑鉑催化劑表面生成NO的圖解從氨氧化的反應(yīng)理論來(lái)講，預(yù)使那個(gè)反應(yīng)得以進(jìn)行，首先應(yīng)使以強(qiáng)大共價(jià)鍵相結(jié)合的氧分子(鍵能為498KJ/mol)能夠解離出氧原子。然而即使在200℃在鉑催化劑表面靠范德華力吸附而形成第一層吸附層后，剩余的范德華力仍再可吸附氨分子以形成第二層吸附層。吸附在催化劑表面的氧原子與被吸附的分子中的三個(gè)氫分不結(jié)合，通過(guò)分子重排生產(chǎn)NO和水蒸氣的吸附力較弱，兩者則從催化劑表面脫附（解吸）出來(lái)，向氣相進(jìn)行擴(kuò)散。研究認(rèn)為，在上述各時(shí)期中，以氨分子至鉑網(wǎng)表面的擴(kuò)散速度最慢的一步，因而整個(gè)反應(yīng)速度是受外擴(kuò)散所操縱。4.5工藝條件的確定原料氨在硝酸生產(chǎn)成本中占有專(zhuān)門(mén)大的比重，故在生產(chǎn)過(guò)程中必須保證氨的高氧化率（α）。按現(xiàn)今技術(shù)水平，常壓下α可達(dá)97%～98.5%，在加壓氧化下可達(dá)96%~97%。其次，應(yīng)有盡可能大的生產(chǎn)強(qiáng)度；在生產(chǎn)條件下的鉑耗為最??；最大限度的保證鉑網(wǎng)有效工作時(shí)刻，以達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、安全生產(chǎn)的目的。以下討論氨氧化的一些要緊工藝條件溫度、壓力和接觸時(shí)刻對(duì)反應(yīng)的阻礙。溫度在不同溫度下，氨氧化后的反應(yīng)生成物也不同。低溫時(shí)，要緊生成的是氮?dú)狻?50℃時(shí)，氧化反應(yīng)速率加快，氨氧化率達(dá)90%；700～1000℃時(shí)，氨氧化率為95%～98%。溫度高于1000℃時(shí)，由于一氧化氮分解，氨氧化率反而下降。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。然而溫度太高，鉑損失增大，同時(shí)對(duì)氧化爐材料要求也更高。因此一般常壓下，氧化溫度取750～850℃，加壓氧化取870～900壓力氨氧化反應(yīng)實(shí)際上可視為不可逆反應(yīng)，壓力關(guān)于NO產(chǎn)率阻礙不大，但加壓反有助于反應(yīng)速度的提高。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，加壓時(shí)氧化率比常壓時(shí)氧化率低1%～2%。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。尤其是壓力提高可大大節(jié)約NO氧化和NO2汲取所用的昂貴不銹鋼設(shè)備。生產(chǎn)中究竟采納常壓依舊加壓操作，應(yīng)視具體條件而定。一般加壓氧化采納0.3～0.5MPa壓力，國(guó)外有采納1.0MPa。由于本設(shè)計(jì)選用雙加壓法，操作壓力選為氧化壓力為0.45MPa，汲取壓力為1.1MPa。接觸時(shí)刻混合氣體在鉑網(wǎng)區(qū)的停留時(shí)刻稱(chēng)為接觸時(shí)刻。當(dāng)鉑網(wǎng)規(guī)格和層數(shù)不變時(shí)，在一定的時(shí)刻內(nèi)，流過(guò)的氣體量越大，氣流速度越快，接觸時(shí)刻也就越短，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度就越大。當(dāng)接觸時(shí)刻太長(zhǎng)即氣流速度太慢，氨在鉑網(wǎng)前高溫處停留時(shí)刻過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起氨的分解，同時(shí)還會(huì)引起已氧化生成的一氧化氮的分解，從而降低氧化率。2NH3=N2+3H22NO=N2+O2當(dāng)接觸時(shí)刻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（NH2OH）來(lái)不及在鉑網(wǎng)上分解，離開(kāi)鉑鋼后再分解，而生成氮。另外，有部分氨滑過(guò)鉑網(wǎng)，與生成的一氧化氮作用，生成氮?dú)夂退羝?，因而也降低于氨氧化率?NO+4NH3=5N2+6H2O由上述可見(jiàn)，接觸時(shí)刻太長(zhǎng)或太短均使氧化率降低。因此實(shí)際生產(chǎn)中如何選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)慕佑|時(shí)刻，關(guān)于提高氨的氧化率是特不重要的。常壓下：氣體在接觸網(wǎng)區(qū)內(nèi)的流速w≥0.3m/s；加壓時(shí)：由于反應(yīng)溫度較常壓高，鉑網(wǎng)前的溫度也升高，為幸免NH3在鉑網(wǎng)內(nèi)的接觸時(shí)刻過(guò)長(zhǎng)，加壓操作就必須采納多層鉑網(wǎng)。本設(shè)計(jì)所選用的接觸時(shí)刻見(jiàn)設(shè)備選型一章。4.6混合氣組成氨氧化的混合氣中，氧與氨的比值（O2/NH3=r），是阻礙氨氧化率的重要因素之一，當(dāng)混合氣中氧濃度增加時(shí)，r值增加，有利于NO的生成，使氧化率增加。若增加混合氣中氨濃度，則能夠提高鉑網(wǎng)的生產(chǎn)強(qiáng)度。選擇O2/NH3比值時(shí)應(yīng)全面考慮。硝酸制造過(guò)程，除氨氧化需氧外，后工序NO氧化仍需要氧氣。在選擇O2/NH3比時(shí)，還需要考慮NO氧化所需的氧量。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]=％=9.5%氨氧化時(shí)，若氨的濃度超過(guò)9.5%，則在后工序NO氧化時(shí)必須補(bǔ)加二次空氣。氧氨比在1.7~2.0時(shí)，關(guān)于保證較高的氨氧化率是適宜的。工業(yè)生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)能力，一般均采納較9.5%更高的氨濃度，通常往氨-空氣混合氣中加入純氧配制成氨-富氧空氣混合物。必須注意，氨在混合氣中的含量不得超過(guò)12.5%~13%，否則便有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。若在氨-富氧空氣中加入一些水蒸氣，能夠降低爆炸的可能性，從而可適當(dāng)提高NH3和氧的濃度。4.7爆炸及其防止[16]依照氣體的爆炸理論，任何爆炸氣體都存在著與爆炸界限所相應(yīng)的爆炸濃度。當(dāng)易爆氣體含量落于爆炸界限內(nèi)，其爆炸危險(xiǎn)性極大，若爆炸氣體含量低與后高于爆炸界限范圍則其爆炸危險(xiǎn)性就小了。若氨空氣或氨氧混合物含量大于14%，溫度為800℃阻礙氣體爆炸界限的因素較多，但要緊有如下幾點(diǎn)：①、爆炸前的溫度。溫度愈高則爆炸界限愈寬，也即講在此情況下愈易發(fā)生爆炸。下表是氨-空氣混合物的爆炸界限與溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值。氨-空氣混合物的爆炸界限氣體火焰方向爆炸極限（以NH3%計(jì)）18140250350450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、混合氣體的流向。由上表可見(jiàn)，氣體由下而上通過(guò)時(shí)，因這種情況易引起氧化爐發(fā)生振動(dòng)，故爆炸界限放寬。③、氧含量。由下表可見(jiàn)，氧含量越高，爆炸界限越寬。NH3-O2-N2混合物的爆炸界限（O2+N2）混合氣中的氧含量/%203040506080100爆炸極限NH3/%最低22171819191813.5最高31465764697782④、壓力。氨空氣混合氣的壓力越高，越易爆炸。⑤、容器的表面和容積之比。對(duì)容器的散熱速度有阻礙。比值愈大，則散熱速度愈快，愈不容易發(fā)生爆炸。⑥、當(dāng)混合氣體中有可燃性雜質(zhì)存在時(shí)，其爆炸速度和爆炸的威力增強(qiáng)。例如，當(dāng)氨一空氣混合物中含有2.2%H2時(shí)，則氨的著火下限自16%降至6.8%。⑦、水蒸汽的阻礙。完全干燥的混合氣體推動(dòng)爆炸能力。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。因此，在氨一空氣混合物中加有一定量的水蒸氣時(shí)，則可減少爆炸的危險(xiǎn)性。總而言之，為了保證安全生產(chǎn)，防止爆炸，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中要采取必要的措施。嚴(yán)格操縱操作條件，使氣流均勻通過(guò)接觸網(wǎng)，合理設(shè)計(jì)接觸氧化設(shè)備，添加水蒸汽，幸免引爆物的存在等。4.8氨接觸氧化工藝流程4.8.1空氣和氨的凈化為了防止鉑催化劑中毒，必須將空氣和氨加以?xún)艋猿テ渲械膲m埃、鐵銹、油污及差不多些有害氣體。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，他們都需要通過(guò)過(guò)濾器除雜。這是保證氧化率及安全生產(chǎn)的重要條件。凈化空氣的設(shè)備類(lèi)型專(zhuān)門(mén)多，國(guó)內(nèi)硝酸生產(chǎn)中多采納三段凈化法。空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器（D2102）(第一段：卷簾式過(guò)濾；第二段：袋式過(guò)濾；第三段：箱式過(guò)濾)三級(jí)凈化后，進(jìn)入空壓機(jī)（K2114）。增壓后出口壓力為0.45MPa(A)，分為一次空氣和二次空氣，一次空氣經(jīng)流量計(jì)FE-21003送至氨空混合器（M2101）與氣氨均勻混合。。為了防止鐵銹對(duì)鉑網(wǎng)的污染，位于氧化爐往常的系統(tǒng)管線(xiàn)全部采納鋁或鎳鉻不銹鋼等材質(zhì)制成。4.8.2混合氣體的配制氨和空氣送到鉑網(wǎng)往常務(wù)必混合均勻。這是保證氧化率和防爆的必要條件。配制混合氣體的方法有干式和濕式兩種。①、干式將氨和空氣按比例分不送入用同一電機(jī)或汽輪機(jī)帶動(dòng)的氨氣和空氣送風(fēng)機(jī)，再經(jīng)混合器制成氨一空氣混合氣。如此，即便便于調(diào)節(jié)混合氣的組成，又可在電機(jī)或汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，同時(shí)自行停止氨和空氣的輸送，從而防止一旦混合氣中氨含量過(guò)大而引起爆炸。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。留下的稀氨水則用泵送到吸氨塔循環(huán)使用。此法的優(yōu)點(diǎn)是操作穩(wěn)定，但氨水循環(huán)流程復(fù)雜，開(kāi)工是需先制得一定濃度的氨水，不如干式法簡(jiǎn)便。本設(shè)計(jì)是選用干法混合氣體。4.8.3反應(yīng)熱的利用在氨氧化流程中必須考慮反應(yīng)熱的回收利用問(wèn)題。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860℃，而后繼工序NO的氧化以及NO2的汲取都要求在低溫下進(jìn)行，因而必須設(shè)法將反應(yīng)熱加以回收。其方法是使高溫氣體通過(guò)廢熱鍋爐用以產(chǎn)生動(dòng)力蒸汽，使之驅(qū)動(dòng)蒸汽透平或產(chǎn)生飽和蒸汽以作他用。此外，依照工藝流程不同，可將部分熱量用來(lái)預(yù)熱空氣或NO2汲取后的尾氣，以節(jié)約蒸汽透平的動(dòng)力。4.8.4工藝流程簡(jiǎn)述(1)氨空混合氣的制備壓力1.3～1.5MPa(A)左右的液氨被送入蒸發(fā)器（E2101-1/2）中，蒸發(fā)為氣氨，其中約80%的液氨在NO.1蒸發(fā)器（E2101-1）中被循環(huán)于NO.1蒸發(fā)器（E2101-1）和汲取塔上部冷卻器之間的密閉循環(huán)水所蒸發(fā)。剩余的液氨在NO.2蒸發(fā)器（E2101-2）中用來(lái)自高壓反應(yīng)水冷器（E2111）的循環(huán)水所蒸發(fā)，用PIC-21001操縱蒸發(fā)壓力在0.62MPa（A）。NO.1氨蒸發(fā)器底部的油水混合物連續(xù)地用操縱閥HIC-21001排至NO.2氨蒸發(fā)器（E2101-2），并通過(guò)就地調(diào)節(jié)將積存在NO.2氨蒸發(fā)器的水份和油等雜質(zhì)排至輔助蒸發(fā)器（E2102）中，用低壓蒸汽蒸發(fā)，回收氣氨。殘留物排至排油罐（D2107）中，經(jīng)氨蒸發(fā)器蒸發(fā)的氣氨送入氨過(guò)熱器（E2103）中，用低壓蒸汽加熱由TRCA-21022操縱在100℃。氣氨通過(guò)氨過(guò)濾器（D2101）過(guò)濾凈化，在進(jìn)入氨空混合器（M2101）?？諝馔ㄟ^(guò)空氣過(guò)濾器（D2102）三級(jí)凈化后，進(jìn)入空壓機(jī)（K2114）。增壓后出口壓力為0.45MPa(A)，分為一次空氣和二次空氣，一次空氣經(jīng)流量計(jì)FE-21003送至氨空混合器（M2101）與氣氨均勻混合。氨-空混合氣比值由FFRSA-21000操縱為9.5%，以一次空氣的流量來(lái)確定氣氨的流量。氨蒸發(fā)流程圖(2)氨氧化氨-空氣混合氣在217℃送入氧化爐（R2101-1/2），通過(guò)上殼體三層分布器后均勻地分部在7層鉑催化劑網(wǎng)上，進(jìn)行氧化反應(yīng)：4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q約97%原料氨轉(zhuǎn)化為一氧化氮，同時(shí)也可能產(chǎn)生下列副反應(yīng)：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氨氧化反應(yīng)所釋放出的熱量使氧化爐內(nèi)溫度升高至860℃，工藝氣體經(jīng)氨氧化爐下部的蒸汽過(guò)熱器(E2106)和廢熱鍋爐(E2105)回收熱量后，溫度降至400℃。5一氧化氮的氧化5.1一氧化氮氧化機(jī)理氨接觸氧化后的氣體中，要緊含NO、O2、N2和水蒸汽，將一氧化氮接著氧化，便可得到氮的高級(jí)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)上述三個(gè)反應(yīng)均為放熱和體積減小的可逆反應(yīng)，因而降低溫度和增加壓力會(huì)使反應(yīng)平衡向右移動(dòng)，即有利于一氧化氮的氧化。式（2）和（3）的反應(yīng)速度較快，NO和NO2生成N2O3的速度0.1S內(nèi)便可達(dá)到平衡。NO2疊合成N2O4的速度更快，在10-4S內(nèi)便可達(dá)到平衡。NO氧化成NO2是硝酸生產(chǎn)中重要的反應(yīng)之一。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)程的操縱步驟。因而如何提高NO的氧化速度是硝酸生產(chǎn)中的一個(gè)重要問(wèn)題，而阻礙兩者的因素有溫度、壓力、NO的初始質(zhì)量和O2含量等。5.2氧化反應(yīng)的阻礙因素[17]2NO+O2====2NO2△Heq\o\ac(○,一)298=-112.6kJ①溫度有上式可知該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此降低溫度能加快NO氧化反應(yīng)速度。②壓力該反應(yīng)為體積縮小的反應(yīng)，當(dāng)其他條件一定，增加操作壓力，能夠減小反應(yīng)容積，促使平衡向右移動(dòng)，氧化所需時(shí)刻減少專(zhuān)門(mén)多，能夠大大加快NO的氧化速度。③氣體組成依照實(shí)驗(yàn)，知一氧化氮氧化反應(yīng)的反應(yīng)速度與一氧化氮和氧的濃度均成正比。因此增加氣體中NO的濃度，能夠大大加快反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)所需時(shí)刻。但實(shí)際生產(chǎn)中，一氧化氮濃度受到氨氧化過(guò)程的限制，因?yàn)榘毖趸瘯r(shí)氣體中氨的濃度小于12%，因此，要提高反應(yīng)速度，就只有增加氧濃度著手。用氨空氣混合氣進(jìn)行接觸氧化時(shí)，若氨的濃度在9.5%以上，則在以后的工序中還在添加含氧氣體（稱(chēng)二次空氣）。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。氧化所需空間盡可能小為原則，這就要確定一個(gè)最適宜濃度，一般情況下氧濃度為加入含氧氣體的1/3為宜。綜合上述，良好的NO氧化工藝條件應(yīng)是：加壓、低溫及適宜的氣體含量。5.3一氧化氮氧化的工藝流程良好的NO氧化工藝條件應(yīng)是：加壓、低溫及適宜的氣體含量。這也是NO2汲取的良好條件。NO氧化工藝過(guò)程是：廢熱鍋爐出口的氧化氮?dú)怏w流經(jīng)串聯(lián)的高溫氣—?dú)鈸Q熱器（E2107）及省煤器（E2108）溫度降至156℃，隨著溫度的降低，混合氣中的一氧化氮氧化為二氧化氮：在氨氧化反應(yīng)中生成的NO不與水反應(yīng)必須在NO2中被氧化,它與NO2化合成少量的N2O3。溫度在200℃以下的NO2是穩(wěn)定的，但低于100℃時(shí)則迅速生成N2O4。上述反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，并伴隨有體積減少的特征，因而降低溫度，提高壓力有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，并能縮短氧化時(shí)刻。一氧化氮氧化為二氧化氮的化學(xué)平衡與反應(yīng)中的溫度、壓力、組分等條件有關(guān)，當(dāng)條件改變，平衡隨之改變。那個(gè)反應(yīng)在離開(kāi)催化劑就開(kāi)始，隨著氣體的冷卻，壓力的提高以及補(bǔ)加二次空氣都有利于反應(yīng)向我們所希望的方向進(jìn)展。6氮氧化物的汲取6.1氮氧化物汲取機(jī)理一氧化氮氧化后的混合氣體中含有NO，NO2，N2O3，N2O4等氮氧化物，適應(yīng)上稱(chēng)這氣體為硝化氣，硝化氣中除一氧化氮外，均能與水發(fā)生作用，其反應(yīng)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)在汲取過(guò)程中，N2O3含量極少，因此式（3）能夠忽略。而式（1）和式（2）的反應(yīng)結(jié)果，差不多上生成等到分子的HNO3和HNO2，其中亞硝酸性質(zhì)較爽朗是專(zhuān)門(mén)不穩(wěn)定的，只有在溫度低于0℃，而且濃度微小時(shí)才能穩(wěn)定存在。因此，在一般工業(yè)條件下，HNO23HNO2====HNO3+2NO+H2O△Heq\o\ac(○,一)298=75.9kJ因而，用水汲取氮氧化物總反應(yīng)式能夠?qū)懗桑?NO2+H2O====2HNO3+NO△Heq\o\ac(○,一)298=-136.2kJ從上式能夠看出，用水汲取NO2時(shí)，只有2/3NO2轉(zhuǎn)化為HNO3，而1/3NO2轉(zhuǎn)化為NO。工業(yè)生產(chǎn)中，需將這部分NO重新氧化和汲取。6.2工藝條件的確定6.2.1汲取溫度NO2用水汲取的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向生成硝酸的有利方向移動(dòng)。同時(shí)，NO的氧化速度也隨溫度的降低而加快。當(dāng)汲取度不變時(shí)，降低溫度可使汲取容積變小。因此不管從提高成品酸的濃度依舊從提到汲取設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，降低溫度差不多上有利的。由于NO2汲取和NO氧化放出大量的熱，因此在汲取過(guò)程中要及時(shí)除去這些熱量以保證較低的汲取溫度，除去熱量的方法一般差不多上用水，由于受到冷卻水溫度的限制，汲取溫度一般在20～35℃，若要進(jìn)一步降溫，需利用液氨冷卻鹽水移去反應(yīng)熱，可使汲取溫度降至0℃6.2.2操作壓力提高壓力，不僅可使汲取向生成硝酸方向移動(dòng)，而且能夠加快反應(yīng)速率。同時(shí)，加壓能夠大大減少汲取窖，從而可降低設(shè)備所需不銹鋼的費(fèi)用。但壓力不可選擇過(guò)高，假如壓力過(guò)高，則動(dòng)力消耗增加的多，二則汲取設(shè)備對(duì)材料的需求更為苛刻。因此，最適宜的操作壓力的確定要全面衡量，通常依照汲取塔造價(jià)，壓縮機(jī)及尾氣膨脹機(jī)價(jià)格，電能消耗以及成品酸濃度要求等因素決定。6.2.3氣體組成這要緊是針對(duì)氣體混合物中氮氧化物和氧的含量而言的。①氮氧化物的含量依照汲取反應(yīng)的平衡所知，要提高產(chǎn)品酸的濃度，首先要提高NO2的含量，或者要提高NO的氧化度。為此，氣體在進(jìn)入汲取塔前必須通過(guò)充分的氧化，以提高NO2的濃度。②氧的濃度如前所述，當(dāng)氨一空氣混合氣體中氨濃度大于9.5%時(shí)，在汲取部分必須補(bǔ)加二次空氣。由于NO氧化與NO2汲取同時(shí)進(jìn)行，以至于專(zhuān)門(mén)難確定最適宜的氧含量。通常是操縱汲取后尾氣中氧濃度在3%～5%左右。若尾氣中的氧含量太高，講明前面補(bǔ)加的二次空氣太多，稀釋了氮氧化物的濃度，導(dǎo)致處理氣量大，阻力高。反之，若尾氣中氧含量太低，講明補(bǔ)加空氣量少，不利于氧化。6.3汲取工藝流程氧化氮?dú)膺M(jìn)入低壓反應(yīng)水冷凝器（E2109），用冷卻水冷卻到40℃可由TI21042讀出。酸氣混合物送至氧化氮?dú)夥蛛x器，分離出34%的硝酸的稀硝酸用稀酸泵（P2104-1/2）送至汲取塔相應(yīng)濃度塔板上。分離后的氧化氮?dú)怏w和來(lái)自漂白塔(C2102)的二次空氣混合，在氧化氮?dú)鈮嚎s機(jī)(K2113)中壓縮至1.1MPa（A）,186.8℃后，經(jīng)尾氣預(yù)熱器（E2110）冷卻，進(jìn)入高壓反應(yīng)水冷凝器（E2111）進(jìn)一步冷卻到40℃，氧化氮?dú)夂屠淠嵋黄鹚腿爰橙∷撞?。在汲取塔塔板上氧化氮?dú)獗凰橙∩上跛?，總反?yīng)如下：3NO2+H2O=2HNO3+NO+142kcal/kg汲取工藝氣體所需的工藝水由工藝水泵(P2103-1/2)送至汲取塔頂部，與塔底進(jìn)入的氧化氮?dú)怏w逆流接觸，在汲取塔塔板上冷卻盤(pán)管（1-8層用循環(huán)水冷卻，9-26層用閉路循環(huán)水冷卻，27-32層用溴化鋰?yán)鋬鰴C(jī)組出來(lái)的冷凍水冷卻）移走汲取熱和氧化熱，在汲取塔底生成濃度為60%的稀硝酸，進(jìn)入漂白塔頂部塔板，由漂白塔底部通入二次空氣氣提出溶解在酸中的NOx氣體。在開(kāi)工時(shí)期時(shí)，存入開(kāi)工酸槽（D2109）的不合格酸，經(jīng)開(kāi)工酸泵（P2105）送入到硝酸汲取塔的第6、14、24層塔板上回收。(4)脫硝硝酸汲取塔中所生成的酸溶液中含有亞硝氣體，使酸帶有綠色，用熱空氣氣提的方法去除酸溶液中的亞硝氣。來(lái)自硝酸汲取塔的成品酸送至漂白塔（C2102）塔板上，從空壓機(jī)出來(lái)的二次空氣先在二次空氣冷卻器中被來(lái)自汲取塔的尾氣冷卻到約120℃后進(jìn)入漂白塔底部，與來(lái)自硝酸汲取塔的成品酸逆流接觸，漂白后的氣體與氧化氮分離器出來(lái)的氧化氮?dú)怏w混合后進(jìn)入氧化氮壓縮機(jī)。經(jīng)漂白后的成品酸含HNO2<100ppm，在酸冷卻器（E2114）中用冷卻水冷卻到50℃，由LICA21009操縱漂白塔的液位送往成品酸槽。酸冷卻器出口的酸溫度和流量由TI21030和FRQ21007上讀出。7工藝計(jì)算7.1物料衡算[18]當(dāng)選用雙加壓法時(shí)，由2.2節(jié)的表3可知：（1）生產(chǎn)時(shí)刻：除設(shè)備檢修及放假時(shí)刻，全年的生產(chǎn)時(shí)刻為300天，即7200h；（2）氨氣的進(jìn)口濃度為：10.50~11.80%（V/V）；（3）以氨計(jì)，全廠(chǎng)收率為98％；（4）氧化反應(yīng)收率為96％；（5）生產(chǎn)的硝酸濃度為58~62%（W/W）；（6）尾氣組成中含0.2％（V/V）的NO?；鶞?zhǔn)：反應(yīng)器進(jìn)料100kmolNH3。7.1.1反應(yīng)器（氧化）在氧化反應(yīng)器中要緊反應(yīng)為：反應(yīng)1：NH3(g)+O2(g)→NO(g)+H2O(g)△Hro=-226334kJ/kmol反應(yīng)2:NH3(g)+O2(g)→N2(g)+H2O(g)△Hro=-316776kJ/kmol反應(yīng)3:NH3(g)+NO(g)→N2(g)+H2O(g)△Hro=-452435kJ/kmolNH3空氣氧化器物料衡算圖1對(duì)反應(yīng)1,NH3空氣氧化器物料衡算圖1所需的氧(O2)=96×=120kmol生成的水(H2O)=96×=144kmol其余4%的氨(NH3)反應(yīng)生成氮(N2)，生產(chǎn)1mol氮（N2）需氧（O2）為3/2mol，由反應(yīng)式2,得：生成氮==2kmol所需氧=4×=3kmol生成水=4×=6kmol因此，所需氧總量=120+3=123kmol生成水總量=144+6=150kmol向反應(yīng)器供給的空氣是過(guò)量的，一方面使氨濃度低于爆炸極限（氨濃度為10.50~11.80%），同時(shí)可使一氧化氮氧化成二氧化氮。反應(yīng)４：NO(g)+O2(g)→NO2(g)△Hro=57120kJ/kmol氨的進(jìn)口濃度取為11%（V/V），故供給的空氣量=100/11×100=909kmol空氣組成:79%N2,21%O2（V/V）因此進(jìn)入氧化爐的氧和氮的流量:氧(O2)=909×0.21=191kmol氮(N2)=909×0.79=718kmol未反應(yīng)的氧，即出口物流中的氧=191－123=68kmol出口物流中的氮為空氣中的氮和氨氧化反應(yīng)中生成的氮的總和。出口物流中的氮=718+2=720kmol計(jì)算結(jié)果，物流組成如下:物料衡算表1物料進(jìn)料(3)出料(4)kmolkgkmolkgNH310017000NO0962880H2O微量1502700O21916112682176N27182010472020160∑2791627916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(NO2)，但氧化器溫度在870至900℃時(shí)量較小,一般?。?）總輸入量應(yīng)等于總輸出量。總量的計(jì)算，可校核物料平衡的計(jì)算。7.1.2廢熱鍋爐（WHB）和冷卻-冷凝器離開(kāi)氧化爐的氣體，經(jīng)廢熱鍋爐、蒸汽過(guò)熱器和冷卻—冷凝器換熱溫度降低。在廢熱鍋爐、蒸汽過(guò)熱器中，盡管沒(méi)有物料的分離，但組分發(fā)生變化，溫度也下降了。氧化的量取決于停下時(shí)刻和溫度，在冷卻—冷凝器的出口差不多上達(dá)到了完全氧化，冷凝的氣體和水形成30～40%（W/W）的稀硝酸。冷卻—冷凝器的平衡進(jìn)口物料與氧化爐出口物流4組成相同。設(shè)冷卻—冷凝器溫度為40℃，冷卻水的最高溫度約為30℃。如此兩者溫差約為10℃。假如離開(kāi)單元的組成取為35%（w/w），假定在出口溫度下，氣體與冷凝液體處于平衡，如此就能夠估算氣相組成。在40℃，45%硝酸液面上水的蒸氣壓力為=5.16×10-3第一次試差,假定在進(jìn)口物流中所有水都冷凝,則冷凝的水為：150kmol=2700kg二氧化氮和這些水結(jié)合成35%的溶液反應(yīng)5:3NO2+H2O→2HNO3+NO為方便計(jì)算，在計(jì)算中取冷凝液100kmolHNO3(100%)作為輔助基準(zhǔn):對(duì)反應(yīng)5,形成100kmolHNO3所需的水量=100×=50kmol=900kg，100kmolHNO3質(zhì)量=100×63=6300kg將100%硝酸稀釋至35%硝酸所需的水為：=11700kg形成稀硝酸的總的水量=900+11700=12600kg將此計(jì)算基準(zhǔn)換算至原先100kmol氨(NH3)進(jìn)料量基準(zhǔn):形成硝酸(HNO3)==100×=21.4kmol反應(yīng)5消耗的二氧化氮(NO2)=21.4×=32.1kmol生成一氧化氮(NO)=21.4=10.7kmol反應(yīng)所需的水(H2O)=21.4=10.7kmol未與二氧化氮(NO2)反應(yīng)的冷凝水量=150-10.7=139.3kmol離開(kāi)冷凝器氣體中，未氧化的一氧化氮（NO）量取決于停留時(shí)刻及進(jìn)口物流中一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）的濃度。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，平衡計(jì)算時(shí)出口氣體中一氧化氮（NO）的量取為在冷凝器中汲取二氧化氮（NO2）形成硝酸時(shí)所生成的一氧化氮（NO）量。出口氣體中一氧化氮（NO）為10.7kmol。如此在出口物流中未反應(yīng)的氧能夠由單元氮氧化物及氧的平衡式計(jì)算得到。氮氧化物平衡進(jìn)料(NO+NO2)總量為物流4中的一氧化氮(NO)=96kmol，其中21.4kmol是作為HNO3形式離開(kāi)的，因此出口氣流中(NO+NO2)量=96-21.4=74.6kmol，假定一氧化氮為10.7kmol,則出口氣體中二氧化氮量=7406-10.7=63.9kmol。氧平衡假定未反應(yīng)的氧(O2)為Xkmol，離開(kāi)此單元的氧為:（+NO2+X+（HNO3+H2O=（+63.9+X）+(×21.4+)=（171+X）kmol進(jìn)入單元的氧=(+O2+=＋68＋=191kmol由氧平衡得未反應(yīng)氧(O2)X=191-171=20.0kmol以下對(duì)第一次試差時(shí)，所有的水蒸氣都冷凝的假設(shè)進(jìn)行校核。在氣流中的水量=總流量×摩爾分率。氣體總流量（忽略水）為10.7+63.9+20+720=804.6kmol,水的摩爾分率可能為：5.16×10-3，因此水蒸汽=804.6×5.16×10-3=4.2kmol冷凝水=139.3-4.2=135.1kmol應(yīng)用此值重新計(jì)算，能夠得到更好的近似值。然而酸，氮氧化物，氧和水的流量變化較小，因此，只要改變?cè)仍跉饬髦械睦淠考纯伞Ｎ锪?6)中水=4.2kmol=75.6kg物流(7)中水=139.3-4.2=135.1kmol=2431.8kg計(jì)算結(jié)果，物流組成如下：物料衡算表2物料氣流(6)酸(7)kmolkgkmolkgNO10.7321微量NO263.92939.4微量O220.0640N272020160HNO321.41348.2N2O4.275.6135.12431.8∑24136.03780.0校核：物料(6)+(7)總量=24136.0+3780.0=27916kg與物流(4)出口總量27916kg相同。7.1.3汲取塔在汲取塔，氣體中的二氧化氮(NO2)是用水汲取，生產(chǎn)約52%（W/W）的酸，為了使進(jìn)口氣體中的NO氧化生成NO2，必須供給足夠的氧，氧化速率取決于氧的濃度，因此氧總是過(guò)量的，在較好操作情況下，從汲取塔排放的尾氣中應(yīng)含有約3%O2。物料衡算圖2物料衡算圖2物料(6)組成為：進(jìn)入汲取塔進(jìn)口物流中：一氧化氮(NO)為10.7kmol，氧(O2)為20.0kmol將物流中一氧化氮(NO)氧化為二氧化氮(NO2)所需的氧，依照反應(yīng)式(4),得氧(O2)為=5.35kmol。因此，進(jìn)口物流中游離的氧=20.0-5.35=14.65kmol將反應(yīng)（4）和反應(yīng)（5）結(jié)合，得汲取二氧化氮(NO2)，生產(chǎn)硝酸的總反應(yīng)式：反應(yīng)式6：4NO2+2H2O+O2→4HNO3應(yīng)用這一反應(yīng)，在汲取塔氧化生成一氧化氮(NO)所需的氧為：[（NO+NO2）物料6中]×=（63.9+10.7）×=18.65kmol如此，除進(jìn)口氣體中的氧量外，完全氧化所需的氧(O2)為：18.65-14.65=4kmol設(shè)二次空氣的流量為ykmol，因此，二次空氣中的氧(O2)為0.21ykmol，其中4kmol的氧在汲取塔中和一氧化氮(NO)反應(yīng)，因此尾氣中游離的氧為（0.21y-4）kmol。進(jìn)入汲取塔的氮(N2)量不發(fā)生變化，因此在尾氣中：氮=從冷凝器進(jìn)入汲取塔的氮+二次空氣中的氮=（720+0.79y）kmol尾氣中其他組分的量可忽略，要緊是氮(N2)和氧(O2)的量，因此尾氣中氧(O2)的百分?jǐn)?shù)為：=3由此得y=141.6kmol尾氣中的氧(O2)=141.6×0.21-4=25.7kmol尾氣中的氮(N2)=141.6×0.79+720=831.9kmol在尾氣中將含有0.1%～0.15%一氧化氮(NO),若以0.1%計(jì)，則尾氣組成中一氧化氮(NO)量為：總流量×0.001=（N2+O2）流量×0.001=（831.9+25.7）×0.001=0.86kmol二次空氣的量是依照所有氮氧化物被汲取的假定計(jì)算的，其也能夠由尾氣中O2濃度假定值計(jì)算得到，這一數(shù)值可不能變化，然而尾氣中的的數(shù)值要進(jìn)行校正，以滿(mǎn)足平衡的要求。從反應(yīng)(4)和反應(yīng)(6)能夠計(jì)算未反應(yīng)的氧(O2)，由于0.86Kmol的一氧化氮(NO)未被氧化或汲取，因此尾氣中的(O2)調(diào)整為：25.7+0.86（）=26.3kmol在進(jìn)口水溫，例如25℃時(shí)，尾氣將被水所飽和。25℃時(shí)，水的分壓為2.12kPa，汲取器壓力為450MPa水的摩爾分率為：=4.7×10-3尾氣中的水為（831.9+25.7）×4.7×10-3=4.0kmol物流（11），所需的水：除在尾氣中同意的一氧化氮(NO)量外，汲取氮氧化物等于生成硝酸(HNO3),（反應(yīng)式6）(63.9+10.7)-0.85=73.75kmol=4646.25kg由反應(yīng)6,化學(xué)計(jì)量計(jì)算所需的水為：×2=36.88kmol離開(kāi)汲取器的酸濃度取為52%（W/W），稀釋水為=4288.85kg=238.27kmol因此，包括進(jìn)口物流（6）中的水蒸氣，而不計(jì)二次空氣的少量水，則總水量為：36.88+238.27+4.0-4.2=27.5kmol計(jì)算結(jié)果，物流組成如下：物料衡算表3物流二次空氣(8)進(jìn)口(9)尾氣(10)進(jìn)料水(11)酸(12)kmolkgkmolkgkmolkgkmolkgkmolkgNO10.7321.00.8525.8NO263.92939.4微O229.7950.449.71590.426.3841.6N2111.93133.2831.923293.4831.923293.2HNO373.754646.25H2O微4.275.64.072.0275.04950238.2742288.85∑4083.628219.824232.649508935.1總量校核：物流(6)+(8)=(9)?24136.0+4083.6=28219.828219.6=28219.8(相近)物流(9)+(11)=(10)+(12)？28219.8+4950=24232.6+8935.133169.8=33167.7（接近）7.1.4生成的酸從冷凝器HNO3=21.4kmol=1348.2kgH2O=135.1kmol=2431.8kg從汲取器HNO3=73.75kmol=4646.25kgH2O=283.27kmol=4288.85kg總量HNO3=1348.2+4646.25=5994.45kgH2O=2431.8+4288.85=6720.65kg因此HNO3+H2O=12715.1kg混酸濃度=×100%=47.2%物料衡算表4物料生成的酸（13）kmolkgHNO395.155994.45H2O418.376720.65∑127總收率總收率可由氮平衡計(jì)算得到：收率=×100%=%=95.15%7.1.6放大至所需生產(chǎn)的速率本設(shè)計(jì)任務(wù)是生產(chǎn)27萬(wàn)噸/年（58%）的稀硝酸。=4333.33kg/h=68.78kmol/h計(jì)算基準(zhǔn)為100kmolNH3，能夠生產(chǎn)5994.45kgHNO3，故放大因子為=0.72不計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的損失，將所有物流乘以這一因子，例如從冷凝器出來(lái)的物流（6）：物料衡算表5物料100kmolNH3基準(zhǔn)質(zhì)量/kg放大因子3.12萬(wàn)噸/年的質(zhì)量流速/kg/hNO321.0×0.72231.12NO22939.42116.37O2640.0460.8N22016014515.2H2O75.654.43∑2413617377.927.2能量衡算[19，20]基準(zhǔn)：1h7.2.1壓縮機(jī)（透平機(jī)）計(jì)算壓縮機(jī)功率及其所需能量空氣總量=