第十章_硝酸部分.ppt

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1、第十章硫酸与硝酸SulfuricAcid＆NitricAcidChemicalTechnologyNitricAcid本节学习要求1．熟练掌握的内容氨氧化反应的化学平衡及动力学，反应用催化剂及工艺条件；一氧化氮氧化反应的热力学及动力学；氮氧化物吸收工艺条件的选择及氮氧化物尾气处理；硝酸镁法制造浓硝酸的基本原理。2．理解的内容氨-空气混合物的爆炸权限；一氧化氮氧化时间的计算；氮氧化物吸收平衡的解析及图解计算。3．了解的内容稀硝酸生产的总流程及其技术发展的动态；硝酸的性质和用途；气治理的有效方法；氨氧化过程的物料衡算。硝酸生产中尾10.2硝酸(Nitrica

2、cid)10.2.1概述纯硝酸（100％HNO3）为无色液体，可使动物窒息,有刺激性气味，常温下能分解：４HNO3→4NO2+O2+H2O（1）释放出的NO2溶于硝酸而呈黄色。硝酸能以任意比例溶解于水，并放出稀释热,稀释热可用下式计算：式中：Q—稀释热，J/mol；m—纯硝酸的物质的量，mol；n——水与纯硝酸的摩尔比。表1浓硝酸标准（GB337-84）指标名称一级品二级品硝酸(HNO3)含量/%≥98.297.2亚硝酸(HNO2)含量/%≤0.150.20硫酸(H2SO4)含量/%≤0.080.10灼烧残渣含量/%≤0.020.04用途：

3、制造化肥——硝酸铵和硝酸磷肥；制造硝酸盐——钠、镁、锂、铷等金属的硝酸盐；作有机合成原料，浓硝酸可将苯、蒽、萘和其它芳香族化合物硝化制取有机原料；制造草酸；用于军工，制取TNT炸药，或精制提取核原料；用于合成香料；硝酸还用于化学试剂及有色金属酸洗。生产方法：工业硝酸皆采用氨氧化法生产。该工艺包括氨的接触氧化，一氧化氮的氧化和氮氧化物的吸收。此工艺可生产浓度为45％~60％的稀硝酸。10.2.2稀硝酸生产过程一、氨催化氧化1．氨氧化反应原理氨和氧可进行下面三个反应：4NH3+5O2→4NO+6H2OΔH1=-907.28kJ/mol(2)4NH3+4O2→

4、2N2O+6H2OΔH2=-1104.9kJ/mol(3)4NH3+3O2→2N2+6H2OΔH3=-1269.02kJ/mol(4)另外，还能发生下列三个副反应：2NH3→N2+3H2ΔH4=91.69kJ/mol(5)2NO→N2＋O2ΔH5=180.6kJ/mol(6)4NH3＋6NO→5N2＋6H2OΔH6=1810.8kJ/mol(7)在一定温度下，氨氧化和氨分解反应的平衡常数均很大。如果对反应不加控制，氨和氧反应的最终产物必然是N2。欲得到NO，不能从热力学去改变化学平衡来达到目的，只能从反应动力学方面去着手。即寻找一种选择性催化剂，抑制不希

5、望的反应。目前最好的选择性催化剂是铂。2．氨氧化催化剂氨氧化Cat☆非铂系Cat：Fe系及Co系☆铂系Cat：金属Pt（1）铂系催化剂铂系催化剂以金属铂为主体，价格昂贵，催化活性最好，机械性能和化学稳定性良好，易再生，容易点燃，操作方便，在硝酸生产中得到广泛应用。因铂难以回收，铂系催化剂不用载体。工业上将其做成丝网状。新铂网表面光滑、有弹性，但活性不好，在使用前需要进行“活化”处理，即用氢火焰进行烘烤，使之疏松、粗糙，以增大接触面积。为替代价格昂贵的铂，长期以来，对铁系及钴系催化剂进行了许多研究。因铁系催化剂氧化率不及铂网高，目前难以完全替代铂网，一般是

6、将两者联合使用。非铂催化剂价廉易得，新制备的非铂催化剂活性往往也较高，所以研制这类新催化剂仍是很有前景的。(2)非铂系催化剂3．氨催化氧化反应动力学反应机理：①铂吸附O2的能力极强，吸附的氧分子发生原子间的键断裂。②铂催化剂表面从气体中吸附NH3，随之NH3中N和H原子分别与O原子结合。③在铂催化剂活性中心进行电子重排，生成NO和水蒸气。④铂催化剂对NO和水蒸气吸附能力较弱，因此它们会离开铂催化剂表面进入气相。图铂催化剂表面生成NO机理图解铂Cat上氨氧化生成NO的过程以氨向铂Cat表面扩散为最慢，系氧化过程控制步骤。一般认为，氨氧化的反应速度受外扩散控

7、制。M.N.捷姆金导出了800~900℃间在Pt-Rh网上氨氧化反应的动力学方程：式中C0——氨空气混合气中氨的浓度，%；C1——通过铂网后氮氧化物气体中氨的浓度，%；S——铂网的比表面积，活性表面积cm2/铂网截面积cm2；m——铂网层数；d——铂丝直径，cm；V0——标准状态下的气体流量，l/h.cm2铂网面积。氨的转化率4．氨催化氧化工艺条件的选择氨催化氧化工艺条件的选择应当考虑的主要因素有：较高的氨氧化率，高生产强度和低的铂损失。（1）温度温度越高，催化剂的活性也越高。生产实践证明，要达到96%以上的氨氧化率，温度不得低于780℃。温度太高,铂的

8、损失和副反应加剧。常压下氨氧化温度取780~840℃。压力增高时，操作温度可相应