最新无机物工艺2-硝酸教学讲义PPT.ppt

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1、无机物工艺2-硝酸硝酸(Nitricacid)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：（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：2.1概述（3.2.1）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。硝酸的生产1、浓硫酸分解硝石（NaNO3）由于原料受限，且需要硫酸，因此未广泛采用。2、电弧法自空气中氮和氧直接合成NO，再进一步制成硝酸。电能消耗太大而被淘汰。3、氨接触氧化法制硝酸

2、。目前，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。我国硝酸工业发展现状常压法/万t综合法/万t双加压法/万t总产量/万t世界排名解放初0.450.452007年70512008年4008001至2008年底我国已拥有先进的双加压法工艺的硝酸生产装置20套，占我国硝酸总产能的50%，大大缩短了我国与世界先进水平的差距。但我国还不算是硝酸工业强国，世界发达国家均普遍采用27万t级和50万t级硝酸装置，我国年产27万t双加压法完全国

3、产化硝酸装置目前国内仅有几家企业正在筹建，随着取缔和关闭落后生产装置，淘汰配置低、规模小、能耗高的装置，我国硝酸工业正在向规模化发展2.2稀硝酸生产过程（1）氨氧化反应氨和氧可进行下面三个反应：4NH3+5O24NO+6H2OΔH1=-907.28kJ/mol(2)4NH3+4O22N2O+6H2OΔH2=-1104.9kJ/mol(3)4NH3+3O22N2+6H2OΔH3=-1269.02kJ/mol(4)另外，还能发生下列三个反应：2NH3N2+3H2ΔH4=91.69kJ/mol(5)2NON2＋O2

4、ΔH5=180.6kJ/mol(6)4NH3＋6NO5N2＋6H2OΔH6=1810.8kJ/mol(7)不同温度下，氨氧化和氨分解反应的平衡常数见表3.14。由表中可看出，在一定温度下，反应的平衡常数皆很大。如果对反应不加控制，氨和氧反应的最终产物必然是氮气。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催化剂有两大类：一类是铂系催化剂；另一类是非铂系催化剂。①铂系催化剂铂系催化剂以

5、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。②非铂系催化剂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。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

6、糙，以增大接触面积。（3）氨催化氧化反应动力学一个反应机理是：①铂吸附氧的能力极强，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氨分子，随之氨分子中氮和氢原子分别与氧原子结合。③在铂催化剂活性中心进行电子重排，生成一氧化氮和水蒸气。④铂催化剂对一氧化氮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。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

7、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。（4）氨氧化工艺条件的选择主要因素有氨氧化率，生产强度和铂损失。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，操作温度可相应提高，但不应超过900℃。②压力氨氧化反应实际上可视为不可逆反应，压力对于NO产率影响不大，但加压有助于反应速度的提高。一般加压氧化压

8、力0.3~0.5MPa，综合法流程中氨氧化为常压，NO2吸收为加压，以兼顾两者之优点。③接触时间接触时间应适当。时间太短，氨来不及氧化，使氧化率降低；时间太长，氨在铂网前高温区停留过久，容易分解，也会降低氨氧化率。考虑到铂网的弯曲因素，接触时间可由下式计算：(3.2.3)式中Pk——操作压力；Tk——操作温度；f——铂网自由空间体积百分率。其余符号意义同动力学方程。催化剂的生产强度与接触时间有关(3