最新第十章--硝酸部分教学讲义PPT.ppt

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1、第十章--硝酸部分NitricAcid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(Nitricacid)10.2.1概述纯硝酸（100％HNO

2、3）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。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，抑制不希望的反应。目前最好的选择

3、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

4、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。(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

5、制步骤。一般认为，氨氧化的反应速度受外扩散控制。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。

6、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。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。（３）接触时间考虑到铂网的

7、弯曲因素，接触时间可由下式计算：式中：Pk——操作压力；Tk——操作温度；f——铂网自由空间体积百分率。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。接触时间（τ0）正比于网数（m），反比于气体流量（V0）要求：常压下，气体在接触网区内的流速≥0.3m/s；加压操作，流速应更大。◆接触时间计算公式◆催化剂的生产强度与接触时间有关在其它条件一定时，铂催化剂的生产强度与接触时间成反比（即与气流速度成正比）。

8、在900℃及O2／NH3＝2的条件下，不同初始氨含量co时，氨的氧化率与生产强度的关系见下图。◆生产强度◆由图可看出，对应于某一个氨含量co，有一个氧化率最大时的催化剂生产强度A。工业生产中催化剂的生产强度可达900~1000kgNH3/(m2·d)，氨氧化率可保证在98.5％左右。氧和氨比值(v=O2/NH3）是影