硝酸部分概要.pptxVIP

第十章硫酸与硝酸 Sulfuric Acid ＆Nitric Acid;Nitric Acid;10.2 硝 酸 (Nitric acid);表1 浓硝酸标准（GB337-84）;用途：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???生产浓度为45％~60％的稀硝酸。;10.2.2 稀硝酸生产过程;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。目前最好的选择性催化剂是铂。;2．氨氧化催化剂;（1）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。;3．氨催化氧化反应动力学;图 铂催化剂表面生成NO机理图解;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。;4．氨催化氧化工艺条件的选择 ;（2）压力;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： ;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）。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。;;氧和氨比值(v=O2/NH3）是影响氨氧化率的重要因素。 ↑混合气中的[氧]→↑氨氧化率； ↑混合气中的[氨]→↑铂催化剂的生产强度。 选择v时，还要考虑后工序NO氧化需要的氧气。 总反应式： NH3＋2O2 → HNO3＋H2O (8) 当v＝O2/NH3=2，设氨为 1 mol，则氨浓度为 因此，若氨的浓度超过9.5％，后工序必须补加二次空气。注意，氨在混合气中的含量不得超过12.5%~13%，否则便有爆炸的危险。;气体火焰方向;5．氨催化氧化工艺流程及反应器 ;工艺过程:空气由净化器顶部进入，除去空气中部分机械杂质和一些可溶性气体。然后进入袋式过滤器，进一步净化后进气体混合器。氨经氨过滤器除去油类和机械杂质后，在混合器中与空气混合、预热到70~90℃，然后进入纸板过滤器进行最后的精细过滤。过滤后的气体进入氧化炉，通过790~820℃的铂网，氨氧化为NO气体。 高温反应后的气体进入废热锅炉，逐步冷却到170~190℃，然后进入混合预热器，继续降温到110℃，进入气体冷却器，再冷却到40~55℃后进入透平机。;(2)主要设备;;该氧化炉直径为3m，采用5张铂-铑-钯网和一张纯铂网。该装置上部为氧化炉，下部为立式列管换热器。氨-空气混合气由氧化炉顶部进入，经气体分布板、铝环和不锈钢环，在铂-铑合金网上进行氨氧化反应。;二、一氧化氮的氧化;三个反应：可逆放热、摩尔数减少→降低反应温度，增加压力有利于NO氧化反应。;1．一氧化氮氧化反应的化学平衡 ;在低温下会有更多的NO2迭合成N2O4，达到平衡时，混合物组成可由平衡常数Kp3求得。 Kp3与温度的关系是： ;2．一氧化氮氧化的反应速度;NO氧化反应时间的计算;NO氧化时间的计算公式解的结果如图所示;（1）αNO↑，τ的增加呈非线性；αNO较小时， τ的增加也较小；αNO较大时，τ的增幅较大。如完全氧化NO， τ将会很长。 （2）其他条件一定，↓T→Kp↑。当αNO与γ也一定时，τ↓。说明： ↓T不仅有利于化学平衡，而且可以增加反应速度（这是一个不合常理的有趣现象，有关机理请自己看资料）。 （3）其他条件一定，改变p，对Kp影响较小，可以近似看作τ与p2成反比。↑p，可大幅减小τ。说明：加压可大大提高反应速度。;3