稀硝酸工艺设计(毕业设计).doc

年产6万吨稀***车间的工艺设计
稀***生产流程的确定
本设计选用中压法流程来生产稀***。其工艺流程方块图见下图:
液氨
氨过滤器
氨预热器
氨蒸发器
文氏管混合器
混合过滤器
氧化炉
空气
泥袋过滤器
空气透平压缩机机
素瓷
过滤器
副产蒸汽
水冷却器
尾气预热器
水加热器
废热锅炉
尾气
尾气透机平
放空
第一吸收塔
第二吸收塔
10%~11%稀***
冷凝水
二次空气
稀***生产工艺流程图
稀***生产的主要原理
氨接触氧化法制***的总反应式为:NH3+2O2===HNO3+H2O,反应可分三步进行:
氨的接触氧化过程:在催化剂的作用下,将氨氧化为一氧化氮,其反应式为:
4NH3+5O2====4NO+6H2O (1)
一氧化氮氧化过程:将前一过程中生成的NO进一步氧化成NO2,其反应式为:
2NO+O2====2NO2 (2)
氮氧化物的吸收过程:用水吸收二氧化氮,从而得到产品***,其反应式为:
3NO2+H2O====2HNO3+NO (3)
用此工艺可生产浓度为45%~60%的稀***。
工艺条件的确定
原料氨在***生产成本中占有很大的比重,故在生产过程中必须保证氨的高氧化率(α)。按现今技术水平,常压下α可达97%~%,在加压氧化下可达96%~97%。
其次,应有尽可能大的生产强度;在生产条件下的铂耗为最小;最大限度的保证铂网有效工作时间,以达到稳产、高产、安全生产的目的。以下讨论氨氧化的一些主要工艺条件温度、压力和接触时间对反应的影响。
温度在不同温度下,氨氧化后的反应生成物也不同。低温时,主要生成的是氮气。650℃时,氧化反应速率加快,氨氧化率达90%;700~1000℃时,氨氧化率为95%~98%。温度高于1000℃时,由于一氧化氮分解,氨氧化率反而下降。在650~1000℃范围内,温度升高,反应速率加快,氨氧化率也提高。但是温度太高,铂损失增大,同时对氧化炉材料要求也更高。因此一般常压下,氧化温度取750~850℃,加压氧化取870~900℃为宜。
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,但加压反有助于反应速度的提高。在工业生产条件下,加压时氧化率比常压时氧化率低1%~2%。尽管加压可导致氨氧化率降低,但由于反应速度的提高可使催化剂的生产强度增大。尤其是压力提高可大大节省NO氧化和NO2吸收所用的昂贵不锈钢设备。生产中究竟采用常压还是加压操作,应视具体条件而定。~,。
由于本设计选用全中压法,。
接触时间混合气体在铂网区的停留时间称为接触时间。当铂网规格和层数不变时,在一定的时间内,流过的气体量越大,气流速度越快,接触时间也就越短,催化剂的生产强度就越大。
当接触时间太长即气流速度太慢,氨在铂网前高温处停留时间过长,会引起氨的分解,同时还会引起已氧化生成的一氧化氮的分解,从而降低氧化率。
2NH3=N2+3H2
2NO=N2+O2
当接触时间太短即气流速度太快时,在铂网上生产的中间产物羟氨(NH2OH)来不及在铂网上分解,离开铂钢后再分解,而生成氮。另外,有部分氨滑过铂网,与生成的一氧化氮作用,生成氮气和水蒸汽,因而也降低于氨氧化率。 6NO+4NH3=5N2+6H2O
由上述可见,接触时间太长或太短均使氧化率降低。因此实际生产中如何选择一个适当的接触时间,对于提高氨的氧化率是非常重要的。
常压下:气体在接触网区内的流速w≥;加压时:由于反应温度较常压高,铂网前的温度也升高,为避免NH3在铂网内的接触时间过长,加压操作就必须采用多层铂网。
本设计所选用的接触时间见设备选型一章。
混合气组成
氨氧化的混合气中,氧与氨的比值(O2/NH3=r),是影响氨氧化率的重要因素之一,当混合气中氧浓度增加时,r值增加,有利于NO的生成,使氧化率增加。若增加混合气中氨浓度,则可以提高铂网的生产强度。选择O2/NH3比值时应全面考虑。
***制造过程,除氨氧化需氧外,后工序NO氧化仍需要氧气。在选择O2/NH3比时,还需要考虑NO氧化所需的氧量。因此,需考虑总反应式:
NH3+2O2===HNO3+H2O
式中, r= O2/NH3=2,配制r=的氨空气混合气,假设氨为1mol,则氨浓度可由下式算出[NH3]=%=%
氨氧化时,%,则在后工序NO氧化时必须补加二次空气。~,对于保证较高的氨氧化率是适宜的。工业生产中,为提高生产能力,%更高的氨浓度,通常往氨-空气混合气中加入纯氧配制成氨-富氧空