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1、目录1 前言12 总论22.1 硝酸工业的概况及发展趋势22.1.1 国外硝酸工业的现状及发展趋势22.1.2 国内硝酸工业的现状及发展趋势22.2 硝酸的性质32.2.1 硝酸的物理性质32.2.2 硝酸的化学性质42.3 硝酸的用途42.4 硝酸的毒性、安全和贮运53 稀硝酸生产流程综述63.1 各种生产方法综述63.1.1 常压法63.1.2 加压法63.1.3 综合法73.2 稀硝酸生产流程的确定83.3 稀硝酸生产的主要原理94 氨的接触氧化114.1 氨的接触氧化原理114.2 催化剂的选择124.3 铂系催化剂124.3.1 化学组成124.3.2 物理性状134.3.3 铂网的
2、活化、中毒及再生134.4 氨催化氧化的反应动力学144.5 工艺条件的确定154.6 混合气组成164.7 爆炸及其防止174.8 氨接触氧化工艺流程184.8.1 空气和氨的净化184.8.2 混合气体的配制194.8.3 反应热的利用194.8.4 工艺流程简述195 一氧化氮的氧化225.1 一氧化氮氧化机理225.2 氧化反应的影响因素225.3 一氧化氮氧化的工艺流程236 氮氧化物的吸收246.1 氮氧化物吸收机理246.2 工艺条件的确定246.2.1 吸收温度246.2.2 操作压力256.2.3 气体组成256.3 吸收工艺流程257 工艺计算277.1 物料衡算277.1
3、.1 反应器（氧化）277.1.2 废热锅炉（WHB）和冷却-冷凝器287.1.3 吸收塔317.1.4 生成的酸347.1.5 总收率347.1.6 放大至所需生产的速率357.2 能量衡算357.2.1 压缩机（透平机）357.2.2 氨气化377.2.3 氧化器378 主要设备的工艺计算和选型408.1 氨氧化炉408.1.1 设备简介408.1.2 工艺计算及选型408.2 酸吸收塔428.3 其他设备选型438.3.1 尾气透平膨胀机：向心式膨胀器P32035/1111438.3.2 离心式压缩机：DA100051439 车间设备布置4410 硝酸尾气的处理4510.1 溶液吸收法4
4、510.1.1 碱液吸收4510.1.2 亚硫酸溶液吸收法4610.1.3 延长吸收法4610.1.4 用稀硝酸加钒盐吸收法4610.1.5 硝酸吸收法4610.2 固体物质吸收或吸附法4710.2.1 固体物质吸收法4710.2.2 固体吸附法4710.3 催化还原法4711 结论49附图51参考文献52致谢54前言经过两年的学习和在车间的生产实践，我深刻理解了化工设计的真谛，本着理论与实际相结合的原则，在毕业之即专门选择了以硝酸生产为题材的毕业设计。此次毕业设计的训练，进一步巩固加深了所学的基础理论、基本技能和专业知识，使之系统化、综合化，对我以后的工作和生活起到了不可估量的作用。本设计是
5、根据系下达的毕业设计任务书进行编写的，内容是年产27万吨稀硝酸车间的工艺设计。为了全面介绍稀硝酸工艺过程设计的基本内容、基本原理，本设计共分为十章。第二章概述了硝酸的现状和趋势、硝酸的物理化学性质、用途和生产发展等；第三章较详细地论述了稀硝酸的三种生产方法和本设计生产流程的确定；第四章、第五章、第六章重点阐述了稀硝酸生产中各个环节的工艺流程及其工艺选择的原理，并在本设计结尾附有该工艺流程的CAD图；第七章进行了物料和能量的工艺计算；第八章简单介绍了主要设备的选型，并在本设计结尾附有氧化炉设计图；第九章介绍了车间的布置的基本要求和原则，并在本设计后面附有稀硝酸车间布置图；第十章介绍了目前处理硝酸
6、尾气的各种方法，并对这些方法做了合理化选择；第十一章对本设计进行了全面的总结和讨论。最后附有参考文献。本设计是以我两年来的学习和实践为依托，在指导老师和参考资料的帮助下完成的，尽管做到集中优点、克服和改善缺点。但由于本人水平有限，设计中有错误和不妥之处总是在所难免，恳切希望读者多给予批评指正。2 总论2.1 硝酸工业的概况及发展趋势2.1.1 国外硝酸工业的现状及发展趋势1目前各国硝酸工业的发展趋势是随着合成氨和硝酸磷肥的生产装置大型化而采用大机组、大装置，合理提高系统压力，提高产品浓度，降低原材料及能量的消耗，降低尾气排放浓度，以减少对大气的污染。硝酸工业形成了如下的趋势：（1）、生产规模大
7、型化，目前最大装置为2000t/d；（2）、装置高压化；（3）、产品多样化，可生产浓、稀两种产品；（4）、 尾气排放达标，目前大型装置上，特别是双加压装置已实现了15010-6的指标；（5）、催化剂不断改良；（6）、能量回收合理化；（7）、总体技术提升。由于稀硝酸是半成品，其主要用途是用于制造浓硝酸、硝酸铵等，在此，借浓硝酸在国外的生产情况来反映稀硝酸在国外的生产现状。目前，世界上浓硝酸的生产能力约为300万吨/年，2000年总产量为260万吨，我国浓硝酸产量82.48万吨，居世界首位。世界浓硝酸的装置能力如下：表1 世界浓硝酸装置能力及产量国别装置能力（万吨/年）开工率（%）美国32.510
8、0加拿大30.7590墨西哥17.466西欧82.085日本24.4580中国9092总计3002.1.2 国内硝酸工业的现状及发展趋势从近几年硝酸行业发展来看，在国内硝酸盐行业超常规发展冶金和医药等下游需求快速增长的推动下，我国硝酸行业的发展步伐大大加快。2006年全国硝酸产量达到了181.78万吨，同比增长了12.6%，增速同比下降了11.4个百分点，但依然实现较快增长，当年进口量3.12万吨，出口量1.2万吨，观消费量为183.7万吨，同比增长14.3%，表明下游需求旺盛。进入2007年，在硝酸下游消费稳中有增的利好因素下，行业继续保持着较好的增长势头，一季度硝酸累计产量为47.54万吨
9、，同比增长14.35%，进口480吨出口1854吨，表观消费量为47.4万吨，同比增长14.78%。从我国硝酸工业的发展趋势来看，2006年产能的过快增长已经使得影响行业健康发展的不利因素凸显。2006年上半年，浓硝酸企业外购的合成氨、原料煤、电力、铁路运价及各种辅助材料价格的大幅度上涨，加之因铁路提速而大增的自备槽车改造和安全评估费用，使浓硝酸的生产成本大幅度上升。而同时浓硝酸市场价格跳水，行业利润暴跌，许多企业被迫减产甚至停产，市场供应量大幅度波动，价格跌宕不稳。2007年以来，由于市场需求较旺，硝酸价格止跌回稳，5月以来强势上行，其中华东市场浓硝酸（98%）价格从4月底2300/吨上升至
10、5月上旬的2350元/吨。可见硝酸工业还是很有前景的，但高价格将诱发硝酸生产恢复，增加供应量，导致价格波动，总的看来，产能增长过快仍然是硝酸行业难以承受的压力。同时人们越来越重视环境保护。因此本设计将从节能、提高氨利用率、降低铂耗、提高成品酸、降低尾气排放等方面来降低成本从而提高工业生产的利润。2.2 硝酸的性质2.2.1 硝酸的物理性质2硝酸(nitric acid)，又名硝镪水或氮酸。纯硝酸（100% HNO3）为无色透明，具有窒息性与刺激性的液体，相对密度1.522，沸点83.4C，熔点-41.5C。硝酸腐蚀性很强, 属一级无机酸性腐蚀品，能灼伤皮肤,也能损害粘膜与呼吸道，与蛋白质接触生
11、成鲜明的黄蛋白酸黄色物质。在-41时，呈白色雪状晶体，不稳定，在常温下分解出红棕色的二氧化氮,光和热能促其分解更快,溶于水,可以任何比例混合,溶解时放热。68.4%硝酸为恒沸混合物,具有最高沸点121.9,溶点-42(75%HNO3)。工业硝酸依HNO3量多少可分为浓硝酸（96%98% HNO3）和稀硝酸（45%70% HNO3）。纯硝酸是无色透明的发烟液体,一般商品都带且有微黄色有刺激性气味。2.2.2 硝酸的化学性质3硝酸是强酸之一，氧化性很强。除金、铂及某些其它稀有金属外，各种金属都能与稀硝酸作用生成硝酸盐，如硝酸银、硝酸钠等。硝酸能使铁、铝、铬、钙等钝化而不致继续侵蚀。非金属硫、磷、硼
12、能被硝酸氧化成相应的酸，碳则被氧化成CO2。硝酸还能够使有机物氧化和硝化。硝酸作为氮的最高价(+5)水化物，具有很强的酸性，一般情况下认为硝酸的水溶液是完全电离的。浓硝酸具有强烈的硝化作用，与硫酸制成的混酸能与很多有机化合物结合成硝化物，如硝基苯、硝基萘、三硝基甲苯、硝化甘油等。浓硝酸还是强氧化剂，除金、铂、铑、铱外，可将所有金属氧化。将浓硝酸按1:3的比例与盐酸混合，其混合液称为王水。此溶液中含有氯化亚硝酰，并放出游离氯，游离氯是一种强氧化剂：HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O, 这就是各种金属包括金、铂等之所以溶于王水中的原因所在。 2.3 硝酸的用途5硝酸是基本化学工业重要的
13、产品之一，产量在各类酸中仅次于硫酸。其用途如下：（1） 制造化肥：硝酸大部分用于生产硝酸铵和硝酸磷肥。（2） 制造硝酸盐：硝酸可用于制造金属硝酸盐，如：硝酸钠、硝酸镁、硝酸锂、硝酸铷等。硝酸锂熔点264，分解温度为600，用于热交换载体。硝酸铷是制备丁二烯的催化剂。（3） 有机合成原料：浓硝酸可将苯、蒽、萘和其他芳香族化合物硝化制取有机原料。如硝酸和硫酸的混酸（工业上常用由30%与苯反应，生成硝基苯，再加氢生成苯胺，它是合成染料、医药、农药的中间体。（4） 制造草酸以农作物废料如玉米蕊、甘蔗渣、谷壳、花生壳等为原料与硝酸反应，制取草酸，硝酸与丙烯或乙烯、乙二醇作用也可制取草酸。（5） 军火工业
14、硝酸除用于制造TNT炸药，还用它精制提取核原料。钚是重要的核燃料，在精制过程中，先将钚转化成Pu(NO3)4溶液，再萃取分离。（6） 合成香料硝酸与二甲苯反应制得二甲苯麝香气味，广泛用于调配化妆品、皂用及室内用香料。此外,硝酸还用于化学试剂及有色金属酸洗涤。也用来鉴别含有蛋白的物质加羊毛,羽毛等。2.4 硝酸的毒性、安全和贮运5 动物组织和植物组织受到硝酸的作用即被破坏。硝酸落到皮肤上，皮肤即被染成黄色并烧坏，溅入眼睛尤其危险。氮氧化物和硝酸蒸气低浓度时，引起头痛、强烈咳嗽、胸闷，严重者出现肺气肿。因此，工作场所空气中的NO2允许浓度，中国和原苏联规定为0.085mg/m3，美国为0.1mg/
15、m3，德国为0.08mg/m3。尽管硝酸不燃烧，但它是强氧化剂，与金属粉末、有机物质等发生反应后，有引起燃烧或爆炸的危险。工厂为了保持硝酸生产的连续进行并随时向外提供商品酸，在厂区需设室内或半露天式酸库，以防烈日暴晒。宜单层建筑，不宜设地下室。地面应耐酸腐蚀。电气设备、电线等应有耐酸防腐措施。稀硝酸的容器为铝质的，输送浓硝酸采用装有铝罐的槽车。不慎被浓硝酸烧伤皮肤，应立即用大量或小苏打水清洗，并及时送医院救治。3 稀硝酸生产流程综述3.1 各种生产方法综述生产稀硝酸的方法主要有三中常压法、加压法和综合法，它们都各有各的优缺点，本节将从经济和环保两大方面来论述个方法，并根据系下达的任务书选择适合本设计的方法。3.1.1 常压法氨的氧化与氮氧化物的吸收均在常压下进行，使用的设备材质有花岗岩
