工业硝酸的合成原理
硝酸生产工艺 耿晓晓
银川能源学院工业催化题目：硝酸生产工艺学生姓名耿晓晓学号 1310140111 指导教师王伟院系石油化工专业班级能源化学工程硝酸生产工艺摘要：硝酸是基本化学工业的重要产品之一，也是一种重要的化工原料，产量在各类酸中仅次于硫酸。
工业上制取浓硝酸(HNO3浓度高于96%)的方法有三种:一是在有脱水剂的情况下，用稀硝酸蒸馏制取的间接法，习惯上称“间硝"；二是由氮氧化物、氧及水直接合成浓硝酸，称为’直硝’；三是包括：氨氧化、超共沸酸(75%—80%HNO3)生产和精馏的直接法。
本文仅探讨超共沸精馏法。
关键词：浓硝酸、氨氧化、超共沸精馏法前言硝酸是基本化学工业的重要产品之一，也是一种重要的化工原料广泛用于生产化肥、炸药、无机盐，也可用于贵金属分离、机械刻蚀等。
目前，我国有浓硝酸厂家20多家，年生产能力在80万吨以上。
1999年产量在73万~75万吨，到2005年稀硝酸生产能力达544.7万吨，2004年浓硝酸产量130.5万吨，2005年产量157万吨，2006年新增产能达300万吨。
稀硝酸是合成氨的下游产品，与化肥生产紧密相关。
浓硝酸最主要用于国防工业，是生产三硝基甲苯（TNT）、硝化纤维、硝化甘油等的主要原料。
生产硝酸的中间产物——液体四氧化二氮是火箭、导弹发射的高能燃料。
硝酸还广泛用于有机合成工业；用硝酸将苯硝化并经还原制得苯胺，用硝酸氧化，苯可制造邻苯二甲酸，均用于染料生产。
此外，制药、塑料、有色金属冶炼等方面都需要用到硝酸。
我国硝酸的消费结构大致为：化学工业占65%左右，冶金行业占20%，医药行业占5%，其他行业占10%。
在化学工业中生产浓硝酸的工艺主要有多种大同小异的工艺流程，生产中是根据氨氧化和氮氧化物吸收操作压力的不同分为间接法、直硝法和直接法三种类型。
1 硝酸的性质、用途及生产方法1.1 硝酸的性质纯硝酸为带有窒息性与刺激性的无色液体，其相对密度1.522，沸点83.4℃，熔点‐41.5℃，分为浓硝酸和稀硝酸。
工业制硝酸的原理
工业制硝酸的原理工业制硝酸的原理主要包括两个步骤：硝化反应和吸收反应。
硝化反应是指通过将氨气与氧气在催化剂的作用下反应生成一氧化氮（NO）气体，然后将一氧化氮气体与氧气进一步反应生成二氧化氮（NO2）气体。
硝化反应的化学方程式可以表达为：4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O （1）2NO + O2 →2NO2 （2）硝化反应通过催化剂的作用大大加速了反应速率。
常用的硝化反应催化剂包括白金、铂或铑等。
硝化反应生成的NO和NO2混合气体被引入吸收塔中，吸收塔中通常放置有浓硝酸，也可以使用硫酸媒体。
在吸收塔中，NO和NO2与浓硝酸或硫酸发生反应，生成硝酸。
吸收反应的化学方程式可以表达为：3NO + HNO3 →2H2O + 2NO2 + NO3^- （3）NO2 + HNO3 →HNO4 （4）其中NO3^-是硝酸根离子，HNO4是过硝酸。
反应完成后，硝酸会以液体形式被收集，并通过进一步的处理和纯化使其达到工业级别的纯度。
对于工业制硝酸的过程来说，最关键的是硝化反应。
硝化反应是一个由多个步骤组成的复杂反应，其中关键步骤是氧气与氨气在催化剂存在下的反应。
催化剂的选择和制备工艺对于提高硝化反应速率和选择性非常重要。
一种常用的工业硝化反应的方法是氨气的氧化法。
在该方法中，氨气和空气（含有大量氧气）通过在催化剂床中的流动进行反应。
这种方法具有反应温度低、反应速率高和选择性好等优点。
而在进行反应时，需要将反应温度控制在300-500摄氏度范围内，以获得较高的反应速率和较好的选择性。
此外，硝化反应过程中还需要控制好氨气和氧气的摩尔比。
通常情况下，氨气和氧气的摩尔比在1.2-1.5之间较为合适。
硝酸的吸收反应也是工业制取硝酸的重要步骤。
硝酸的吸收可以使用浓硝酸或硫酸作为吸收剂，具体选择哪一种吸收剂取决于实际工艺需求和经济因素。
在吸收过程中，需要注意控制反应温度和吸收剂的浓度，以获得较高的硝酸产率和较好的纯度。
硝酸工业制法学生
硝酸的工业制法：2．氨氧化法制硝酸 (1)反应原理 1)NH 3催化氧化⑫______________________________________ 2)HNO 3生成⑬______________________________________ (2)尾气吸收⑭______________________________________ 合成装置：氨合成塔和水冷分离器。
氨的分离原理：高压下氨的沸点较高，在水冷的条件下氨就转化为液态氨而与氮气和氢气分离。
(2)净化①原料气中的主要杂质：H 2S 、CO 、CO 2、O 2等。
②主要危害：某些杂质会导致_______________。
③净化方法a ．用氨水吸收H 2S ：________________________________ b ．CO 转化为CO 2： CO ＋H 2O =====Fe 2O 3高温CO 2＋H 2 c ．用K 2CO 3溶液吸收CO 2：_____________________________________ d ．用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理。
合成氨工业原理：N 2 + 3H 2 2NH 3 + 92.4KJ其他：(1)N 2和H 2的配比为1∶2.8，目的是使廉价易得的原料适当过量，以提高________。
(2)循环操作：混合气体通过冷凝器，使NH 3________，将________分离出来，并将________经循环压缩机再送入合成塔，使其充分反应。
(3)主要设备________。
(4)过程：原料气制备―→________―→压缩原料：主要来源于H 2O 和碳氢化合物，相关化学反应如下：C ＋H 2O=====高温CO ＋H 2 CO ＋H 2O=====高温催化剂CO 2＋H 2 CH 4＋H 2O=====高温催化剂CO ＋3H 2 CH 4＋2H 2O=====高温催化剂CO 2＋4H 2 CO + H 2O(g) === CO 2 + H 2(3)催化剂使用催化剂可加快化学反应速率，但不影响化学平衡⇒采用以铁为主的催化剂。
第二章 浓硝酸的制造
第二章浓硝酸的制造浓硝酸广泛用于化学工业和军事工业。
随着近代有机合成、化学纤维、矿山建没，高效化肥以及火箭、导弹等工业的发展，均需大量浓硝酸。
所谓浓硝酸是指9 5％～100％H NO3而言。
工业上制取浓硝酸方法有三：①加脱水剂法。
在稀硝酸中加入某种脱水剂，如浓硫酸、硝酸镁等脱水剂，然后通过精馏或蒸馏来获得。
②直接合成法。
即将液体N2O4、纯氧与水随接合成浓硝酸，简称直硝法。
③共沸酸蒸馏法。
即将HNO3含量6 8.3%编以上的硝酸通过精馏来获得。
2．1 加脱水剂法浓硝酸不可能直接由稀硝酸蒸馏来获得。
原因是稀硝酸是由HNO3与H2O组成的二元混合物。
这个体系在不同压力下存在着不同的共沸点。
例如在常压下，其共沸点温度为390．0 5K(120．05℃)这时气相和液相的HNO3含量均为68．4％。
因而，不可能获得68．4％以上的浓硝酸。
另外，从以氨为原料制硝酸的总反应来看NH3+2O2——HNO3+H2O (3-2-1)理论上，生成硝酸的最大HNO3含量为63／(63+18)* 100％=77．8％。
实际上由于氨的氧化率一般为95％～97％，所以其最大含量也只能是72％～73％。
但事实上因溶液具有共沸点，最多也只能获得共沸酸(68．4％)。
若在高压下，例如在0.8MPa下，因可获得较高浓度的NO2，这才可能制得HNO3含量为70％～85％的硝酸。
如欲获得95％～l00％的浓硝酸，必须在稀硝酸中加入脱水剂，以破坏共沸点组成方有可能。
工业上采用的脱水剂，应满足下列条件要求：①脱水剂与水的亲和力必须大于硝酸与水的亲和力，这样才可以破坏共沸点组成。
②脱水剂本身的蒸汽压应很小，且能大大降低稀硝酸液面上的水蒸气分压。
③脱水剂本身不与硝酸起化学反应，并要求其热化学性质稳定，受热时不易分解。
2.1.1 浓硫酸脱水法早期使用的脱水剂以浓硫酸最为普遍。
此法是将浓硫酸按一定比例加人稀硝酸中，然后在泡罩塔(或填料塔)中进行稀硝酸的浓缩。
硝酸镁法制取浓硝酸(年产4万吨)
课程设计设计题目：硝酸镁法制取浓硝酸(年产4万吨)学院：专业：过程装备与控制工程班级学生：指导教师：系主任:（签名）一、设计要求：1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。
（字数不小于8000字）2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。
3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号）。
二、进度安排：教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺第—周设计室流程图设备布置图、说明书整理、答辩。
第二周设计室三、指定参考文献与资料《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、《化工单元过程及设备课程设计》。
浓硝酸（HNO3浓度98%）是一种重要的基础化工原料，广泛用于化工、冶金、医药、染料、农药等领域。
近年来随着需求量的增加，国内浓硝酸的生产能力和产量也迅速增长，2001年总产量约88万吨。
“硝酸镁法” 生产浓硝酸工艺以硝酸镁溶液为脱水剂，将浓度为45%~60%的稀硝酸精馏制取浓度为98.2%以上的浓硝酸的生产工艺。
因其流程短、投资省并且无稀硝酸生成，产品质量好而被大多数浓硝酸生产企业采用。
关键词：浓硝酸、硝酸镁、间接法前言 (1)第一章概述 (2)§1.1 产品浓硝酸 (2)1.1.1 物理性质 (2)1.1.2 化学性质 (2)1.1.3 产品标准 (2)1.1.4 浓硝酸用途 (3)1.1.5 浓硝酸的包装与储运 (3)§1.2 脱水剂硝酸镁 (3)1.2.1 性质 (3)第二章浓硝酸的制造概述 (5)§2.1 工业生产浓硝酸的工艺方法 (5)2.1.1 直接合成法 (5)2.1.2 超共沸酸精馏法 (5)2.1.3 加脱水剂法 (5)§2.2 浓硫酸脱水法 (6)§2.3 硝酸镁脱水法 (6)2.3.1 硝镁法生产浓硝酸的原理 (7)第三章工艺流程论证 (10)§3.1 影响工艺操作的因素 (10)3.1.1 稀硝酸浓度 (10)3.1.2 硝酸镁溶液的浓度 (10)3.1.3 配料比 (10)3.1.4 回流比 (10)3.1.5 操作温度 (10)3.1.6 操作压力 (10)3.1.7 空塔速度和喷淋密度 (10)§3.2 硝镁法浓硝酸生产工艺流程 (11)§3.3 硝镁法“间硝”生产的优点 (12)3.3.1 工艺设计优点 (12)3.3.2 酸性水的回收利用 (12)3.3.3 酸性水的新用 (12)3.3.4 酸性水的提浓 (12)§3.4 硝镁法“间硝”生产需完善的工艺 (13)§3.5 硝酸镁的制备及再生 (13)3.5.1 氧化镁的选择 (13)3.5.2 硝酸镁的制备 (13)3.5.3 硝酸镁的再生使用 (13)第四章典型机器设备选型与论证 (15)§4.1 硝镁法生产浓硝酸的主要设备 (15)§4.2 塔设备的选型与论证 (15)4.2.1 浓缩塔结构 (15)4.2.2 浓缩塔材质的选用 (16)§4.3 泵设备的选型与论证 (16)4.3.1 离心泵的基本特性： (16)4.3.2 应注意的问题 (17)4.3.3 离心泵的安装和操作： (17)总结 (18)参考文献 (19)致谢 (20)四川理工学院课程设计前言浓硝酸是化工、医药、国防、染料和纺织工业的重要原料。
工业制硝酸的化学反应方程式
工业制硝酸的化学反应方程式工业制硝酸是通过氨气和氧气在高温高压条件下发生氧化反应得到的。
具体的化学反应方程式如下：4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g)2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)3NO₂(g) + H₂O(l) → 2HNO₃(aq) + NO(g)氨气和氧气在催化剂的作用下发生反应生成一氧化氮和水蒸气。
这个反应是一个放热反应，同时也是一个亚硝酸气体的生成反应。
然后，一氧化氮与氧气发生反应生成二氧化氮，这个反应是一个吸热反应。
最后，二氧化氮与水反应生成硝酸，这个反应是一个放热反应。
整个过程可以简化为以下两个步骤：4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g)3NO₂(g) + H₂O(l) → 2HNO₃(aq) + NO(g)在第一个步骤中，氨气和氧气在高温高压条件下通过催化剂催化反应生成一氧化氮和水蒸气。
氨气和氧气的摩尔比为4:5，生成的一氧化氮和水蒸气的摩尔比为4:6。
在第二个步骤中，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮。
这个反应是一个吸热反应，需要提供能量。
一氧化氮和氧气的摩尔比为2:1。
在第三个步骤中，二氧化氮和水反应生成硝酸。
这个反应是一个放热反应，同时生成一氧化氮。
二氧化氮和水的摩尔比为3:1，生成的硝酸和一氧化氮的摩尔比为2:1。
整个反应过程中，氨气和氧气作为原料进入反应器，经过一系列的化学反应，最终生成硝酸。
硝酸是一种无色液体，具有强烈的腐蚀性和氧化性，广泛应用于化工、农业和医药等领域。
总结起来，工业制硝酸的化学反应方程式可以简化为：4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g)3NO₂(g) + H₂O(l) → 2HNO₃(aq) + NO(g)通过这个化学反应方程式，我们可以了解到工业制硝酸的原理和过程。
这个反应是一个复杂的氧化还原反应，需要在特定的条件下进行。
同时，这个反应也涉及到能量的转化和释放，是一个热力学过程。
工业硝酸的合成原理
工业硝酸的合成原理工业硝酸是一种常用的无机化学品，广泛应用于农业、化工、医药、军事等领域。
其合成原理是通过硝酸铵的催化氧化反应进行。
下面将详细介绍工业硝酸的合成原理。
硝酸铵（NH4NO3）是硝酸的重要原料，可通过氨和硝酸反应得到。
硝酸铵是一种中性盐，因此在反应过程中需要增加酸性媒介来促进反应的进行。
1.氨的制备氨可以通过多种方法制备，如氨气还可以通过尿素水解或通过合成气反应得到。
氨合成反应一般使用铁-钴催化剂，反应条件为高温（400~500℃）和高压（15~25MPa）。
氨的合成反应可以用以下方程式表示：N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)2.硝酸的制备硝酸可以通过硝化剂和盐酸的反应得到。
常见的硝化剂有银（Ag）和铜（Cu）。
硝酸的制备反应可以用以下方程式表示：Ag+HNO3→AgNO3+H2OCu+4HNO3→Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑3.硝酸铵的合成硝酸和铵盐可以通过反应得到硝酸铵。
此反应需要通过多个步骤进行。
首先，将硝酸和氨水混合，生成硝酸铵的水溶液。
反应方程式如下所示：HNO3+NH3→NH4NO3然后，将水溶液蒸发至一定浓度，产生硝酸铵的结晶。
反应过程中需要控制温度和压力等条件，以便合成高纯度的硝酸铵。
最后，对硝酸铵的结晶进行分离和干燥，得到工业硝酸。
1.反应条件：合成硝酸铵的反应需要在适当的温度和压力下进行，以提高反应速率和产物的纯度。
反应温度通常在0~60℃之间，而压力通常为大气压。
2.傅里叶定律：由于硝酸铵结晶容易产生堆积，因此在反应过程中需要注意搅拌和均匀加热，以避免结晶体的过多生成。
3.产品纯度：工业硝酸的合成通常要求高纯度，用于制造炸药、化肥等产品。
为此，需要采取恰当的分离、提纯和干燥方法。
以上就是工业硝酸的合成原理。
通过硝酸铵的催化氧化反应，我们可以得到高纯度的硝酸，用途广泛。
在工业生产中，需要注意反应条件、产品纯度等因素，以确保合成过程的高效和安全。
硝酸工业制法
硝酸工业制法一、引言硝酸是一种重要的化工原料，广泛用于制造肥料、炸药、染料等工业领域。
硝酸有多种制法，其中最主要的是硝酸工业制法。
本文将详细介绍硝酸工业制法的原理、过程和特点。
二、硝酸工业制法原理硝酸工业制法是通过氧化氨来制备硝酸。
具体反应式为：4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O2NO + O2 → 2NO23NO2 + H2O → 2HNO3 + NO该反应分为三步：首先，氨气和空气在催化剂存在下发生反应生成一氧化氮；其次，一氧化氮与空气进一步反应生成二氧化氮；最后，二氧化氮与水反应生成硝酸。
三、硝酸工业制法过程1. 氨的生产由于硝酸工业制法需要大量的氨作为原料，因此首先需要生产出足够量的氨。
通常采用哈伯-博什过程来生产。
哈伯-博什过程是通过高温高压下使天然气和空气反应生成氢气和一氧化碳，再通过水蒸汽反应生成氨。
该过程需要使用铁催化剂。
2. 氧化将生产出的氨和空气以比例为1:9的方式混合后，通过铂催化剂进行氧化反应，生成一氧化氮。
3. 二次氧化将一氧化氮与空气混合后，通过催化剂进行二次氧化反应，生成二氧化氮。
4. 吸收将生产出的二氧化硝酸溶于水中，与水反应生成硝酸。
该步骤需要在吸收塔中进行。
5. 蒸馏将吸收塔中产生的硝酸溶液进行蒸馏，得到纯净的硝酸。
四、硝酸工业制法特点1. 反应速度快：由于采用了催化剂和高温高压条件，使得反应速度非常快。
2. 生产成本低：硝酸工业制法使用的原料是天然气、空气和水等廉价材料，因此生产成本相对较低。
3. 产品纯度高：由于采用了蒸馏等纯化手段，使得生产出的硝酸纯度非常高。
4. 生产效率高：由于反应速度快且生产成本低，使得硝酸工业制法的生产效率非常高。
五、总结硝酸工业制法是一种通过氧化氨来制备硝酸的方法。
该方法具有反应速度快、生产成本低、产品纯度高和生产效率高等优点。
在实际应用中，该方法被广泛用于肥料、炸药、染料等工业领域。
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工业硝酸的合成原理
目前，硝酸是用氨催化氧化亲生产的，产品有稀硝酸（含量为45%-60%）和浓硝酸（含量为96%-98%），这里介绍稀硝酸的生产。
用氨催化氧化的方法制硝酸，主要有三步。
(l)氨的氧化从氨合成工段来的氨气和空气按一定比例混合，在铂网催化剂的作用下生成一氧化氨，其反应式为
4NH3 +504 —4N0+6H2O △H = - 907.3 kj/mol
(2) 一氧化氨继续氧化生成二氧化氨氨催化氧化后的气体中主要是NO、H2O以及没有参加反应的N2、02，将该气体冷却降温到150-180℃，NO继续氧化便可得到二氧化氨，反应式为
2NO+O2 —2NO2 △HR = - 112.6 kj/mol
(3)二氧化氨气体的吸收水吸收二氧化氨气体生成硝酸和一氧化氨，反应式如下：
3NO2 +H20 - 2HNO3+NO △H; - -136.2 kj/mol
从式可以看出，用水吸收的NO2，只有2/3生成硝酸，还有1/3转化为NO。
耍利用这部分NO，必须使其氧化为NO2，氧化后的NOz仍只有2/3被吸收，因此吸收后的尾气必有一部分NO排空，需要治理，否则污染环境。
工业上，氨的催化氧化，一般是在铂系催化剂存在下进行的。
铂系催化剂具有良好的选择性，既能加快反应，又能抑制其他副反应。
纯铂具有催化能力，但强度较差，若采用含铑10%的铂铑合金，不仅使机械强度增加，而且比纯铂的活性更高。
但铑价格昂贵，因此多采用铂、铑、钯三元合金，常见组成为铂93%、铑3%、钯4%。
根据操作压力的不同，氨氧化制稀硝酸工艺分为常压法、全加压法和综合法。
(l)常压法氨氧化和氨氧化物的吸收均在常压下进行。
该法压力低，氨的氧化率高，铂消耗低，设备结构简单。
吸收塔可采用不锈钢，也可采用花岗石、耐酸砖或塑料。
但该法成品酸浓度低，尾气中氨氧化物浓度高，需经处理才能放空，吸收容积大，占地多，故投资大。
(2)全加压法又分为中压(0.2-0.5 MPa)与高压(0.7-0.9 MPa)两种。
氨氧化及氨氧化物吸收均在加压下进行。
该法吸收率高，成品酸浓度高，尾气中氨氧化物浓
度低，吸收容积小，能量回收率高。
但加压下的氨氧化率略低，铂损失较高。
(3)综合法氨氧化与氨氧化物的吸收在两个不同压力下进行，该法可分为常压氧化、中压吸收及中压氧化、高压吸收两种流程。
此法集中了前两种方法的优点。
氨消耗、铂消耗低于全高压法，不锈钢用量低于中压法。
如果采用较高的吸收压力和较低的吸收温度，成品酸含量一般可达60%，尾气中氨氧化物含量低于0.02%，不经处理即能直接放空。