稀硝酸双加压法生产装置工艺设计.doc

15kt/a稀硝酸双加压法生产装置工艺设计简介
化学工程与工艺 08160310 盛华 毛丽萍 副教授

摘要
本设计从描述硝酸的基本性质和其发展前途开始先论述了生产稀硝酸的必要性，然后对其生产方法进行简述和论证，最后选择了双加压生产法。而后对此方法进行了从工艺流程到计算和选型的详细描述。如稀硝酸的生产原理、工艺流程、生产过程的影响因素、化工工艺计算、氧化器的工艺设计及附属设备的选择、车间布置设计。本设计还增加了尾气治理，针对不同的需要采用不同的治理办法。最后本设计还对所采用的生产方法进行了总结和讨论。
关键词：稀硝酸；双加压法；吸收塔；工艺计算；尾气处理
Abstract
The design started from the description HNO3s basic properly and its future development to elaborate first the necessity produced the thin HNO3 , and then carried on the summary and the proof to its production method . Finally selected the double-pressurizing method for diluted HNO3 .Then has carried on to describe this method from the technical process to the calculation and choice detailed . For example , the thin nitric acid’s production principle, the technical process , production process’s influencing factor , chemical technology calculation , the design of oxidation equipment and appurtenance’s choice , workshop design . This design also increased the exhaust gas treatment , the different treatment approaches would be used in different needs . Finally , the production method that used in this design had been aggregated and discussed .
Keywords: Dilute nitric acid；double-pressurizing method； Absorption tower；Technology Calculation；Exhaust processing
一、选题依据及意义
硝酸是基本化学工业重要的产品之一，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。
通过进行本设计加深了对所学知识的理解通过在此过程中不断发现问题和解决问题，增强了解决实际问题的能力，从而为以后的工作与学习打下了基础，因此具有长远的意义。
二、工艺流程

三、 设计方案的选择
氨和铂的消耗综合法为最低，中压法和双加压法次之，高压法最高：相对投资费用高压法最低，双加压法次之：在生产规模上高压法和双加压法最宜实现大型化，而尾气排放则双加压法最优，本设计采用双加压法生产稀硝酸，原料来源于兰化302厂，产品稀硝酸的浓度达到45%。
四、 设计内容及结果
(一)氨氧化工段
1.原理
4NH3+5O2 = 4NO+6H2O （主） ΔH=-907280J
4NH3+3O2 = 2N2+6H2O （副） ΔH=-91690J
2.主要设备
净化设备
预热设备
氨氧化炉
废热锅炉
3.氨氧化炉工艺参数
氨浓度 10.93%
反应温度 860℃
反应压力 常压
4.物料衡算
氨消耗定额 31.44kmol/h
氨氧化炉出口组成（mol %） NO 30.18 O2 14.75
废热锅炉出口组成（mol %） NO 26.86 O2 13.09 NO2 3.3198
副产蒸气量 3840.279kg/h
5.热量衡算
废热锅炉出口温度 160℃
6.设备计算
铂网催化剂的层数 10 层
铂网直径 591mm
铂网质量 2387.899g
(二) NO2吸收工段
1.原理
3NO2+H2O=2HNO3+NO ΔH=-36200J
2.主要设备
冷却设备
吸收塔
3. NO2吸收塔工艺参数
吸收温度 40℃
吸收压力 1.1 atm
出口NOX浓度（mol %） <0.2％
4.物料衡算
吸收塔出口组成（mol %） NO 1.314*10-4 NO2 3.311*10-4
吸收水的用量 （kg/h） 5738.5611kg／h
5.热量衡算
尾气预热器出口温度(℃) 140℃
6.设备计算
塔 径 1200mm
塔 板 数 30
板 间 距 1-10板为800mm 10-20板为1200mm
有 效 塔 高 32000mm
操 作 弹 性 4.384
（三）图纸
CAD绘制工艺流程图一张(A1)
手绘物料平衡图一张(A2)
手绘设备结构尺寸图一张(A2)
五、尾气处理
国际上对硝酸尾气排放标准日趋严格，一般NOX排放浓度不得大于2×10-4（质量分数），我过规定居住区氮氧化物（换算成NO2）的最高容许浓度为0.15mg/m,生产车间空气中氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m）。尽管采用加压法产生的尾气中NO的含量很小，但治理硝酸尾气对环境保护意义重大。目前,国内外硝酸尾气的处理可归纳为三大类：一是用溶液进行湿法吸收；二是用固体物质进行吸收或吸附；三是用催化剂进行催化转化。本设计采用碱液吸收.

六、结 论
氨氧化炉
铂网层数 10 层
铂网直径 591mm
铂网质量 2387.899g
二氧化氮吸收塔
塔 径 1200mm
塔 板 数 30
板 间 距 1-10板为800mm 10-30板为1200mm
有 效 塔 高 32000mm
操 作 弹 性 4.384
参考文献
[1] 陈五平.无机化工工艺学（二）硫酸与硝酸（第一版） 北京：化学工业出版社，1989
[2] M.E.波任[苏联] . 无机物工艺计算（第一版） 北京：化学工业出版社，1981
[3] 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（第二版） 北京：化学工业出版社，1990
[4] 黄璐，王保国. 化工设计（第一版）北京：化学工业出版社2001
[5] 魏崇光，郑晓梅.化工工程制图－化工制图（第一版）北京：化学工业出版社.1994
[6] 时钧，汪家鼎，余国宗.化学工程手册（第二版）北京：化学工业出版社.1996
[7] 吕丰. 我国综合法制稀硝酸生产现状及发展前景 中氮肥 第四期 2001
[8] 曾祥根.硝酸行业清洁生产技术研究讨论 化工设计通讯 第28卷第三期2002
[9] 化工设备设计手册编写组.化工设备设计手册 2 金属设备[M]. 上海：上海人民出版社，1973
[10] 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社，1981