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第一章 氨氧化法制造稀硝酸1

第一节 工艺流程及物料数据1

一、中压法生产稀硝酸的工艺流程及物料数据1

二、高压法生产稀硝酸的工艺流程13

三、综合法生产稀硝酸的工艺流程及物料数据14

四、双加压法生产稀硝酸的工艺流程及物料数据25

五、同时生产两种浓度硝酸的工艺流程31

六、各法生产稀硝酸的主要特点及消耗定额31

第二节 生产过程的工艺计算31

一、氨的接触氧化31

（一）铂网催化剂的活性表面积计算31

（二）铂网催化剂生产强度计算31

（三）接触时间35

（四）操作压力在6～31公斤／厘米2下，在铂网催化剂上NO的最大产率amax（％）的求取35

（五）氧化率与接触时间或气流速度及铂铑网催化剂的几何性质的关系35

（六）混合气组成的计算37

（七）接触氧化反应后气体组成的计算38

（八）接触氧化器的热量平衡计算38

（九）尾气量和补加空气（二次空气）量的计算39

（十）用列线图表计算氨接触氧化的物料平衡41

二、一氧化氮氧化成二氧化氮44

（一）一氧化氮生成二氧化氮的平衡组成计算44

（二）NO氧化成NO2的反应速度的计算45

表1-2-7 氧化速度公式中各变数的单位46

三、二氧化氮叠合为四氧化二氮61

（一）平衡常数的求取61

（二）NO2叠合的平衡组分计算63

四、用水吸收二氧化氮65

（一）吸收反应的平衡65

（二）氧化氮与硝酸溶液平衡时各项数据间的关系66

（三）分平衡常数K1、K3和平衡常数Kp值的求取66

（四）平衡组分的计算71

（五）硝酸吸收塔塔板效率计算89

（六）最适宜板间距的求取93

（七）吸收塔补加水量的计算93

（八）吸收塔的物料和热量衡算（逐板计算）94

五、用碱吸收残余氧化氮气体的物料计算102

（一）碱吸收102

（二）碱吸收后溶液加工105

第三节 主要设备的工艺计算110

一、接触氧化器直径的确定110

二、尾气预热器传热面积及阻力计算110

三、快速冷却器传热面积及管内阻力计算115

四、筛板式吸收塔的计算125

（一）逐板计算法125

（二）列线图表计算法125

五、常压填充式吸收塔的计算131

六、压缩机机组的工艺计算137

（一）离心式空气压缩机的计算137

（二）氧化氮气体压缩机的计算139

（三）尾气透平回收功率的计算139

（四）蒸汽透平的计算140

七、废热锅炉的计算141

（一）过热段传热面积计算141

（二）蒸发段传热面积计算152

（三）废热锅炉水循环路线的核算155

第四节 主要设备设计参数及简图162

一、主要设备设计参数162

（一）常压法生产稀硝酸的主要设备162

（二）综合法生产稀硝酸的主要设备168

（三）低压、中压法生产稀硝酸主要设备173

（四）双加压法生产稀硝酸主要设备180

二、主要设备简图186

（一）全压法流程186

（二）双加压法流程194

第五节 设计消耗定额及工艺操作数据197

一、设计消耗定额197

二、工艺操作数据198

第六节 稀硝酸生产中常用的耐腐蚀金属材料199

一、管道材质的选择199

二、耐酸钢的使用范围199

三、耐酸钢的耐腐蚀性能及工业钛的物化数据201

四、不锈耐酸、耐热钢国内外牌号对照表203

第七节 对稀硝酸生产的主要原材料及产品质量的要求205

一、主要原材料的要求205

二、制取硝酸磷肥等对稀硝酸质量的要求207

第八节 氨氧化用铂系催化剂207

一、铂网催化剂的化学成分207

二、国产铂网催化剂的规格208

三、铂的平均损失量与铂网温度的关系209

四、铂网催化剂的使用期限209

第九节 硝酸设计的数据计算和图表210

一、关于酸吸收率的计算法210

二、氨氧化过程中几个主要参数之间的关系211

三、吸收比容积与压力的关系212

四、产品酸浓度与进塔气体中氮氧化物成分的关系213

五、空气消耗量及尾气量与尾气中含O2及NH3氧化率的关系213

六、常压法硝酸设计用图214

第十节 稀硝酸生产中几种溶液和气体的物化数据220

一、溶液220

二、气体237

参考文献241

第二章 浓硝酸244

第一节 硝酸镁法制取浓硝酸244

一、工艺流程及物料数据表244

二、生产过程的工艺计算248

（一）物料平衡计算248

（二）热量平衡计算252

1．精馏系统的热量平衡计算252

2．蒸发系统的热量平衡计算255

3．浓硝酸冷凝器的热量平衡计算256

三、主要设备的工艺计算257

（一）精馏塔、提馏塔的计算257

1．塔径的确定257

2．压力降的计算259

3．填料塔高度的计算261

（二）水喷射器的计算263

1．设计数据263

2．工作水量计算264

3．喷射器的结构尺寸计算264

（三）硝酸镁加热器传热系数的计算265

1．计算对数平均温差265

2．计算蒸汽冷凝的给热系数266

3．硝酸镁溶液对管子的给热系数266

4．硝酸镁加热器传热系数267

（四）硝酸镁蒸发器传热系数的计算267

四、主要设备工艺设计参数268

（一）主要设备工艺设计参数268

（二）主要设备简图269

五、设计消耗定额及主要工艺操作数据270

（一）设计消耗定额270

（二）主要工艺操作数据271

六、产品质量标准271

七、主要材料的质量要求271

（一）硝酸镁溶液的制备271

（二）硝酸镁溶液的杂质272

八、生产经验数据273

（一）配料比273

（二）回流比273

（三）喷淋密度和空塔速度274

（四）填料高度276

第二节 用液态氮氧化物直接制取浓硝酸276

一、工艺流程及物料数据277

（一）常压发烟硝酸吸收系统的直硝工艺流程277

（二）综合法发烟硝酸吸收系统的直硝工艺流程281

（三）国外浓硝酸的新工艺流程及其技术数据284

1．Sumitomo（住友）法284

2．Humphreys and Glasgow（汉弗莱斯和格拉斯哥）法286

3．SABAR法286

4．CONIA法289

5．国外直接法浓硝酸生产的工艺技术数据290

二、生产过程的工艺计算290

（一）高压釜混合料的组成及配料计算方法290

1．原料组成290

2．混合料组成290

3．高压釜混合料的配料计算公式291

4．高压釜混合料配料计算在生产中的应用293

（二）高压釜吹除气平衡组成的计算293

（三）四氧化二氮冷凝度的计算294

（四）直接法浓硝酸工艺过程的化学反应动力学方程296

1．重氧化过程的反应速度方程296

2．发烟硝酸吸收过程的反应速度方程297

3．高压釜合成浓硝酸过程的反应速度方程297

（五）物料、热量衡算299

1．发烟硝酸吸收塔重氧化段物料、热量衡算299

2．发烟硝酸吸收段物料、热量衡算302

3．洗涤段物料衡算303

4．高压釜物料、热量衡算304

5．离析器物料衡算308

6．漂白塔物料衡算308

7．初步冷却器物料衡算309

8．液体四氧化二氮冷凝器物料、热量衡算310

（六）制冷装置的工艺计算315

1．氨压缩制冷315

（1）氨压缩制冷循环过程315

（2）活塞式氨压缩制冷的典型流程316

（3）氨压缩制冷的工作条件317

（4）氨压缩机的制冷能力318

（5）单级压缩制冷循环的压缩机的制冷能力和功率计算318

（6）双级压缩制冷循环的压缩机制冷能力和功率的计算322

（7）制冷系统的辅机计算324

2．氨吸收制冷327

（1）单级氨吸收制冷的循环过程和工艺计算327

图2-2-24 过冷器后制冷量的修正系数332

（2）双级氨吸收制冷的工艺计算336

三、直硝主要设备的工艺计算340

（一）发烟硝酸吸收塔340

1．塔径的确定340

2．重氧化段和吸收段的理论塔板数的计算340

3．例题340

（二）高压釜344

1．简体外形尺寸设计344

2．高压釜塔板数目的计算344

3．例题344

（三）漂白塔346

1．蒸汽夹套加热面积的计算346

2．漂白塔塔板数目的计算348

（四）液体四氧化二氮冷凝器351

四、直硝主要设备设计参数352

（一）常压发烟硝酸吸收系统的直硝主要设备设计参数352

1．一般设备的设计数据352

2．各种热交换器设备设计特性数据352

（二）综合法发烟硝酸吸收系统的直硝设备设计参数356

（三）设备的比容积及比表面积357

五、设计消耗定额及主要工艺操作数据357

（一）主要工艺操作数据357

1．常压发烟硝酸吸收系统的直硝工艺操作数据357

2．综合法发烟硝酸吸收系统的直硝工艺操作数据359

（二）直硝工艺的设计消耗定额360

（三）直硝工艺管道的物料流速数据361

六、浓硝酸生产中常用耐腐蚀金属材料362

（一）金属耐腐蚀性能的类别标准362

（二）硝酸的腐蚀及选材图363

1．腐蚀图363

2．选材图364

（三）高硅铸铁364

（四）铝366

（五）高镍铬不锈耐酸钢368

1．高镍铬钢Cr18Ni11 Si4TiA1、Cr20Ni24Si4.5 Ti和Cr28的机械性能和化学成分368

2．Cr28、ЭИ654和Cr20Ni24Si 4.5 Ti钢的耐腐蚀数据368

3．ЭИ654、高纯铝及Cr20Ni24Si4.5 Ti钢的使用情况371

（六）无镍节铬耐酸钢371

1．耐酸钢Cr5A17NbTi和Cr13Si4NbRe的化学成分及机械性能371

2．Cr5A17NbTi钢的耐腐蚀数据373

3．Cr13Si4NbRe钢的耐腐蚀数据376

七、直硝工艺物料中HNO3—N2O4—H2O三元系统的物化数据图表381

（一）四氧化二氮的物化数据和图表381

（二）发烟硝酸溶液的物化数据图表382

1．发烟硝酸溶液的密度382

2．发烟硝酸溶液的克分子容积384

3．发烟硝酸溶液的动力粘度384

4．发烟硝酸溶液的蒸气压385

5．发烟硝酸溶液面上的各种蒸汽的分压392

6．发烟硝酸溶液的沸点392

7．发烟硝酸溶液的焓值393

8．发烟硝酸溶液面上饱和蒸汽的焓值393

（三）二氧化氮在97％HNO3中的溶解度393

参考文献394

第三章 硝酸尾气处理396

第一节 硝酸尾气处理方法396

第二节 选择性催化还原法396

一、反应的基本原理396

二、工艺流程及主要设备数据397

（一）工艺流程397

（二）主要设备数据397

三、工艺操作数据398

第三节 亚硫酸铵溶液吸收法398

一、反应的基本原理399

二、主要设备399

三、工艺操作数据399

参考文献399

第四章 硝酸铵401

第一节 工艺流程及物料数据401

一、11万吨／年硝铵通用设计工艺流程及物料数据表401

二、1万吨／年硝铵通用设计工艺流程及物料数据表403

三、多孔粒状硝铵生产（沸腾造粒）工艺流程404

四、Stamicarbon（斯塔米卡邦）工艺流程404

五、ICI-Nitram＆Uhde（ICI-奈屈姆及伍德）工艺流程及物料数据表404

六、AC-72（阿斯-72）工艺流程409

七、硝铵几种主要生产方法比较410

第二节 生产过程的工艺计算410

一、中和工序410

（一）工艺计算411

（二）工艺计算举例417

二、蒸发工序419

（一）被蒸发的水量W的计算419

（二）硝铵溶液的沸点温度计算420

（三）硝铵溶液蒸发浓缩热的计算420

（四）蒸发所消耗的热量计算420

（五）溶液返料量Gb的计算421

（六）冷凝器内的水消耗量G的计算421

（七）蒸汽喷射器（或真空泵）从表面冷凝器中抽出的混合气体量Gm的计算421

（八）蒸汽喷射器（或真空泵）从混合式冷凝器中抽出的混合气体量Gm的计算423

（九）表面式冷凝器进出口被冷凝的水蒸汽露点温度t的计算423

（十）冷凝器出口处的总压力P′m的计算423

（十一）中间表面冷凝器进口混合气体的温度tm的计算（由第一级蒸汽喷射器来的混合气体温度）423

（十二）蒸发器物料及热量平衡计算举例425

三、结晶工序426

（一）硝铵在结晶过程中晶型相互转变析出的热量426

（二）混合式冷凝器冷却水消耗量W的计算427

四、沸腾造粒427

（一）工艺过程计算427

（二）工艺过程计算举例429

（三）主要工艺参数的选择431

五、硝铵颗粒沸腾冷却工艺过程计算433

（一）换热量计算433

（二）冷却用空气量计算434

第三节 主要设备工艺计算434

一、中和器434

（一）中和器容积的确定434

（二）中和器蒸发空间的计算434

（三）中和器内中和室的高度的确定434

（四）中和器的结构型式435

二、气氨预热器436

（一）换热量Q的计算436

（二）蒸汽消耗量G的计算437

（三）传热面积F的计算437

三、蒸发器440

（一）薄膜蒸发器的选型440

（二）膜式蒸发器设计的几个问题442

（三）蒸发器的工艺计算442

四、冷凝器444

（一）冷凝器的结构型式及选择444

（二）间壁冷凝器的计算445

（三）混合式冷凝器的计算448

五、蒸汽喷射器452

（一）蒸汽喷射器简易设计计算453

六、沸腾造粒器（沸腾床）461

（一）沸腾造粒器设计中的几个问题461

（二）沸腾造粒器工艺计算463

七、沸腾冷却器465

（一）临界速度Wcr的计算465

（二）操作速度W的计算465

（三）在实际操作速度W′下被空气带走的颗粒直径Dmax的计算465

（四）筛板处沸腾床截面积F的计算465

第四节 主要设备工艺设计参数465

第五节 硝铵造粒塔465

一、自然通风造粒塔465

（一）自然通风造粒塔系列及其自然性能465

（二）自然通风造粒塔物理性能方程组494

（三）造粒塔的冷却特性501

（四）设计参数选择501

（五）硝铵颗粒降落运动轨迹方程507

（六）造粒塔的结构507

二、机械通风造粒塔508

（一）机械通风造粒塔设计计算508

（二）通风机的选择511

三、造粒塔的热工计算512

（一）单向热流塔壁温度计算512

（二）平面热流的塔壁内部温度场计算517

四、旋转造粒喷头的计算518

（一）设计计算518

1．等重量密度的计算方法518

2．等孔距的计算方法522

3．预先布置喷孔的计算法522

（二）性能计算523

五、固定造粒喷头的计算524

（一）固定喷头的设计计算524

（二）固定喷头的性能计算525

第六节 设计消耗定额及主要工艺操作数据526

一、设计消耗定额526

二、主要工艺操作数据526

第七节 产品标准及规格529

一、农业硝铵产品标准529

二、工业硝铵产品标准529

表4-7-4 日本标准K8545-69530

三、多孔粒状硝铵产品规格531

参考文献531

附录537

参考文献537