发布时间 : 星期二 文章年产5万吨硝酸铵中和工段设计更新完毕开始阅读
山东轻工业学院2011届本科生毕业设计
的流程。我国硝酸铵生产广泛采用这种流程。
1.3 产品方案
产品的名称：硝酸铵(NH4NO3)； 产品的规模： 5万吨/年 硝酸铵
产品的包装方式：粉末状硝酸铵包装袋包装。
1.4设计产品所需的主要原料 1.4.1主要原料
制硝酸铵中和法的原料是硝酸与氨气。
1.4.2主要原料的物理化学性质
（1）氨： 无色气体,有刺激性气味。分子式NH3。分子量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7℃。沸点-33.35℃。自燃点651.11℃。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7℃)。
蒸气与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。
氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。
水溶液呈碱性,0.1N水溶液PH值为11.1。
液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。与硫酸或其它强无机酸反应放热,混合物可达到沸腾。
不能与下列物质共存:乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。
（2）硝酸： 纯硝酸是无色发烟液体,易分解出二氧化氮和氧气,因而呈红棕色.一般商品带有微黄色,发烟硝酸是红褐色液体.具有刺激性.溶解性易溶于水。
密度:1.51 g/cm3;(68%的是
1.42g/cm3)熔点:-42℃，沸点:83℃， (纯
酸)(68%aq沸点是120.5℃)
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。硝酸可以与醇发生酯化反应，如硝化甘油的制备。只有在与浓硫酸混合时，硝酸才能产生大量NO2+。
硝酸的水溶液无论浓稀均具强氧化性及腐蚀性，溶液越浓其氧化性越强。硝酸在光照条件下分解成水、NO2和O2，硝酸能溶解许多种金属（可以溶解银），生成盐、水、氮氧化物、铁等金属遇冷的浓硝酸可以发生钝化现象，只在表面形成一层致密的氧化膜，不会完全反应掉。
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浓硝酸是强氧化剂，能使铝钝化。与许多金属能剧烈反应。浓硝酸和有机物、木屑等相混能引起燃烧。腐蚀性很强。硝酸是无机化学工业中三大强酸之一，具有酸类的通性。
硝酸具有强氧化性,在常温下能与除金、铂、钛、钌、铑、锇、铱、铌、钽以外的所有金属反应,无论是浓硝酸还是稀硝酸在常温下都能与铜发生反应,但浓硝酸在常温下会与铁、铝发生钝化反应,使金属表面生成一层致密的氧化物薄膜 ,浓硝酸与金属反应,一部分硝酸分子被还原为二氧化氮;稀硝酸与金属反应,一部分硝酸分子会被还原为一氧化氮.同时生成的还原氢再次被氮元素氧化成水.而另一部分硝酸分子将被氧化的金属酸化生成硝酸盐和水.
硝酸与氨作用生成硝酸铵，它也是一种化肥，硝酸铵受到冲击就可能发生爆炸。
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第二章 生产流程及生产方法的确定
2.1 硝酸铵合成过程的基本工艺步骤
我国工业上制取硝酸铵，常用氨气和硝酸常压中和法。氨气或含氨气体(合成氨生产中的弛放气、贮罐气、尿素生产中的蒸馏尾气)以及60%以下的稀硝酸为生产硝酸铵的原料。所用原料中的氯化物、油分、有机物均不应超过允许值,而且不应含有能在工艺过程中增加热分解和引起爆炸危险的其他物质。
生产流程方框图如下：
硝酸和气氨中和 → 硝铵溶液蒸发 → 硝铵溶液结晶造粒 → 冷却、包装、储运 2.2 硝酸铵合成过程的基本工艺步骤 2.2.1中和工段
由于硝酸的沸点低于硝铵溶液的沸点。这就使得中和过程利用反应热来蒸发硝铵溶液的问题复杂起来。正因为这一原因曾有过好几种制备硝按溶液的方法。在最老的方法中，反应热非但不利用，反而让冷却水通过反应区域，移走反应热，以防止反应区域的温度升高而避免硝酸的分解。后来，为了利用中和反应热来蒸发所生成的硝铵溶液，开始采用利用反应热的中和装置。这些装置是使氨中和硝酸的反应在硝铵溶液里进行，通过系统的加压使反应区域里的温度低于硝酸的沸点。目前，我国生产硝按的中和过程，都利用了反应热，而且是在硝铵溶液沸腾状态下进行的。实际生产证明硝酸的损失并不大。这是由于中和反应在硝铵溶液内部进行，速度极快，当硝酸进入反应区域时，迅速和氨中和生成硝按，剩下少量的硝酸，浓度已经很低了，即使在沸腾时气相中的硝酸量也是极少的，何况还有很厚的液层足以洗掉气相中的酸，而使它与氨反应。中和后硝铵溶液浓度的高低，除决定于硝酸浓度而外，也与进入中和器的硝酸和氨的温度有关。它们的温度愈高，即在同样硝酸浓度和同样氨纯度的条件下，相应带入反应的热量也愈多，中和过程放出的热量也就增加，因此硝铵溶液中被蒸发的水量愈多，制得的硝铵溶液浓度也愈高，所以硝酸和氨气在进入中和反应器之前，需要将其温度控制在适当的范围内。
2.2.2蒸发工段
在工业上，蒸发是加热溶液到沸腾使部分溶剂在沸点时气化并除去，以提
高溶液浓度或使溶质析出的一种物理操作过程。用于蒸发作业的设备叫蒸发器。
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蒸发过程中溶剂气化产生的蒸汽称为蒸发蒸汽(或二次蒸汽)。若蒸发蒸汽不能移走，则蒸发蒸汽压力与溶液蒸汽分压将渐趋平衡，而使气化不能继续进行，因而蒸发过程的必备条件是不断地供给热能，不断地排除蒸发蒸汽。蒸发蒸汽排除的方法是使它排入大气或供其它设备加热，或在冷凝器中冷凝。显然蒸发过程同时伴随着热交换过程，蒸发器也是一种换热器。
2.2.3结晶工段
真空蒸发结晶过程的机理是:溶液进入真空结晶机后，由于在一定负压下，
溶液的沸点下降，并利用溶液本身的热量进行自蒸发而使溶液本身的温度降低浓度提高，当此温度降至该浓度饱和溶液的相应温度和低于饱和溶液相应温度 时，溶液就开始从饱和状态进入过饱和状态，并逐步析出结晶，结晶在生成过程中除使溶液的过饱和度下降外，还释放出一定的结晶热并与而溶液浓缩时放出的浓缩热一起，又促使溶液蒸发继续进行。这样溶液在不断蒸发的同时，不断产生结晶，最后完全利用结晶热制得水分含量很小几乎干燥的粉末结晶。为了加快结晶的速度，溶液在结晶机内被不断的搅动。
2.3操作条件的选择 2.3.1温度
因中和过程是利用反应热的，在硝酸浓度、温度同样的情况下，氨气温度愈高，中和反应热相应增加，制备的硝铵溶液浓度也就愈高。另外，从操作控制来说，气氨的温度高，也能防止液氨带入中和器内。入中和器的氨气温度一般以50-80℃为宜。
在硝酸浓度、氨气温度相同的情况下，硝酸的温度越高，中和反应热亦相应增加，制备得的硝铵溶液浓度也就越高，故单从中和反应热效应来衡量，入中和器的硝酸温度愈高，对中和过程就愈有利。但是硝酸温度过高对不锈钢设备的腐蚀会加剧，浓度为43-53%的硝酸在70℃时这种现象已比较明显，因此入中和器的硝酸温度都选择在30-50℃。不过，目前工厂里硝酸仓库内的硝酸温度，随季节的不同约在25-40℃之间，为进一步防止硝酸对酸预热器的腐蚀，一部分工厂已经不再对硝酸进行加温预热，而将酸库内的硝酸直接送入中和器内。
中和器内溶液的温度主要随所用硝酸的浓度不同而有差异。一般在124--130℃之间。这是因为中和过程利用反应热产生0.2表压的蒸发蒸汽，硝铵溶液在该压力下的沸点在120℃左右。因此中和器内溶液的温度不应低于120℃，另外，为防止硝酸在反应区域内沸腾而逸出硝酸蒸汽，从硝酸喷头喷出的硝酸沸点温度必须高于硝铵溶液在中和器操作压力下的沸点温度，浓度为43-53%的硝酸在硝酸喷头处的沸点为125-131℃，故中和器内的硝铵溶液的温