《化工工艺学》课程教案

2NO2?2NaOH?NaNO2?NaNO3?H2O NO?NO?2NaOH?2NaNO?HO222

五、稀硝酸生产工艺流程

稀硝酸生产流程，按操作压力不同分为常压法、加压法及综合法三种。从降低氨耗、提高氨利用率来看，综合法具有明显的优势。其特点是常压氧化、加压吸收，产品酸浓度47~53%，吸收效率高达98%。下图为综合法生产稀硝酸的典型工艺流程。

第三节 浓硝酸的生产

氨为原料直接合成浓硝酸，须先制得液态N2O4，将其按一定比例与水混合，加压通入氧气，按下列反应式合成浓硝酸。

2 N2O4(l)?O2(g)?H2O(l)?4HNO3(l)?78.83kJ/mol工艺过程包括以下几个步骤： (1) NH3的接触氧化；

(2) 氮氧化物气体的冷却和过量水的排出；

(3) NO的氧化；分两步进行。首先用空气氧化，使氧化度达到90~93%，然后用98%浓硝酸进一步氧化： NO?HNO3?NO2?H2O(4) 冷凝生成液态 N2O4，在常压下冷却到21.15℃冷凝成米黄色的液体，到10℃时变为淡黄色液体。

(5) N2O4合成硝酸。

本课小结：本章主要讲授了氨氧化反应的化学平衡及动力学，反应用催化剂及工艺条件；

一氧化氮氧化反应的热力学及动力学；氮氧化物吸收工艺条件的选择及氮氧化物尾气处理。

§6 第六章 氮肥的生产

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教学目的：掌握尿素的主要化学性质；尿素合成反应原理；尿素合成工艺条件的选择；氨

与硝酸中和制造硝铵的基本原理及中和工艺条件的选择。

教学重点：尿素的主要化学性质；尿素合成反应原理；尿素合成工艺条件的选择。 教学难点：氨与硝酸中和制造硝铵的基本原理及中和工艺条件的选择。 新课内容：

第一节 尿素生产工艺

一、尿素的性质

1.尿素(Urea )，碳酰二氨，CO(NH2)2 . 2.易水解，60℃ 以上。

3.弱碱性，与酸性肥料制成复合肥料。

4.加热异构化，高温缩合，用在有机合成工业中。

尿素最重要的用途是作肥料，含氮量46%以上。尿素实际上是在土壤中转变成碳酸铵后水解及硝化被植物吸收的。

二、尿素的生产方法

氨与CO2直接合成尿素：2NH3+ CO2=CO(NH2)+H2O 三、尿素的合成原理 （一）合成反应 1.甲铵生成反应

2NH3(l)+ CO2(g)=NH4COONH2(l) 2.甲铵脱水反应

NH4COONH2(l) =CO(NH2) (l) +H2O (l) 微吸热可逆反应； 速度较慢，为控速步鄹； 转化率50－70％。

反应体系为5组分多相平衡体系，除化学平衡外，还有气液平衡： NH3(g)=NH3(aq) CO2(g)=CO2(aq) H2O(g)=H2O(aq) 反应所需设备：

水溶液全循环法：在一个合成塔中完成； 气提法：分别在甲氨冷凝器和尿素合成塔中进行。 （二）化学平衡

气液相的多组分混合平衡体系。 1.平衡转化率

H1=28.45kJ/mol H1=-86.93kJ/mol

强放热可逆反应；低温液相中转化率很大，反应很快；加压，反应很快。

尿素转化率?转化为尿素的CO2量原料中CO2总量文档尿素质量％尿素质量％?1.365CO2质量％

2.平衡转化率的计算

多组分多相的混合体系，偏离理想溶液；无法用平衡常数及方程计算； 简化法：佛里扎克法，马罗维克法。 （三）工艺条件的选择 1.温度

对于转化率，有极值温度，190－200 ℃；设备腐蚀极限温度， 185－200 ℃；不高于气液平衡温度；综上考虑，略高于转化率极值温度。

2.氨碳比L

(1)氨过量有利与转化率， CO2过量对转化率无影响；(2)提高氨含量的有利之处： A.提高转化率；B.加快反应速度，减小设备腐蚀；C.抑制有害副反应；D.维持合成塔自热平衡，防止超温；

(3)氨氮比L的一般取值：水溶液全循环法：L在4左右；气提法：2.8-2.9。 3.水碳比W

（1）水的来源：反应生成水，循环水；（2）水碳比W增大，降低转化率；（3） W对转化率的影响与L有关 L≦5.65 ,不利影响较小； L≧5.65 ，危害较大。（4） W增大可增大反应速度，但利小弊多。

4.压力

压力高于塔顶组成和温度对应的气液平衡压力，保持液相，有利于转化率提高；有惰性气体时，压力略高于平衡压力 。 四、尿素合成的工艺流程 （一）水溶液法

（二）气提法

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第二节 硝酸铵的生产

一、硝酸氨的生产方法 1.中和法

氨气或含氨气体与60％的稀硝酸反应 2.转化法 （1）气态转化法

Ca(NO3)2+CO2+2NH3+H2O=2NH4NO3+ Ca(CO3)2 (2)液态转化法

Ca(NO3)2+(NH3) 2CO3+H2O=2NH4NO3+ Ca(CO3)2 滤液蒸发即可得硝酸氨。 二、氨与硝酸中和制硝酸氨 （一）基本原理 1.反应

NH3(g)+ HNO3(L)=NH4NO3

强放热反应：中和热＝反应热+稀释热+溶解热. 中和热可蒸发水分，得到硝氨的浓溶液或熔融液。 2.流程分类

（1）多段流程：先得稀硝氨溶液，后蒸发。 （2）一段流程：利用中和热得硝氨熔融液。 加压，0.2－0.5MPa,国外常用；常压，国内常用。 3.反应动力学

氨在液相中的扩散为控速步，反应宜在液相进行。 （二）工艺条件

原则：氨损失最小，充分利用中和热 1.压力

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