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和温度，在冷却—冷凝器的出口基本上达到了完全氧化，冷凝的气体和水形成 30～40%（W/W）的稀硝酸[12]。

冷却—冷凝器的平衡 进口物料与氧化炉出口物流 4 组成相同。设冷却—冷凝器温度为 40℃，冷却水的最高温度约为30℃。这样两者温差约为 10℃。如果离开单元的组成取为 35%（w/w），假定在出口温度下，气体与冷凝液体处于平衡，这样就可以估算气 相组成。在 40℃，45%硝酸液面上水的蒸气压力为 2.323KPa，总压取 450KPa。 出口气体物流中的摩尔分率可由水蒸气压与总压之比得到：

（2.323×103）/（450×103）=5.16×10-3

第一次试差,假定在进口物流中所有水都冷凝,则冷凝的水为：

150kmol =2700kg

二氧化氮和这些水结合成 35%的溶液 反应 5: 3NO2+H2O→2HNO3+NO

为方便计算，在计算中取冷凝液 100kmolHNO3(100%)作为辅助基准: 对反应 5,形成 100kmolHNO3 所需的水量=100×1/2 =50kmol=900kg， 100 kmol HNO3 质量= 100×63=6300kg 将 100%硝酸稀释至 35%硝酸所需的水为： (6300×65)/35=11700kg 形成稀硝酸的总的水量 = 900+11700=12600kg

将此计算基准换算至原先 100kmol 氨(NH3)进料量基准:

形成硝酸(HNO3) = 100 ×(每100kmolNH3料液冷凝水/ 每100kmolHNO3形成45%酸的总

水量)

=100×(2700/12600)=21.4kmol

反应5消耗的二氧化氮(NO2) = 21.4×3/2 =32.1kmol 生成一氧化氮(NO) = 21.4×1/2 = 10.7 kmol 反应所需的水(H2O) = 21.4×1/2 = 10.7 kmol

未与二氧化氮(NO2)反应的冷凝水量= 150-10.7= 139.3kmol

离开冷凝器气体中，未氧化的一氧化氮（NO）量取决于停留时间及进口物 流

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中一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）的浓度。为简化起见，平衡计算时出口气体中一氧化氮（NO）的量取为在冷凝器中吸收二氧化氮（NO2）形成硝酸 时所生成的一氧化氮（NO）量。

出口气体中一氧化氮（NO）为10.7kmol。

这样在出口物流中未反应的氧可以由单元氮氧化物及氧的平衡式计算得到。 氮氧化物平衡

进料(NO+ NO2)总量为物流 4 中的一氧化氮(NO) =96 kmol，其中21.4kmol 是作为 HNO3 形式离开的，所以出口气流中(NO+ NO2)量=96- 21.4 = 74.6kmol，假定一氧化氮为 10.7kmol,则出口气体中二氧化氮量= 7406- 10.7 = 63.9 kmol。

氧平衡

假定未反应的氧(O2)为 X kmol，离开此单元的氧为: （NO/2+ NO2 +X ) 气体 ,物流 6 + （3/2HNO3 + 1/2H2O ) 酸 ,物流 7=（10.7/2+63.9+X）+(3/2×21.4+ 139.3/2)=（171+X）kmol

进入单元的氧=( NO /2+ O2 + H2O /2 ) 物流 5 =96/2 ＋68＋150/2 =191kmol 由氧平衡得未反应氧(O2) X= 191-171=20.0kmol

以下对第一次试差时，所有的水蒸气都冷凝的假设进行校核。

在气流中的水量 = 总流量×摩尔分率。气体总流量（忽略水）为10.7+63.9+20+720=804.6kmol,水的摩尔分率估计为：5.16×10-3，所以

水蒸汽= 804.6×5.16×10-3 =4.2 kmol 冷凝水= 139.3-4.2 = 135.1 kmol

应用此值重新计算，可以得到更好的近似值。但是酸，氮氧化物，氧和水的流量变化较小，因此，只要改变原先在气流中的冷凝水量即可。

物流(6)中水 = 4.2 kmol=75.6kg 物流(7)中水 =139.3-4.2=135.1kmol =2431.8kg 计算结果，物流组成如下：

表3

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校核：物料(6)+(7)总量=24136.0+3780.0=27916 kg 与物流(4)出口总量 27916 kg 相同。

3.吸收塔

在吸收塔，气体中的二氧化氮(NO2)是用水吸收，生产约52%（W/W）的酸， 为了使进口气体中的NO氧化生成NO2，必须供给足够的氧，氧化速率取决于氧的浓度，所以氧总是过量的，在较好操作情况下，从吸收塔排放的尾气中应含有约 3% O2。

物料(6)组成为：

图4

进入吸收塔进口物流中：一氧化氮(NO)为 10.7kmol ，氧(O2)为20.0kmol 将物流中一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO2)所需的氧，根据反应式(4),得氧(O2) 为10.7/2=5. 35 kmol 。因此，进口物流中游离的氧= 20.0-5.35= 14.65 kmol

将反应（4）和反应（5）结合，得吸收二氧化氮(NO2)，生产硝酸的总反应式：

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反应式 6：4NO2 +2H2O+ O2→4HNO3

应用这一反应，在吸收塔氧化生成一氧化氮(NO)所需的氧为： [（NO+ NO2）物料 6 中]×1/4 =（63.9+10.7）×1/4 = 18.65 kmol 这样，除进口气体中的氧量外，完全氧化所需的氧(O2)为： 18.65-14.65= 4kmol

设二次空气的流量为 ykmol，因此，二次空气中的氧(O2)为 0.21y kmol，其中4 kmol 的氧在吸收塔中和一氧化氮 (NO) 反应，所以尾气中游离的氧为（0.21y-4）kmol。

进入吸收塔的氮(N2)量不发生变化，所以在尾气中：

氮=从冷凝器进入吸收塔的氮+二次空气中的氮=（720+0.79y）kmol

尾气中其他组分的量可忽略， 主要是氮(N2)和氧(O2)的量， 所以尾气中氧(O2) 的百分数为：

由此得y=141.6 kmol

尾气中的氧(O2) = 141.6×0.21- 4 = 25.7kmol 尾气中的氮(N2) =141.6×0.79 + 720 = 831.9 kmol

在尾气中将含有 0.1%～0.15%一氧化氮(NO),若以0.1%计，则尾气组成中一氧化氮(NO)量为：

总流量×0.001 =（N2+ O2）流量×0.001

=（831.9 + 25.7）×0.001 = 0.86 kmol

二次空气的量是根据所有氮氧化物被吸收的假定计算的， 其也可以由尾气中O2 浓度假定值计算得到，这一数值不会变化，但是尾气中的的数值要进行校正，以满足平衡的要求

[11]

(0.21y -4) ?100?3 (720 ? 0.79 y ) ? (0.21 y - 4)。

从反应(4)和反应(6)可以计算未反应的氧(O2)， 由于 0.86 Kmol 的一氧化氮 (NO)未被氧化或吸收，所以尾气中的(O2)调整为：

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