氮氧化物氣體的吸收

關(guān)于氮氧化物氣體的吸收第1頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月可見，被水吸收的NO2的總數(shù)只有2/3生成硝酸，還有1/3又變成NO。要使1molNO完全轉(zhuǎn)化為HNO3，氧化的量應(yīng)有：

1+1/3+(1/3)2+(1/3)3+…=1.5mol1、吸收反應(yīng)平衡和平衡濃度為了測(cè)定及計(jì)算方便起見，把平衡常數(shù)分成兩個(gè)系數(shù)來研究

K1=pNO/p3NO2

K2=p2HNO3/pH2O平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，而K1與K2除了與溫度有關(guān)外，還與溶液中酸含量有關(guān)。酸濃度改變時(shí)，K1與K2均要變化。圖3.35為系數(shù)K1與溫度的關(guān)系。由圖可以看出，溫度越低，K1值越大；硝酸濃度越低，K1值也越大。若K1為定值，則溫度越低，酸濃度越大。因此，只有在較低溫度下才能獲得較濃硝酸。K2值與溫度及硝酸濃度間的關(guān)系和K1相反，溫度越高K2值越大。第2頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月雖然低濃度硝酸有利于吸收，但是生產(chǎn)中要考慮吸收速度的大小。當(dāng)硝酸濃度>60%時(shí)，lgK1<1，吸收幾乎不能進(jìn)行。綜上所述，用硝酸水溶液吸收氮氧化物氣體，成品酸所能達(dá)到的濃度有一定的限制，常壓法不超過50%第3頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月2.、氮氧化物吸收速度問題在吸收塔內(nèi)用水吸收氮氧化物的反應(yīng):3N02+H20二2HN03+NO(18)2N0+02二2N02(19)以水吸收氮氧化物是一個(gè)非均相的氣流反應(yīng)：首先是氣相中二氧化氮和四氧化二氮通過氣膜和液膜向液相按擴(kuò)散；其次是液相中NO2和N2O4與水作用生成硝酸和亞硝酸；而后亞硝酸分解成硝酸及NO；最后是NO從液相向氣相擴(kuò)散研究表明液相中氮氧化物與水反應(yīng)是整個(gè)速度的控制步驟。在吸收系統(tǒng)的前部，氣體中氮氧化物和硝酸濃度都較高，所以NO的氧化速度大于N02的吸收速度。到吸收系統(tǒng)的后部，N02的吸收速度大于NO的氧化速度。只是在吸收系統(tǒng)中部，兩個(gè)反應(yīng)的速度都必須考慮。第4頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月3.氮氧化物吸收條件的選擇總吸收度指氣體中被吸收的氮氧化物總量與進(jìn)入吸收系統(tǒng)的氣體中氮氧化物總量之比。產(chǎn)品酸濃度愈高，吸收容積系數(shù)【m3/t*d】（即每晝夜1t100%HNO3所需的吸收容積）越大。溫度和產(chǎn)品濃度一定時(shí)，總吸收度越大，吸收容積系數(shù)越大。在溫度和產(chǎn)品濃度一定時(shí)，總吸收度越大，則吸收容積系數(shù)越大。因而吸收塔尺寸與造價(jià)越大，操作費(fèi)用也越大。加快反應(yīng)速度，盡可能減少吸收系數(shù)，是選擇吸收過程操作條件的基本原則硝酸濃度/%44464850吸收容積系數(shù)18.420.723.928.6第5頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)溫度降低溫度，有利平衡向生成硝酸的方向移動(dòng)，NO的氧化速度加快。在常壓下，總吸收度為92%時(shí)，若以溫度30℃的吸收容積作為I，則5℃時(shí)只有0.23，而40℃時(shí)高達(dá)1.50。所以無論從提高成品酸的濃度，還是從提高吸收設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，降低溫度都是有利的。第6頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）壓力提高壓力，不僅可使平衡向生成硝酸反應(yīng)的方向移動(dòng)，可制得更濃的成品酸，還可大大減少吸收體積。表3.19是當(dāng)溫度為37℃時(shí)，兩個(gè)不同壓力下，每晝夜制造1t硝酸(100%HN03)不同總吸收的所需的吸收反應(yīng)容積。目前實(shí)際生產(chǎn)上除采用常壓操作外，加壓的有用0.07,0.35,0.4,0.5,0.7,0.9MPa等壓力，這是因?yàn)槲者^程在稍微加壓下操作已有相當(dāng)顯著的效果。壓力（絕）/0.1MPa3.55總吸收度/%949595.5969798吸收容積系數(shù)/(m3.t-1.d-1)1.21.72.30.81.01.5第7頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)氣體組成主要指氣體混合物中氮的氧化物濃度和氧濃度。由吸收反應(yīng)平衡的討論可知，使產(chǎn)品酸濃度提高的措施之一是提高NO2的濃度或提高氧化度αNO

其關(guān)系如下式式中以CHN03—成品酸濃度(55%-60%);CNO2氮氧化物濃度。增加CN02，可提高CHN03。為了保證進(jìn)吸收塔氣體的氧化度，氣體在進(jìn)入吸收塔之前必須經(jīng)過充分氧化。第8頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月

氣體進(jìn)入吸收的位置對(duì)吸收過程也有影響。因?yàn)闅怏w冷卻器出口的氣體溫度在40-45℃，由于在管道中NO繼續(xù)氧化，實(shí)際上進(jìn)入第一吸收塔的溫度可升到到60-80℃。若氣體中尚有較多的NO未氧化成NO2而溫度又較多時(shí)，氮氧化物遇到濃度為45%左右的硝酸有可能不吸收，反而使硝酸分解。這種情況下，第一塔只起氧化作用，氣體中的水蒸氣冷凝而生成少量的硝酸。整個(gè)吸收系統(tǒng)的吸收容積有所減少，影響了吸收效率。此時(shí)生產(chǎn)成品酸的部位會(huì)移到第二塔。為使第一塔（在常壓下）出成品酸，可將氣體從第一塔頂加入。當(dāng)氣體自上而下流過第一塔時(shí)，在塔上半部可能繼續(xù)進(jìn)行氧化，而在塔下半部則被吸收。這樣，成品酸就可以從第一塔導(dǎo)出，而且提高了吸收效率。實(shí)踐證明該措施是有效的。第9頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)氨-空氣混合氣中氨的濃度達(dá)到9.5%以上時(shí)，在吸收部分就必須加大二次空氣。NO氧化和NO2吸收同時(shí)進(jìn)行，使問題較復(fù)雜，很難從計(jì)算中確定出最適宜的氧含量。通常是控制吸收以后尾氣中的氧含量，一般在3%-5%左右。尾氣中氧含量太高，表示前面加入二次空氣量太多;太低時(shí)，空氣量不足，不利于氧化。尾氣氧量與吸收體積關(guān)系如圖3.36所示。從圖3.36可看出，吸收容積系數(shù)和二次空氣的加入方式也有關(guān)系。如果尾氣中氧濃度較(<4%)，曲線1的V吸較小，故一次加入較好。若尾氣中氧濃度較高(>4%)，則曲線2的V吸較小，因而分批加入為佳。第10頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月

若在氨催化氧化時(shí)采用純氧或富氧空氣，則不僅能提高NH3的氧化率，對(duì)吸收部分也是很有利的。采用氧量越多，則吸收容積系數(shù)就越小，如表3.20所示。如在加壓下同時(shí)用富氧空氣，則生產(chǎn)效能更高。當(dāng)氧用量增加時(shí)，混合氣體中氧含量，氧化率，成品酸產(chǎn)量以及濃度都隨之提高。氧用量（m3/t）063170315520800吸收容積系數(shù)相對(duì)值（%）10084.561.642.828.419.5第11頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月4.、吸收流程(1)、常壓下的填料塔常壓吸收都用多塔，為了移走吸收過程的反應(yīng)熱及保證一定的吸收效率，應(yīng)該有足夠的循環(huán)酸，一般采取5-7塔操作。對(duì)填料塔的基本要求是既要具有大的自由空間率，又要有在的比表面。由于前幾個(gè)吸收塔主要是進(jìn)行吸收過程，所以應(yīng)該用比表面在的一些填料；而在后面幾個(gè)塔中，氧化過程很慢，故采用自由空間在的填料。氣體流速太小不利于擴(kuò)散；太大，則阻力過大。氣液相的流向并無嚴(yán)格要求，但在硝酸吸收塔中同時(shí)進(jìn)行著吸收和氧化過程，所以并流操作時(shí)，氣體一邊吸收一邊繼續(xù)氧化，吸收推動(dòng)力未必低于逆流操作，故一般配置氣液流向時(shí)，主要以節(jié)省氣體管道為原則。第12頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)、常壓下氮氧化物吸收流程與成品酸的漂白常壓下，氮氧化物吸收流程為多塔串聯(lián)吸收。從第一或第二吸收塔引出的成品酸因溶解有氮氧化物而呈黃色。為了減少溶解的氮氧化物的損失，成品酸入庫以