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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K8545-69 530

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