前言
硝酸是无机化学工业中的重要产品，1985年全世界的硝酸产量为30Mt∕a，中国1996年的产量（以100%硝酸计）已达3Mt∕a，硝酸大部分用来制造肥料，如硝酸铵﹑氮磷钾复合肥料等，亦大量用来制造﹑燃料和医药中间体﹑硝酸盐和王水等，还用作有机合成原料。
17世纪以来，人们用硫酸分解智利硝石（NaNO3）来制取硝酸，硫酸消耗量大，智利硝石又要由智利产地运来，故本法目前已趋淘汰。1932年建立了氨氧化法生产硝酸的工业装置，所用原料是氨和空气，催化剂是编结成网状的铂合金（铂——铑网）。在铂网上，氨和空气混合物经燃烧（氧化）生成一氧化氮：
4NH3+5O2→4NO+6H2O
一氧化氮在较低温度下被剩余的空气中的氧气继续氧化成二氧化碳：
2NO+O2→2NO2
3NO2+H2O→2HNO3+NO
1、生产方法和工艺过程
浓硝酸主要用在有机合成﹑燃料和医药中间体及等的生产上，现在以直接法制硝酸来说明生产浓硝酸的步骤。直接法由氨和空气经氧化直接合成浓硝酸，生产的关键是出去反应生成的水，反应经历以下五个步骤： 1）制一氧化氮 。 氨和空气通过铂网催化剂，在高温下被氧化成一氧化氮，并急冷至40~50℃，陶瓷过滤器使生成的水蒸气经冷凝而除去。
2）制二氧化氮。 一氧化氮和空气中的氧反应，生成NO2，残剩的未被氧化的NO和浓度大于98%的浓硝酸反应，被完全氧化成二氧化氮：
2NO+O2﹦2NO2
NO+2HNO3﹦3NO2+H2O
3）分出二氧化氮。在低温下用浓硝酸（大于98%）吸收二氧化氮成为发烟硝酸，不能被吸收的惰性气体（N2等）排空分出：
NO2+ HNO3﹦ HNO3 ▪ NO2（发烟硝酸）
4）制纯NO2并冷凝聚合为液态四氧化二氮。加热发烟硝酸，它热分解放出二氧化氮，然后把这纯的NO2冷凝成为液态四氧化二氮：
HNO3▪NO2﹦ HNO3+ NO2
2NO2﹦N2O恒功率直流电源4
5）高压釜反应制浓硝酸。将液态四氧化二氮与稀硝酸按一定比例混合，送入高压釜，在5.0MPa压力下通入氧气，四氧化二氮与水（来自稀硝酸）直接生成98%浓硝酸。
2N2O4+2H2O+O2﹦4HNO3
为了加速反应的进行，加入的液态N2O4应比理论量多些，这样制得的是含大量游离二氧化氮的白浓硝酸。二氧化氮经回收冷凝后再送到高压釜使用。
2、氨的接触氧化原理
氨的接触氧化随反应条件和使用催化剂的不同可生成不同的产物：
4NH3+5O2→4NO+6H2O+905.8kJ （1）
4NH3+4O2→2N2O+6H2O+1103.1kJ （2）
水晶白坯
4NH3+3O2→2N2+6H2O+1267kJ （3）
除了上列反应外，还可能产生以下副反应：
氨的分解：2 NH3﹦N2+3H2—91.8kJ
一氧化氮的分解：2NO﹦N2+ O2—180.3kJ
氨和一氧化氮相互作用：4NH3+ 6NO﹦5N2+6H2O+1804 kJ
氨和氧在铂上的反应包括以下几个阶段：
无水洗手液
1）由于铂吸附养的能力很强，铂催化剂表面吸附的氧分子中的共价键被破坏，生成两个氧原子；
2）铂催化剂表面从气体中吸附氨分子，随后氨分子中的氮和氢原子与氧原子结合；
3）进行电子的重新排列，生成一氧化氮和水分子；
4）铂对NO和水分子的吸附能力较小，它们在铂催化剂表面脱附，进入气相中。
研究表明，气相中氨分子向铂网表面的扩散是整个催化氧化过程的控制步骤，也就是说整个反应是由外扩散控制的。
3、氨接触氧化的工艺条件
1）温度。 一般氨在常压下催化氧化温度控制在780捕虾机电路图~840℃，加压下为870~900℃。
2）压力。 一般采用0.3~0.5MPa，国外也有高达1.0 MPa的。
3）接触时间。 生产实践证实，常压下接触时间以10-4秒左右为宜，加压下接触时间以1.55×10-4秒左右为宜。
4）混合气组成。 混合气体中氨的浓度在9.5%~11.5%范围内。
爆炸及预防措施。 例如在混合气中通入10%以上的水蒸气时，在45℃的温度下已没有爆炸危险。因此在生产中一般都加入一定量的水蒸气，这样即使将氨的浓度提高到13%~14%也是安全的。
4、生产工艺流程
直接法制浓硝酸流程
直接法制浓硝酸流程示于下图，现简述如下。
氨的接触反应和一氧化氮的初步氧化。氨在铂催化剂上被氧化成氧化氮（主要为NO）进入氧化塔，被它带入的空气中的氧气氧化，生成二氧化氮，氧化率达90%以上。氧化时发生的热量，用由发烟硝酸吸收塔上段（洗涤段）来的浓度约为65%的硝酸带走，硝酸被稀释至55%，送往混合罐。
一氧化氮的再氧化和二氧化氮的吸收。发烟硝酸吸收塔共分三段。下段为重氧化段，气体中的一氧化氮在此被浓度为98%的硝酸几乎全部氧化成二氧化氮，同时硝酸被稀释至75%，中段为发烟硝酸吸收段，用被冷却到—10℃的98%浓硝酸作吸收剂，浓硝酸吸收NO2后成为含30%游离NO2的发烟硝酸。发烟硝酸由中段底部送至漂白塔，反应热用筛板上盘管中的冷冻盐水带走。上段为洗涤段，以冷凝水洗涤尾气中的硝酸雾沫后成为65%稀硝酸，此酸送氧化塔。尾气中还含有0.2%（2000ppm）氧化氮，送至稀硝酸生产系统回收能量，并经治理后由烟囱排入大气。
二氧化氮的解吸。含30%游离NO2的浓硝酸至漂白塔，受热解吸，释放出NO2。浓硝酸从塔底放出，经冷却后可供发烟硝酸吸收段循环使用。塔顶出来的是纯NO2，经初步冷却器用水冷却除去酸雾后，进入四氧化二氮冷凝器，用冷冻盐水冷凝为液态四氧化二氮，送至混合罐。
合成浓硝酸。混合罐中用液态四氧化二氮和各处来的稀硝酸，配成N2O4∶HNO3∶H2O=7∶2∶1的混合物，在充分搅和的情况下用泵送至高压釜，在5.0MPa的压力和70℃下，混合物与纯氧反应生成浓硝酸。送入高压釜中的N2O4是过量的，所以排出的浓硝酸中含有25% N2O4（称为热酸），送至漂白塔中部解吸，最后才成为成品酸（98%浓硝酸）。
5、单元设备：吸收塔（填料塔）
吸收塔经常和解吸塔联用。吸收后的溶剂需需经过解吸塔再生。
填料塔用于吸收和解吸操作，可以达到很好的传质效果，它具有通量大阻力小传质效率高等性能。因此，在实际工程操作中，吸收﹑解吸和气体洗涤过程大多数使用填料塔。
1填料塔的结构
填料层：提供气液接触场所
液体分布器：均匀分布液体，以避免沟流现象发生。
液体再分布器：避免壁流现象发生。
支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。
除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。
气体从塔底送入，液相从塔顶进入，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。因壁流现象的存在，故需设置再分布装置。
2吸收塔操作流程
气液两相在塔内的流动有逆流和并流两种方式。在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。
对于各种吸收要求吸收流程的安排可按不同方案组合：
单塔吸收流程
吸收剂部分循环流程
多塔吸收串联或并联流程
吸收和解吸联合流程
3吸收塔的工业应用
1、净化气体或精制气体。如用水脱除合成氨原料气中的CO2，用丙酮脱除石油裂解其中的乙炔等以除去气体中的有害成分，便于下一步的反应顺利进行。
2、制备液体产品。如用水吸收HCL气体制备盐酸；用水吸收NO2气体制硝酸；用水吸收NH3制氨水；用稀硫酸吸收SO3制浓硫酸等均属于吸收操作。
3、回收有用物质。如用洗油从焦炉气中回收粗苯（苯﹑甲苯﹑二甲苯）等。
4、环境保护的需要。如用碱液吸收工业过程排放的废气中含有的一些有害物
如SO2 ﹑H2S﹑NO﹑HF等。
6、三废处理和治理情况
工业生产硝酸产生的主要污染是氮氧化物废气。对于氮氧化物的污染治理技术目前主要有化学吸收法﹑液膜法﹑催化脱除法﹑高能辐射法﹑冷冻法和吸附法等。这些方法各有其特点及合适的应用场合，在处理时要综合考虑废气的来源﹑组成强度及费用﹑烧结线效果等各方面因素并在此基础上选择最佳处理方法。从环保的角度来说，生物法处理氮氧化合物废气原理和方法也是值得继续的研究。
除了采取必要的环境治理措施﹑有效管理污染物的排放和治理外，根本的措施是采用无污染或少污染的先进生产工艺；改进设备，提高机泵设备和管道设备的密闭性；积极开展废气的回收和综合利用。
7、心得体会
通过本次认识实习，我学到了很多。首先，了解了好多化工设备的结构和性能以及操作方法。并且知道每套设备装置都有一定的危险性，所以在操作过程中一定要格外小心谨慎，安全是最重要的。其次，知识与经验应当并重。在任何一个化工厂中都少不了新技术的改造，一套装置上百个设备，相互之间又紧密联系着，如何才能改造成功？这就需要扎实的知识基础和丰富的经验。没有知识，有再多的经验也不能合理的应用，甚至可能因为光凭
经验办事而犯错误；没有经验，很多细节就考虑不到，也就不能想出最符合生产实际的设计方法。只有认真学习，注意积累，做到知识与经验并重，才能学以致用。
8、参考文献
《化学工艺学概论》（浙江大学出版社）黄仲九编著
《化工传质与分离过程》（化学工业出版社）贾绍义柴诚敬主编
9、致谢
感谢学校支持我们这次认识实习的活动以及提供了优良的实习环境，感谢高智老师的精心安排和准备，同时也感谢演讲老师的精彩讲座。
