两钠产品的性质用途及规格要求资料.docx

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两钠产品的性质用途及规格要求资料

两钠产品的性质用途及规格要求

第一章：

概述

亚硝酸钠和硝酸钠简称两钠，是用碱液吸收硝酸生产尾气中的氮氧化物生成NaNO2/NaNO3≥9和中和液，经加工分离出来的两种产品，也可用纯液直接吸收氨氧化装置废热锅炉出来的高温浓氧化氮气体。

一、性质：

（一）、亚硝酸钠的性质：

分子式：

NaNO2分子量：

69

1、纯NaNO2是无色或淡黄色菱形结晶，工业NaNO2为白色或淡黄结晶；

2、NaNO2具有潮解性（吸湿性）易溶于水和液氨，水溶液呈碱性，（PH＝9）微溶于甲醇、乙醇及乙醚。

亚硝酸钠在水中溶解度随温度升高而增大。

亚硝酸钠在水中的溶解度（表）

温度℃

0

10

20

30

40

50

80

100

溶解度g/100g水

72.1

78.0

84.5

91.6

98.4

104.1

132.6

163.2

亚硝酸钠水溶液的浓度（饱和）与温度的关系：

温度℃

-8

0

15

19

22

52.5

65

81

92

99.9

103

128

NaNO2%

40.8

41.9

43.7

44.9

45.07

51.4

54.6

57.9

59.2

61.5

62.5

68.7

3、亚硝酸钠的密度：

固体密度：

dº4为2.168（2.170）

水溶液的密度：

随着浓度升高而增大（密度表d204如下）

NaNO2%

1

2

4

6

8

10

12

14

d

1.005

1.012

1.024

1.028

1.052

1.065

1.078

1.092

NaNO2%

16

18

20

24

28

32

36

40

d

1.107

1.122

1.137

1.168

1.198

1.230

1.264

1.299

4、NaNO2饱和溶液沸点（P＝761mmHg饱和溶液浓度219.5g/100克水即68.7%）

为128℃.

5、熔点为271℃.

6、分解温度为320℃,当加热到320℃以上时，分解放出氧气、一氧化氮、氮气，最终生成Na2O即：

4NaNO22Na2O+2NO+N2+2O2

7、NaNO2与硝酸和二氧化氮发生转化作用生成硝酸钠：

3NaNO2+2HNO32NaNO3+2NO+H2O-Q

NaNO2+NO2NaNO3+NO+Q

8、NaNO2为强还原剂，常温下在空气中能慢慢氧化成硝酸钠：

2NaNO2+O22NaNO3

9、亚硝酸钠同时也是氧化剂，与有机物接触易发生燃烧和爆炸，放出过氧化氮和氧化氮气体（有毒和剌激性）。

10、在低温下易与氨基形成重氮化合物。

11、亚硝酸钠无臭而略有咸味，有毒，人至死量为2g，皮肤接触NaNO2溶液的极限浓度为1.5%，大于此浓度时会使皮肤发炎出现斑疹。

（二）、硝酸钠的性质：

分子式NaNO3，分子量为85

1、纯NaNO3为无色斜方六面体透明结晶，味咸微苦。

工业NaNO3为白色或略带黄色的结晶。

2、NaNO3极易溶于水，其溶解度随温度升高而显著增大。

其溶解度如下（表）

温度℃

-18.5

-6.7

0

10

20

30

40

溶解度g/100g水

73

80

88

96

104

NaNO3%

36.9

16.7

42.2

44.6

46.8

49

51.2

温度℃

50

60

70

80

90

100

119

溶解度g/100g水

114

124

148

180

NaNO3%

53.3

55.5

57.0

59.1

61.7

63.5

67.9

3、NaNO3具有潮解性（吸湿性），当含有极少量氯化物杂质时，其潮解性急剧增加。

4、NaNO3的密度2.27（固体）。

水溶液的密度随浓度的增高而增大。

硝酸钠水溶液的密度与浓度的关系：

浓度%

10

20

30

40

44.54

51.2

55.48

67.62

密度d204

1.0674

1.1429

1.2256

1.3175

1.3683

1.4139

1.4447

1.5374

5、硝酸钠的熔点308℃.

6、硝酸钠水溶液冰点为-18.5℃（36.9%）

水溶液沸点（P＝760mmHg）随浓度增高而升高（如下表）：

浓度（g/100g水）

10

25

50

75

100

209

220

饱和

溶液

NaNO3%

9.09

20

33.33

42.86

50

67.6

68.75

69.7

沸点℃

101.1

102.7

105.2

107.2

110.1

119

120

121

7、分解温度为380℃,当加热至380℃时开始分解，放出氧气而生成亚硝酸钠：

2NaNO32NaNO2+O2↑加热至400—600℃时放出N2和O2：

4NaNO32Na2O+2N2+5O2

加热至700℃时放出NO，加热至775～865℃时，才有少量NO2和N2O生成。

8、NaNO3与硫酸混合加热能制硝酸，其反应如下：

NaNO3+H2SO4NaHSO4+HNO3

9、硝酸钠能与氯化钾进生复分解反应生成硝酸钾：

NaNO3+KClNaCl+KNO3

10、硝酸钠为氧化剂与有机物硫磺或亚硫酸氢钠混在一起能引起燃烧爆炸。

二、用途：

亚硝酸钠和硝酸钠是重要的化工原料，用途广泛。

（一）、NaNO2：

主要用来制造亚硝酸钾，硝基化合物、染料、用作织物染色的媒染剂、漂白剂，还用于有机合成，分析化学试剂，照相及医药工业，以及金属热处理剂，电镀绶蚀剂等。

（二）、NaNO3：

主要用来制造硝酸钾、炸药、苦味酸和染料，也用作玻璃消泡剂与脱色剂，搪瓷工业助溶剂和氧化剂，烟草助燃剂，金属清洗剂，青霉素培养剂，铝合金热处理剂，还可以作为氮肥。

最大用户是轻工，占总有消费量的80%左右，日用玻璃又居首位，占用量的90%以上，其次是日用搪瓷，灯泡，保浊瓶等。

偶氮染料的重氮化，用作绦、毛、亚麻、纤维等的漂白剂，染色媒染剂，制造氧化氮，用于有机合成及医药工业，还可作制药分析剂，照相反应试剂，热处理剂，防腐剂。

中和液比重为1.24～1.25，Na2CO3含量为3～5g/l时取中和液蒸发。

第二章：

生产原料

主要是碳酸钠水溶液吸收硝酸尾气或NOX气体中氮氧化物。

一、碳酸钠：

（又名纯碱）分子式为Na2CO3,分子量106。

（一）、性质：

是一种白色结晶颗粒粉状，比重2.5.

1、它易溶于水碱类，最初溶解度随温度升高而增加，32.5℃时达到最大值，这时水溶液的浓度约为33.8%，如果温度继续升高溶解度反而下降。

碳酸钠在水中的溶解度（如下表）：

温度℃

0

10

20

25

30

35

40

50

60

70

溶解度

6.03

11.2

17.6

23.0

29.0

33.8

33.2

32.2

31.7

31.4

2、碳酸钠是弱酸（碳酸）同强碱（氢氧化钠）形成的盐：

2NaOH+H2CO3Na2CO3+2H2O

它的水溶液在高温时部分水解成氢氧离子OH-显碱性，所以又叫纯碱。

3、碳酸钠与酸和酸性氧化物起中和反应生成盐和水：

Na2CO3+2HNO32NaNO3+H2O+CO2↑

Na2CO3+（NO+NO2）2NaNO2+CO2

4、碳酸钠与碱作用，生成新的碱和盐：

Na2CO3+Ca（OH）22NaOH+CaCO3

5、碳酸钠与空气中CO2和水份接触生成碳酸氢钠：

Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3

（二）、用途：

碳酸钠是重要的化工原料，广泛用于化学工业，玻璃工业，造纸工业，纺织工业，冶金工业，食品工业及民用。

在化学工业中，用于制造苛化法烧碱，制成各种无机钠盐及有机钠盐；冶金工业中，黑色冶金脱硫脱磷；有色冶金助溶剂；在医药、染料、农药合成纤维，合成橡胶，塑料及其它化工产品中常用以中和酸类或起皂化作用，还用于石油和油类精制，硬水软化，洗涤印染，漂白，肥皂，制革等。

二、氮氧化物：

主要是NO、NO2、N2O3和N2O4

（一）、NO性质：

分子式NO，分子量为30

1、为无色难于液化的气体。

2、常压下-151.4℃冷凝为无色的液体，沸点为-151.8℃结晶温度-163.7℃。

3、难溶解于水，但溶于硝酸，酸浓度越高，溶解度越大，并能分解硝酸，而补氧化为NO2：

2HNO3+NO3NO2+H2O

4、NO与稀的碱液不发生作用，但与浓碱作用，一半生成亚硝酸盐，另一半生成氧化亚氮：

4NO+2NaOH2NaNO2+N2O+H2O

5、NO与NO2在常温下相遇生成N2O3

6、NO在常温下稳定，在高温时（1200℃）开始分解生成N2和O2：

2NON2+O2

7、NO易与O2化合生成NO2,670℃以上不能与氮化合，低于140℃时，则几乎完全被氧化成NO2：

2NO+O22NO2

（二）、NO2和N2O4：

1、NO2在通常条件下是红褐色气体，有窒息气味，容易凝缩成综色液体，沸点为21.5℃，-10.8℃时凝结成无色晶体。

2、NO2具有聚合作用：

2NO2N2O4，在1.35℃～-10.8℃为液体或气体的混合物，当200℃,NO2才开始叠合为N2O4,温度100℃,大部分变成N2O4。

3、N2O4无色，所以浊度越高时，NO2和N2O4混合物颜色越浓。

4、NO2与水起反应生成硝酸和亚硝酸：

2NO2+H2OHNO3+HNO2

5、NO2与烧碱或纯碱发生作用生成硝酸钠和亚硝酸钠：

2NO2+Na2CO3NaNO3+NaNO2+CO2

2NO2+NaOHNaNO3+NaNO2+H2O

（三）、N2O3：

当NO氧化生成NO2的同时，有NO和NO2生成N2O3.当温度降低和压力升高时，有利于生成N2O3：

NO+NO2N2O3因为N2O3的生成反应速度很快，在0.1秒就可达到平衡，NO继续氧化时，生成N2O3的最大量为50%，若继续氧化则N2O3的含量会减少，NO完全氧化时N2O3含量为0.

性质：

1、N2O3在普通温度和常压下不稳定，易分解为NO和NO2.

2、在低温下N2O3为暗兰色的液体，比重1.44，在3.5℃时沸腾，温度为-27℃呈稳定状态为深兰色液体，在-102℃时凝固成浅兰色的晶体。

3、N2O3与水作用生成亚硝酸：

N2O3+H2O2HNO3

4、N2O3与碱作用生成亚硝酸盐。

第三章：

生产原理及工艺流程

一、碱吸收：

利用碳酸钠（或氢氧化钠）水溶液吸收硝酸生产硝酸尾气中氮氧化物，浓度为0.3—1%，常压下，可使总吸收率由92%～94%增加到99%以上。

（一）、反映原理：

用硝酸水溶液吸收NO2时，在生成硝酸的同时，放出NO，而NO的氧化速度很小，因此吸收利用困难，但用碱液吸收时，不会有NO放出，当碱液吸收NO2或N2O3时，生成相等mol的NaNO2和NaNO3,等mol的NO+NO2的混合物质N2O3的形态被碱液吸收生成亚硝酸盐。

反应式：

NO+NO2N2O3

N2O3+Na2CO32NaNO2+CO2↑

2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2↑

付反应：

Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3

NaNO2+NO2NaNO3+NO

Na2CO3+2HNO32NaNO3+CO2+H2O

影响吸收反应的主要因素：

1、尾气中氮氧化物的成分：

当NO含量大于NO2含量时，其吸收是以N2O3的形态而进行的生成几乎全部是NaNO2,当NO2/NO比例增高时，吸收速度也随着增大，NO2/NO＝1：

1时，吸收速度最大，然后随着NO2/NO比值继续增加，吸收速度重新减小，最后NO完全氧化后，吸收速度则固定不变。

2、尾气中氮氧化物的浓度：

NOX浓度增高,吸收作用的动力增大，吸收速度增大，当NOX浓度达到2%～3%时，吸收速度增加特别显著，由相等mol的NO和NO2所组成的混合物其吸收速度系数在所有情况下都大于浓度相等的NO2的吸收速度系数。

含1%NO+NO2的吸收速度为含1%NO2吸收速度的2倍，随着NOX浓度的增加，它们之间差异缩小，NOX浓度为10%前者反为后者1.5～1.3倍。

3、尾气中一氧化氮的氧化度：

用碱吸收NOX气体时，在吸收塔下部，同时进行两个反应：

即NO的氧化和生成NO2被碱吸收，NO氧化成NO2的氧化度与气相所占有自由空间成正比，而被吸收的氧化氮量又与气相和液相的接触面积成正比，NO的氧化速度要比同浓度的NOX的吸收速度小很多倍，气体中NO的浓度愈小，其差别愈大。

当NO的氧化反应和生成氮氧化物的吸收反应同时进行时，在NO氧化生成的NO2被碱液吸收的同时，又有相等数目的NO被吸收，会使气体中NO的浓度降低很快，则NO氧化速度更加降低，因此减慢了氮氧化物的吸收。

若NO的初浓度为a，被氧化NO为X，所以被氧化吸收的NO则为2X，经吸收后的NO浓度为a-2X，除NO以初浓度a得a-2x/a即1-2X/a，含X/a＝α

（α—NO的氧化度）所以吸收后的NO浓度可写成1-2α,若NO的氧化度为40%，则被吸收的NO为80%，气体中剩余的NO含量仅为初浓度的20%。

当NO氧化反应单独进行时，NO的氧化速度要比当生成的氮氧化物同时被吸收时NO的氧化速度大很多倍。

例如：

含1%的气体如果将40%NO氧化需要94.5秒，要使40%NO氧化并同时将生成的氮氧化物吸收共需要567秒，但是若只是将80%等mol的NO+NO2以N2O3形态吸收，仅需75秒。

因此要使浓度低的NOX被碱吸收能够更迅有效，最正确的方法是将NO的氧化和氮氧化物的吸收分开单独而连续进行，这样NO的浓度不会降低，并且生成N2O3所需要的时间也比当吸收反应同时进行所需要的时间少。

例如：

NO含量为1%气体，将其中40%NO氧化而同时又有吸收反应进行，需要567秒，若将这两个反应分别进行，将40%NO氧化需94.5秒，将80%NO+NO2吸收需75秒共需170秒，缩短约400秒，（约2/3）。

要这两个反应能够分别单独进行，必须在碱吸收塔之前装置特别的氧化塔，若采用先进的配气技术，利用化学发光仪及时分析检测尾气中NO和NO2含量，调节气体中NO/NO2比值最佳，就能合理地解决这个问题，而且能使氮氧化物的总吸收度提高到99%以上，尾气中NOX含量能降低到0.1%以下。

4、碱液浓度和成份：

NOX的吸收速度系数，随着碱液浓度降低而增大，直至中性。

NaOH水溶液吸收NOX的速度大，吸收率高，但成本高。

Na2CO3水溶液吸收NOX的速度小于NaOH水溶液，主要是吸收反应放出的CO2阴碍了NO2特别是N2O3的吸收，但吸收效果也很好，而且成本较低，故目前被广泛采用。

Ca（OH）2水溶液（石灰乳）也能较好地吸收NOX，成本低，在经济上最合理。

5、温度：

NOX与碱液相互作用，均为放热反应，会使碱液温度升高，放出的热量与气体中NOX的浓度有关，温度在20～65℃,NOX吸收速度变化不大，1%的氮氧化物气体，吸收NO2时溶液温度升高8.4℃,吸收NO+NO2时，溶液温度升高6.5℃,这是因为吸收NO2时，有NO的氧化热和溶液的稀释热，吸收NOX浓度很低时，反应热很少，温度升高不大，对吸收速度没有什么影响。

所以一般不必冷却，当吸收高浓度的氮氧化物气体时，反应放出热量大，需要设置碱液冷却器，以降低碱液的温度。

6、填料和碱液流量：

当NO的氧化和生成NOX的吸收同时进行时，对填料的要求既具有很大的表面积，同时又具有很大的空隙（自由空间），若NO的氧化和生成氮氧化物的吸收分别单独进行时或事先配气法，碱吸收塔的作用只是吸收，因此要求填料应具有较大的表面积，目前采用聚丙烯阶梯环，我厂聚丙烯阶梯环Ф76×38×2,Ф50×25×1.5两种，具有表面积大，空隙大，阻力小的优点，而重量轻。

碱液流速：

一般用流量强度表示

流量强度：

单位时间内，塔的单位截面积上通过液体的量（米3/米2·小时）也称喷淋密度。

碱液用量：

填料全部表面都达到充分湿润所必须的碱液量，对于50×50×5瓷拉西环吸收塔应8m3/m2·h，碱液流量在吸收塔中起很大作用，如果碱流量小，形成局部填料表面上流过碱量很少，使气液接触不充分，影响吸收效果，同时会有碱液中和作用和NaNO2溶液转化作用发生，使之生成NaNO3.为防止转化作用，必须要增大碱液的流量强度，目前采用Ф76×38×2聚丙烯阶梯环，流量强度可以提高到12m3/h，这有利提高亚钠产量。

7、气体流速和压力：

吸收速度：

决定气体穿过两相交界面附近的气膜和液膜的扩散速度，气体穿过液膜的速度与液膜的厚度有关，液膜厚度大则扩散速度小，而液膜厚度由液体粘度和密度关系来决定增加气体在吸收塔的流速，能降低气膜阻力，使碱液迅速搅拌，可以提高吸收速度。

碱液吸收NOX的速度，随气体压力升高而增大，吸收率也提高。

当压力升高至3atm时，吸收率增加最大，在6atm时NO氧化速度不是影响吸收率的主要因素（压力增大对NO氧化有利），而是NOX的吸收速度。

8、吸收塔类型对吸收速度的影响：

目前常用的碱吸收塔都采用填料塔，采用的填料有瓷拉西环Ф50×50×5和鲍尔环，也有采用钢鲍尔环，当前都用聚丙烯阶梯环，重量轻，表面积和空隙率大，吸收效果好。

泡盘塔（又称泡罩塔）比填料塔吸收NOX效果好，如浓度1%NOX气体，将其中980%NOX以N2O3形态吸收时，当气体流速为2m/s仅需4层塔板就可以达到，而且泡盘塔的体积比填料塔的体积小20倍，有的工厂采用旋流板塔来吸收氨氧化装置废热炉出来的浓NO气体。

（三）、硝酸尾气吸收对吸收剂的要求：

1、能够吸收氧化度较氧化氮气体（即N2O3），因为N2O3比生成N2O4所需要的时间要少得多。

2、必须具有高速吸收NOX的能力，它的吸收速度比用硝酸水溶液吸收速度大。

（四）、碱吸收工艺流程：

目前我国采用碱吸收法生产两钠，工艺流程各不相同，主要有：

1、常压法生产硝酸尾气碱吸收：

（1）、尾气氧化碱吸收（吉林化学公司，石家庄化肥厂）；

（2）、尾气配气碱吸收（南化氮肥厂）；

2、常压氧化装置NOX气体直接碱吸收（小型硝酸厂）；

3、常压法氧化装置浓NOX气体直接碱吸收和硝酸尾气碱吸收相结合（贵卅剑江化肥厂、大连化工厂）碱液先吸收尾气，然后再吸收氨氧装置浓NOX气体；

4、综合法硝酸尾气配气碱吸收（也叫改进的碱吸收法）（太原化肥厂、鄂西化工厂）；

5、硝酸和硝盐联合生产：

适当减少NOX的酸液吸收，而增加碱液吸收，使酸吸收尾气中NOX浓度可大于1%，当生成硝酸的NOX占70～40%（平均50%）生成硝酸盐的NOX占25～55%（平均45%）时，反应速度最大，所需吸收装置反应体积最小，如氧化1吨氨所需的反应体积由171m3缩小到40m3。

二、碱吸收中和液的蒸发浓缩，冷却结晶，分离，生产亚钠：

当碱吸收中和液碱度降低到3～5g/l，将NaNO2/NaNO3≥9：

1的中和液送至蒸发器蒸发缩浓到饱和，温度为130～135℃,经冷却结晶利用NaNO2和NaNO3溶解度不同，将其分开，NaNO2先结晶分离出NaNO2产品。

在常压下最终蒸发温度与中和液中的NaNO2/NaNO3的比重量有关（如下表）：

溶液中

NaNO2/NaNO3

6～7

7～8

8～9

9～10

10～15

常压下的

蒸发终点℃

126～7

127～8

128～9

129～130

131

如果蒸发过浓，NaNO2就会与NaNO3一起结晶，影响NaNO2的纯度，蒸发完成在结晶机中冷却至70～80℃,NaNO2呈结晶析出，结晶温度不宜过低，否则会影响离心机分离效果，会使NaNO3结晶析出使成品含水量高，纯度降低。

从离心机分离出来的亚钠母液，如果该母液中NaNO2/NaNO3＝7～9：

1,仍可继续蒸发结晶制取NaNO2，但由于母液中NaNO3含量较高，故第二次制得NaNO2只能得二级品，如果亚钠母液中NaNO2/NaNO3＜8：

1，由于NaNO3含量高，不宜再用于生产NaNO2产品。

三、亚钠母液的转化：

（一）、反应原理：

将亚钠母液送入转化由（或转化塔）加稀硝酸转化生成NaNO3，其反应式：

3NaNO2+2NaNO3＝3NaNO3+2NO+H2O。

（二）、影响转化的主要因素：

1、温度：

转化反应所需要的时间，随着温度的增高而减少，温度越高，转化速度越快。

30～50%硝酸的沸点为108～110℃,当转化温度高于110℃时，接近沸点，转化器出口气体将带有大量的酸雾，会增加产品酸耗。

温度控制在80～90℃之间，并通空所搅拌，在过量硝酸1～3.5g/l的情况下，转化时间约需20～30分钟，NaNO2含量可降至0.1g/l以下。

如果将亚钠母液与硝酸混合予热到90～105℃，送入连续操作的填料塔中进行转化，混合液自塔顶喷淋而下，空气则由塔底吹入，气液逆流相遇，只需1分钟就可以完全转化，最佳转化温度为80～90℃。

2、转化液的酸度及硝酸浓度：

根据质量作用定律，增加酸度，可以加快转化反应速度，减少操作时间，提高转化率，但过量的硝酸会与母液中氯化物作用生成“王水”，增加对设备的腐蚀增大酸耗，所以间接转化一般控制酸度1～3.5g/l，连续转化一般控制在

10～20g/l。

3、空气吹入量及速度：

当空气穿过转化液的速度增大时，转化速度也随着增大，空气吹入的最大速度，由放出NOX的浓度和氧化度决定，因而随着吹入空气速度增大，进入的空气量增大，使放出的NOX的浓度降低，同时带出的酸雾和液量增大，增加酸耗和溶液损失，因此在保证放出NOX浓度一定的情况下，适当增大空气吹入速度。

4、压力：

可在减压、常压、加压下转化，所以压力对转化反应影响不大，减压转，能降低NO的分压，有利于亚硝酸的分解，能降低氨氧化物的损失，提高压力，可以提高转化反应速度。

（三）、转化操作：

分为间断转化和连续转化，间断转化在转化器内进行；连续转化在填料塔内进行。

（四）、转化液的蒸发、结晶、分离、生产硝钠：

转化液用NaNO3溶液中和过量的硝酸，可对入适量的硝钠母液，使转化液中亚钠含量在0.5g/l以下，NaCO3含量在0.5～1.5g/l以下，NaCl含量在20～30g/l以下,将转化液送至蒸发器，加蒸汽蒸发溶液沸点达到123～125℃时，放入结晶机冷却至60～70℃NaNO3呈结晶析出，结晶液经离心分离得硝钠产品，分离出的硝钠母液放入母液槽，适量渗入转化液中送入蒸发器循环使用，当母液中NaCl