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    現(xiàn)代工業(yè)上制造硝酸的方法,大都采用合成法,這個方法的主要反應過程是氮的接觸(催化)氧化.在介紹氨的性質(zhì)時,我們曾經(jīng)提到過這個反應,并說它是工業(yè)上制造硝酸的基礎(chǔ)反應之一,這個反應是在催化劑一一鉑的作用下,氨眼氧氣(空氣)反應,生成一氧化氮和水:

4NH3+5O2(空氣)=加熱（催化劑）=4NO↑+6H2O+216千卡

    再由一氧化氮眼氧氣繼續(xù)反應,就生成二氧化氮：

2NO+O2<=>2NO2+27千卡

二氧化氮用水吸收,就生成了硝酸

3NO2+H2O<=>2HNO3+NO+32千卡

    后面二個反應,實際上是同時進行的.因此,在水和過量空氣存在下,全部NO將變成硝酸.

    合成硝酸的最原始的原料是水(制取氫氣)和空氣(制取氮氣和供給氧氣),它們是普遍存在的物質(zhì),在原料供應上不會發(fā)生困難,同時它們?nèi)菀滋醿?使產(chǎn)品比較純凈.因此用這個方法制得的硝酸,成本低,質(zhì)量高,現(xiàn)在已被普遍采用了.

    現(xiàn)在我們就來簡略地談談合成硝酸法

    根據(jù)上述的化學原理,合成硝酸法基本上也可劃分成個階段:(1)把氨氧化成一氧化氮;(2)把一氧化氮氧化,溶解成硝酸.整個生產(chǎn)流程大致如圖5·9所示,其中以接觸氧化器和吸收塔為中心,分別進行上述二個過程.

   1.氨氧化成一氧化氣反應是在接觸觸氧化器中進行的我們知道,反應需要在有催化劑存在和加執(zhí)(800C)的條件下進行的.但氨與氧反應本身是一個放熱反應,放出的熱,除能維持催化劑的一定溫度外,還足夠預熱進入的原料到反應時所必需的溫度.接觸氧化器后面的一個熱交換換器,就是把輸入的空氣含有氮的寒和從接觸器出來的熱氣體進行熱量的交換.空氣用鼓風機鼓入,經(jīng)過

熱交換器使溫度升高后,就在混和觀察孔器中跟氨(由另一只鼓風機鼓入)混計化劑和,再進入接觸氧化器進行反應.為了使氨能比較充分地氧化,一般使用了過量的空氣。

    接觸氧化器的內(nèi)部構(gòu)造如圖5·10所示。催化劑通常是用多層的細鉑絲網(wǎng),水平地固定在接觸氧化混和氣體的中部.開始時先用氫氣燃燒管加熱鉑網(wǎng),此后由于反應熱的產(chǎn)生,催化劑能經(jīng)常保持在80C左右,從而使反應能一直進行下去,直到損壞為止.如果空氣和氨都相當純凈,催化劑能使用比較長的一段時期。

    從接觸氧化器出來的含有氮的氧化物的氣體(主要是氧化氮和水蒸氣),溫度很高,當它通過熱交換器后,經(jīng)過冷空氣的冷卻,溫度雖有所降低,但仍然很高,如果把它直接送到吸收塔去,顯然是不利的.因為在吸收塔里的反應是一氧化氮氧化生成二氧化氮和二氧化氮的吸收成硝酸,它們都是放熱的反應.根據(jù)化學平衡理論,降低溫度,有利于反應向生成NO2和HNOa的方向進行,所以必需讓它進一步冷卻.于是再通過一個余熱鍋爐.在余熱鍋爐里,由于不斷灌入冷水,使高溫氣體的溫度一再降低,而冷水接受了這些熱量,生成了大量水蒸氣,可供工廠應用.余熟鍋爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上與熱交換器相似.它們都是為了節(jié)約燃料而設(shè)計的設(shè)備。

    2.一氧化氮氧化,溶解成硝酸一氧化氮氧化成二氧化氮,與水反應成硝酸,這二個反應在吸收塔里進行。

    從余熱鍋爐里出來的含有氮的氧化物的混和氣體,在進入吸收塔之前,再通過一個水冷卻器,使氣體溫度下降到100"C,以利于最后反應的進行.這里可能由早已生成的少量二氧化氮與冷凝成的水反應,生成少量的稀硝酸.大部分的混和氣體從冷卻器出來,進入吸收塔。

    吸收塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和作用,與制取鹽酸、硫酸時所用的吸收塔相似.高大的塔身內(nèi)部用瓷環(huán)填充,以增大接觸面;并且利用逆流吸收原理,混和氣體自下而上,水或稀硝酸自上而下這樣來達到充分且迅速吸收的目的.在吸收塔里,一氧化氮氧化成二氧化氮,二氧化氮跟水反應成硝酸.為了使氮的氧化物能被充分吸收,常連續(xù)用多只吸收塔來吸收。

    在塔里生成的是稀硝酸.如果要把稀硝酸制成濃硝酸,可以用下列二種方法:(1)把制得的稀硝酸與濃硫酸混和以后一起加熱蒸餾,即可得較濃的硝酸.(2)把用水吸收二氧化氮的操作,在50個大氣壓下進行.由于水跟二氧化氮的反應是一個氣體體積縮小的可逆反應,按化學平衡理論,增大壓強,可使化學平衡向生成HNO3的方向移動.這樣,硝酸的濃度就可增大了。