一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，包括：反应器、浓硝酸发生器和微界面发生器等。本实用新型专利技术通过破碎二氧化氮气体使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与去离子水混合形成气液混合物，以增大气液两相的相界面积，并达到在预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，微米级气泡能够与去离子水充分混合形成气液混合物，通过将气液两相充分混合，能够保证系统中的去离子水能够与二氧化氮气体充分接触，有效提高了系统的反应效率同时提高硝酸转化率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统
本技术涉及硝酸制备
，尤其涉及一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统。
技术介绍
硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸，属于一元无机强酸，是六大无机强酸之一，也是一种重要的化工原料。在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等；在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂，硝酸在工业上用途主要包括：1.作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料，硝酸被用来制取一系列硝酸盐类氮肥，如硝酸铵、硝酸钾等；也用来制取硝酸酯类或含硝基的炸药。2.由于硝酸同时具有氧化性和酸性，硝酸也被用来精炼金属，即先把不纯的金属氧化成硝酸盐，排除杂质后再还原。3.将甘油加入浓硝酸、浓硫酸中，制取硝化甘油。4.制备硝化炸药，硝化炸药军事上用得比较多的是2，4，6-三硝基甲苯(TNT)。它是由甲苯与浓硝酸和浓硫酸反应制得的，是一种黄色片状物，具有爆炸威力大、药性稳定、吸湿性小等优点，常用做炮弹、手榴弹、地雷和鱼雷等的炸药，也可用于采矿等爆破作业。现有工业制备硝酸工艺为氨氧化法制备，氨氧化法是工业生产中制备硝酸的主要途径，其主要流程是将氨和空气的混合气(氧：氮≈2：1)通入灼热(760-840℃)的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮，生成的一氧化氮继续利用反应后的氧气继续氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。基于上述氨氧化法制备硝酸的工艺原理，现有工业制备硝酸系统及工艺存在下述问题：现有工业制备硝酸系统及工艺中二氧化氮气体通入水中制取硝酸过程中，气液两项混合，产生较大较多气泡，由于气泡较多较大，致使气液两项无法充分混合，降低硝酸转化率同时整个气液系统的反应速率，致使硝酸制备效率低。
技术实现思路
为此，本技术提供一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，用以提高现有技术中制备硝酸的转化率和效率。本技术提供一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，包括：反应器，用以为浓硝酸和去离子水提供反应场所制备所需浓度的硝酸；浓硝酸发生器，其设置在所述反应器的一侧，用以为二氧化氮气体和去离子水提供反应场所制备浓硝酸；微界面发生器，其设置在所述浓硝酸发生器内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给二氧化氮气体，使二氧化氮气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高去离子水与二氧化氮气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将去离子水与二氧化氮气体微米级气泡混合形成气液混合物，以在预设操作条件范围内强化去离子水与二氧化氮气体间的传质效率和反应效率；供气单元，其设置在所述浓硝酸发生器的一侧，用以向所述浓硝酸发生器内提供反应气体；传递单元，其设置在所述反应器和所述浓硝酸发生器之间，用以将所述浓硝酸发生器内的浓硝酸传递至所述反应器内；气体收集单元，其设置在所述反应器的一侧，用以对生成物一氧化氮进行回收；液体收集单元，其设置在所述反应器的下侧，用以对生成物硝酸进行收集。进一步的，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述浓硝酸发生器内，用以将二氧化氮气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述浓硝酸发生器内与所述浓硝酸发生器内的去离子水混合形成气液混合物。进一步的，所述反应器的上部侧壁上连通设置有第一进液管，所述反应器的内部设置有喷淋器，所述第一进液管与所述喷淋器相连通，所述第一进液管和所述喷淋器用于将去离子水在所述反应器内由上至下喷出，以对浓硝酸进行稀释。进一步的，所述浓硝酸发生器的上部侧壁上连通设置有第二进液管，所述第二进液管用以向所述浓硝酸发生器内传输去离子水。进一步的，一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，所述供气单元包括：气体催化罐，其用以为空气和氨气催化提供催化空间，所述气体催化罐的下端连通设置有空气传输管和氨气传输管，所述空气传输管和所述氨气传输管分别用于向所述气体催化罐内传输空气和氨气，所述气体催化罐内部设置有铂铑合金网，所述铂铑合金网用以对空气和氨气的反应进行催化；气体氧化罐，其与所述气体催化罐通过第一连接管相连通，用以对所述气体催化罐内生成的一氧化氮气体进行进一步的氧化，所述气体氧化罐的上壁上连通设置有氧气传输管，所述氧气传输管用于向所述气体氧化罐内传输氧气，所述气体氧化罐通过第二连接管与所述微界面发生器相连通。进一步的，一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，所述传递单元包括：氮气空分装置，其通过第三连接管和第四连接管分别与所述浓硝酸发生器和所述反应器相连通，所述氮气空分装置用以将所述浓硝酸发生器内的浓硝酸溶液压入所述反应器内。进一步的，一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，所述气体收集单元包括：冷凝器，所述冷凝器的设置个数为2，两个所述冷凝器分别位于所述反应器和所述浓硝酸发生器的上端，所述冷凝器用以对所述反应器和所述浓硝酸发生器内的气液混合气体进行冷凝；分离罐，所述分离罐与两个所述冷凝器和所述反应器相连通，所述分离罐用以将冷凝后的气液混合物进行分离；气体储存罐，所述气体储存罐与所述分离罐相连通，所述气体储存罐用以储存一氧化氮气体。进一步的，一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，所述液体收集单元包括：硝酸储存罐，所述硝酸储存罐通过第五连接管与所述反应器相连通，所述硝酸储存罐用以储存所述反应器内反应完毕的硝酸；冷却夹套，所述冷却夹套设置在所述硝酸储存罐的外侧壁，所述冷却夹套内通过通入循环冷却水对所述硝酸储存罐内的硝酸进行冷却。进一步的，所述铂铑合金网的设置个数至少为2，充分对所述气体催化罐内的氨气和氧气进行催化，保证两者的转化率。进一步的，所述冷却夹套的侧壁上下部分别设置有冷却水出水管和冷却水进水管，将循环冷却水设备与所述冷却水进水管和所述冷却水出水管相连接，冷却水可不断在所述冷却夹套内循环，对所述硝酸储存罐内的硝酸进行冷却。与现有技术相比，本技术的有益效果在于，本技术通过破碎二氧化氮气体使其形成微米尺度的微米级气泡，微米级气泡具备常规气泡所不具备的理化性质，由球体体积及表面积的计算公式可知，在总体积不变的情况下，气泡的总表面积与单个气泡直径成反比，由此可知微米级气泡的总表面积巨大，使微米级气泡与去离子水混合形成气液混合物，以增大气液两相的接触面积，并达到在预设操作条件范围内强化传质的效果，有效提高制备硝酸的转化率和效率；进一步的，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述浓硝酸发生器内，用以将二氧化氮气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述浓硝酸发生器内与所述浓硝酸发生器内的去离子水混合形成气液混合物，有效提高制备硝酸的转化率和效率；进一步的，所述反应器的上部侧壁上连通设置有第一进液管，所述反应器的内部设置有喷淋器，所述第一进液管与所述喷淋器相连通，所述第一进液管和所述喷淋器用于将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，其特征在于，包括：/n反应器，用以为浓硝酸和去离子水提供反应场所制备所需浓度的硝酸；/n浓硝酸发生器，其设置在所述反应器的一侧；/n微界面发生器，其设置在所述浓硝酸发生器内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给二氧化氮气体，使二氧化氮气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高去离子水与二氧化氮气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将去离子水与二氧化氮气体微米级气泡混合形成气液混合物，以在预设操作条件范围内强化去离子水与二氧化氮气体间的传质效率和反应效率；/n供气单元，其设置在所述浓硝酸发生器的一侧；/n传递单元，其设置在所述反应器和所述浓硝酸发生器之间；/n气体收集单元，其设置在所述反应器的一侧；/n液体收集单元，其设置在所述反应器的下侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，其特征在于，包括：
反应器，用以为浓硝酸和去离子水提供反应场所制备所需浓度的硝酸；
浓硝酸发生器，其设置在所述反应器的一侧；
微界面发生器，其设置在所述浓硝酸发生器内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给二氧化氮气体，使二氧化氮气体破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高去离子水与二氧化氮气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将去离子水与二氧化氮气体微米级气泡混合形成气液混合物，以在预设操作条件范围内强化去离子水与二氧化氮气体间的传质效率和反应效率；
供气单元，其设置在所述浓硝酸发生器的一侧；
传递单元，其设置在所述反应器和所述浓硝酸发生器之间；
气体收集单元，其设置在所述反应器的一侧；
液体收集单元，其设置在所述反应器的下侧。


2.根据权利要求1所述的一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述浓硝酸发生器内，用以将二氧化氮气体破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述浓硝酸发生器内与所述浓硝酸发生器内的去离子水混合形成气液混合物。


3.根据权利要求1所述的一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，其特征在于，所述反应器的上部侧壁上连通设置有第一进液管，所述反应器的内部设置有喷淋器，所述第一进液管与所述喷淋器相连通，所述第一进液管和所述喷淋器用于将去离子水在所述反应器内由上至下喷出，以对浓硝酸进行稀释。


4.根据权利要求1所述的一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，其特征在于，所述浓硝酸发生器的上部侧壁上连通设置有第二进液管，所述第二进液管用以向所述浓硝酸发生器内传输去离子水。


5.根据权利要求1所述的一种基于微界面强化的硝酸工业制备系统，其特征在于，所述供气单元包括：
气体催化罐，其用以为空气和氨气催化提供催化空间，所述气体催化罐的下端连通设置有空气传输管和氨气传输管，所述空气传输管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，高亚男，周政，孟为民，王宝荣，杨高东，罗华勋，张锋，李磊，杨国强，田洪舟，曹宇，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32