朱兵宾

（广西柳州化工控股有限公司，广西 柳州 545002）

近三年来，受到环保限制，原有的用户受调配装置和原材料的限制，生产出稀硝酸产品外观或浓度均不理想，而且所采用的工艺技术环境污染大，目前诸多的用户已经取消配酸工序，直接在市场上采购稀硝酸产品，使得稀硝酸市场行情看涨。这也导致了硝酸市场产品结构的改变，98%高浓度硝酸的销售量逐渐降低。笔者所在公司不得不减产以应对市场萎缩。与此同时，公司原有的一些客户改为从上海、韩国直接购买稀硝酸。

因此，为满足市场需求，避免客户的流失，公司决定根据市场的需求，立足于现有稀硝酸和浓硝酸产品及生产工艺优势，自主研发出可以满足用户使用各种浓度稀硝酸产品的生产装置和工艺，从而为企业增加新的利润点，提高企业的抗风险能力。

1 研发总体思路

目前，大多数企业采用98%的浓硝酸与水进行混合配比，生产稀硝酸。用水与98%硝酸按比例简单混合，稀释过程中大量放热，酸温上涨非常快。产生的酸雾难以回收利用，环境污染大，且成品酸因NO2含量高呈红棕色，导致出现外观不达标等现象[1]。鉴于现有稀硝酸生产装置及技术存在的各种不足，本项目研究开发一套产品质量达标，投资少，环保低耗的稀硝酸溶液配制装置，以生产各种浓度的稀硝酸溶液产品，以满足生产和市场的需求。

2 研发创新点

1）整套装置制作成本低，易控制。

本装置创新采用直接加入脱色剂方法，整套装置结构更为简单，制作成本大大降低。在配酸槽上开有脱色剂加料口，操作直接、简便，易控制。

2）能够配制任意浓度且质量合格的稀硝酸溶液。

本装置采用浓硝酸与稀硝酸按比例混合，添加自配脱色剂，可配制任意浓度且质量合格的稀硝酸溶液产品。增加循环管线，使得浓硝酸与稀硝酸可以充分混合均匀，添加的自配脱色剂及脱色方法脱色效果好且不增加新的污染物。

3）副产酸雾可回收利用。

本装置配置有喷射器及酸循环槽，用于回收副产酸雾。该设备可回收配酸过程中产生的全部酸雾，操作简单且回收效果好，减少了酸雾对大气的污染，大大增加了本装置的环保性。

4）设置装置加料口。

本装置将稀、浓酸加料口设置在配酸槽的侧壁，且两个加料口位置接近，与其他装置将加料口设置在槽体顶部相比，使得反应时间短且反应更为充分，局部反应放热，反应范围小，可有效减少红棕色NO2的产生量。

5）合理选择冷却装置

混合酸反应会释放出大量的热。硝酸在高温的状态下不稳定，容易分解，产生更多的酸雾。分解产生的NO2会使酸溶液变黄，脱色变得更为困难。冷却装置的选择，关乎该套新装置能否实现快速配制稀硝酸溶液。经过对比分析，在配酸槽内部做冷却盘管、在配酸槽顶部做冷却盘管和使用循环冷却器三种方案中最终采用增加循环冷却器的方式进行设计。在一台冷却器后再增设了另一台冷却器，进水方式采用并联，降温效果大幅度提升，可满足高强度配制负荷的要求。

6）整套装置维修方便。

本装置将循环酸冷却器设置在配酸槽外部，当出现设备故障时，能够及时发现并且维修方便。

3 研发工艺流程

稀硝酸溶液配制生产流程图如图1。

图1 稀硝酸溶液配制工艺流程图

流程说明:将水加入酸循环槽中，然后启动抽负泵对酸循环槽进行抽真空。按比例将自配脱色剂先从配酸槽的脱色剂加料口加入配酸槽中，同时按比例将浓硝酸和稀硝酸分别从配酸槽的浓硝酸加料口和稀硝酸加料口加入配酸槽中。过程中产生的酸雾从配酸槽的气体出口进入喷射器，酸循环槽中的水通过抽负泵抽到喷射器中与酸雾进行混合后进入酸循环槽中。当配酸槽中的液位达到10%时，开始启动循环泵，将配酸槽中的液体导入酸冷却器中。酸冷却器冷却后的液体循环流入配酸槽中。对配酸槽内的酸进行循环混合、冷却、脱色漂白；浓硝酸和稀硝酸加料结束后，继续将配酸槽中的液体导入酸冷却器中再循环20～40min后，得到目标物硝酸。

4 技术关键和攻关成果

1）研发的装置如何能生产各浓度合格的稀硝酸溶液产品，在配比过程中如何更好的将酸混合均匀成为关键。

实验室试验是小批量的混合，而要实现规模化生产，就有大量的硝酸溶液要在连续作业的情况进行混合。设计方案必须要能快速安全高效的均匀混合。针对这个问题，我们设想了两套方案:

方案一:贮槽内安装分布器。①在贮槽内部正中处安装一个分布器；②按计算比例同时往贮槽内分布器送入98%与50%硝酸；③分布器内的混合酸再溢入贮槽内。优点:98%与50%硝酸同时进入容易混合均匀。缺点:分布器易腐蚀，难检修。另50%与98%硝酸同时进入易造成局部爆沸，形成安全隐患。

方案二:增加循环管线。①在配酸槽内、外各安装一个缓冲罐，同时增加循环泵和循环管线；②预先往配酸槽送入50%硝酸，待份量后足够后再由缓冲罐送入98%硝酸。③在送入50%硝酸时同时开启循环泵对配酸槽内的酸循环混合。优点:设备检修容易，配酸时不会造成局部爆沸情况。缺点:如此循环配酸，时间需要较长。

经过分析，采用增加循环管线。虽然增加了时间，但是安全性得到了提高和检修也更为便捷。

2）降低稀硝酸溶液配制过程中的温度，减少酸雾的产生。

冷却装置的选择关乎该套新装置能否实现快速配制稀硝酸溶液，为此设想了3套冷却方案。

方案一:在配酸槽内部做冷却盘管。①在配酸槽内部环绕安装蛇形盘管；②循环水通入蛇形盘管内，对配酸槽内的混合酸进行冷却。优点:能及时冷却混合时上涨的酸温。缺点:盘管在贮槽内部，容易腐蚀，每次检修都需清理置换贮槽，置换的酸性水排出需处理，增加环保措施负荷。

方案二:在配酸槽顶部做冷却盘管。①配酸槽顶部围绕安装环形盘管；②在冷却盘管上开小洞，冷却水从贮槽顶部喷出沿贮槽壁流下，对整个贮槽进行冷却。优点:盘管在贮槽外部，不会被腐蚀，无需检修。缺点:冷却水直接沿壁流下，可能会造成局部冷却不到，且冷却水长流易造成浪费。

方案三:增加循环冷却器。①新增一冷却器在循环管上对循环酸进行冷却。②对循环酸进行温度联锁。③当循环酸达到60℃时停止98%浓硝酸进料，直到循环酸温度降至35℃再开始98%硝酸进料。优点:酸温能及时冷却降下来，且混合酸在外部冷却容易检修。缺点:贮槽内的混合酸由泵打入冷却器内，泵进口酸温尚高，容易造成不打量。

经过对比分析，最终采用增加循环冷却器的方式进行设计。在投入生产后，根据使用过程和操作数据分析，在一台冷却器后再增设了另一台冷却器，降温效果有所提升。再次技改，将两台冷却器循环水进水方式由原来串联改为并联，降温效果再次提升，基本满足高强度配制任务的要求。

3）消除混合过程中产生的烟雾，实现硝酸溶液配制环保要求。

硝酸溶液配制的过程中会产生大量的酸雾，大量的酸雾使操作人员无法忍受，对环境产生较大影响，酸雾溢出也造成一定的配制消耗。

针对酸雾这一环保问题，设想了两套解决方案:

方案一:增加水力喷射器。①在原有的循环槽处新增一台水力喷射器，配管至68%酸槽。②待配酸时开启水力喷射器，将酸雾抽取到循环槽内溶解到槽内的水中。优点:水力喷射器抽负效果明显，且能保持贮槽微负状态，避免配酸中产生的NOX又溶于混合酸中，影响68酸的外观质量。缺点:一次性的投入安装费用较大。

方案二:槽顶放空管增加胶管。①在槽顶部放空管出口增加胶管接至水槽内，酸雾通过胶管溶于水槽；②待水槽内酸性水到一定浓度便进行置换。优点:安装方便。缺点:胶管必须插入水中才能使酸雾溶解于水中，若溶解不及时则易造成配酸槽憋压，存在一定安全隐患。

经过对比分析，最终选择了增加水力喷射器这一方案。这个使得配制过程产生的酸雾极少，并可回收全部的酸雾作为二次生产或者配制低浓度酸原料。

4）要生产出无色透明硝酸溶液，选择何种脱色剂及脱色方式成为了技术关键。

硝酸溶液配制完成后，由于含有NO2、亚硝，呈黄色。为了满足特殊客户的需求，将产品外观质量统一达到无色透明来进行攻关。经过以下脱色方法的选择和实验，效果如下:

①空气漂白:成品酸淡黄色。②添加脱色剂碳铵:成品酸无色透明，用量大，增加成本。③添加脱色剂双氧水:成品酸无色透明，可使浓度降低，造成产品质量不稳定。④添加脱色剂气氨:成品酸无色透明，用量少，存在较大安全隐患。⑤添加脱色剂（自配）:成品酸无色透明，用量很少，增加微量成本。

5 结语

本项目装置攻克了同类行业的技术难题，提高了产品质量；产品外观清澈透明无色，生产过程节能环保，实现零排放。为同行业稀硝酸项目建设及脱色方法选取研究等起到了非常重要的借鉴作用。