Question

某合成氨廠，日生產能力為30噸，現以NH₃為原料生產NH₄NO₃，若硝酸車間的原料轉化率為92％，氨被吸收為NH₄NO₃的吸收率為98％，則硝酸車間日生產能力應為多少噸才合理?

Answer 1

硝酸車間日生產能力為52.76 t才合理。

解此題必須注意以下三點：
第一，合成氨廠日生產能力為30噸，現以NH₃為原料生成NH₄NO₃．NH₃的用途有兩方面：一方面，用NH₃氧化制HNO₃，另一方面用NH₃與制得的HNO₃作用制NH₄NO₃。關鍵是計劃好生產多少噸HNO₃，才能使NH₃原料最大限度地被利用。HNO₃生產少了，則NH₃不能全部被HNO₃吸收，NH₃浪費了，HNO₃生產多了，HNO₃又浪費了。所以設HNO₃日生產能力為x噸，x噸HNO₃需用多少噸NH₃氧化制得，又可以吸收多少噸NH₃生成NH₄NO₃，通過生產HNO₃的數量把氨的兩方面用途聯系起來。
第二，氨氧化制硝酸中，其關系式如下：
4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O
2NO＋O₂＝2NO₂
3NO₂＋H₂O＝2HNO₃＋NO
此反應中NO是被循環利用的，即NO又被氧化成NO₂，再與水作用生成HNO₃，因此NO₂與水反應的化學方程式應為：
4NO₂＋2H₂O＋O₂＝4HNO₃
所以氨氧化制硝酸的關系式如下：
NH₃～NO～NO₂～HNO₃(NH₃全部轉化成HNO₃)
第三，在實際生產過程中，氨不可能100％被氧化生成HNO₃，也不可能100％被HNO₃吸收生成硝酸銨，題給條件是NH₃轉化為硝酸的轉化率為92％，氨被硝酸吸收的吸收率為98％，在數量關系上，我們必須掌握住一條原則，代入化學方程式的量必須是純量．
設日產HNO₃的質量為x，NH₃用于生產HNO₃的質量為y．
由各步反應方程式得氨氧化制HNO₃的關系為：
NH₃～NO～NO₂～HNO₃
17               63
y·92％          x
y＝
用于被HNO₃吸收的NH₃質量為(30 t－y)：
30 t－y＝30 t－
由 NH₃      ＋     HNO₃  ＝   NH₄NO₃
17                  63
(30 t－)×98％        x
得：［30t－17x/(63×92％)］·98％＝17x/63
解之得：x＝52.76 t。