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關于氨水的一些疑問

2020/11/5 13:48:01
“氨水是通過氨氣通入水中制得”。一種極易溶于水的氣體通入水中,質量必然會增加,但是在常溫常壓下體積通常增加的并不明顯,為什么氨水的密度會小于1呢?而且隨著氨水濃度的增加,密度越低。

(1)關于氨水的密度

首先看一道試題,“含氨量35%(質量分數(shù))的氨水密度為0.880 g/ml,那么NH3的體積摩爾濃度是多少?”

解答:假設氨水總量為1000 mL,那么NH3的質量為1000×0.35=350 g/1000 ml,所以NH3的摩爾數(shù)為350/17=18.01 mol,所以NH3的體積摩爾濃度是18.01 mol/L。

從這個題里面可以獲得以下信息,NH3的摩爾數(shù)是18.01mol,那么其標況下的體積為403L,而這部分NH3溶于水后整體的體積只有1L,也就是說氨水的體積并不是NH3的體積與水的體積之和。同樣,氨水的體積也不可能單純是水的體積,因為如果單純是水的體積的話,在體積不變的情況下質量增加,氨水密度不可能為1。因此NH3溶于水后,氨水的體積應該是介于水的體積、NH3和水的體積之和兩者之間。

那么為什么氨水的體積增加會較NH3溶于水的質量增加還要大呢?原因是NH3溶于水之后會形成氫鍵,氫鍵的存在使得NH3溶于水后水的體積增大,類似于兩者之間形成一種架構,把整個分子的體積擴充起來,密度減小。NH3分子與水分子具有相近的鍵角(bond angle,H2O的鍵角為105°,NH3的鍵角為107°)及電子組態(tài)(electron configuration),NH3和水在很多反應中具有相似之處。

關于氫鍵,網上的解答如下“由于N(或O)與H只能形成共價化合物,但N(或O)對電子的吸引力比較強,使H具有一定正離子的性質,而N(或O)具有一定陰離子的性質;于是,NH3里的N將吸引水的H,水里的O將吸引NH3里的H,這樣就形成了一種特殊的鍵——氫鍵;而且氫鍵只存在于N/O/F三種元素的氫化物中。"

而關于NH3的分子量為17,H2O的分子量為18,所以氨水的密度小于水這樣的闡述是不正確的,因為這樣的原理只適用于氣體(理想氣體);關于液氨濃度比水?。?℃時液氨密度為0.638 g/cm3),所以氨水密度小于水的說法也不完全正確,因為氨水的制備是通過NH3溶于水制得的。

(2)關于計算理論脫硝氨水用量時的基準是用一水合氨(NH3·H2O)還是NH3?

首先可以肯定的是,NH3溶于水中會存在三種分子形態(tài),即NH3·H2O、NH3和H2O分子,至于其中NH3·H2O的量有多少,取決于NH3溶于水后相關反應的平衡常數(shù)。例如,18℃下Kb = [NH4+][OH−]/[NH3] = 1.75×10-5。

在此不想追究NH3·H2O到底有多少。需要說明的是企業(yè)一般講的氨水濃度20%-25%,指的NH3含量20%-25%,國家標準規(guī)定的檢測方法也是針對NH3量的檢測,而不是NH3·H2O的檢測,因此計算理論脫硝用氨水用量時應該根據NH3的量來計算,而不是NH3·H2O。

具體倆說,假設某水泥窯標況氣體量為30萬Nm3/h,脫硝前NO2濃度(按國標折算后)為800 mg/Nm3,脫硝后為400 mg/Nm3(當然現(xiàn)在控制400的廠家已經很少了),求解SNCR脫硝理論氨水用量為多少?

解答:對于NO2來講,每消耗一個NO2分子,需要消耗2個NH3分子,兩者反應方程式如下:

4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O

首先計算NO2減排的摩爾數(shù):302608.70000*(800-400)/1000/46=2608.7 mol/h,因此消耗的NH3摩爾數(shù)為5217.4 mol/h,對應的NH3量為88.7 kg/h,對于NH3含量為20%(質量分數(shù))的氨水,對應的氨水用量為443.5 kg/h,由于20%氨水的密度在常溫下為0.92 g/cm3,因此氨水體積用量為482 L/h。

大部分SNCR脫硝的氨氮摩爾比(NSR)為1.5-2.0,意味著氨水體積用量要乘以1.5-2.0,即為723-964 L/h。

(3)關于氨水的顏色

即使有些氨水呈現(xiàn)淡黃色,這也是符合國家標準規(guī)定的?;瘜W工業(yè)部關于氨水的標準有如下規(guī)定:

可以看出,即使帶微黃色的氨水也是符合國家規(guī)定的。為什么會呈現(xiàn)微黃色呢?是因為生產過程中引入鐵離子等雜志而引起的。

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