(1)關(guān)于氨水的密度
首先看一道試題,“含氨量35%(質(zhì)量分?jǐn)?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(shè)氨水總量為1000 mL,那么NH3的質(zhì)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(gè)題里面可以獲得以下信息,NH3的摩爾數(shù)是18.01mol,那么其標(biāo)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?yàn)槿绻麊渭兪撬捏w積的話,在體積不變的情況下質(zhì)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(yīng)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(huì)較NH3溶于水的質(zhì)量增加還要大呢?原因是NH3溶于水之后會(huì)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(gòu),把整個(gè)分子的體積擴(kuò)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(yīng)中具有相似之處。
關(guān)于氫鍵,網(wǎng)上的解答如下“由于N(或O)與H只能形成共價(jià)化合物,但N(或O)對(duì)電子的吸引力比較強(qiáng),使H具有一定正離子的性質(zhì),而N(或O)具有一定陰離子的性質(zhì);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(guān)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?yàn)檫@樣的原理只適用于氣體(理想氣體);關(guān)于液氨濃度比水?。?℃時(shí)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?yàn)榘彼闹苽涫峭ㄟ^NH3溶于水制得的。
(2)關(guān)于計(jì)算理論脫硝氨水用量時(shí)的基準(zhǔn)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(huì)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(guān)反應(yīng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)方法也是針對(duì)NH3量的檢測(cè),而不是NH3·H2O的檢測(cè),因此計(jì)算理論脫硝用氨水用量時(shí)應(yīng)該根據(jù)NH3的量來計(jì)算,而不是NH3·H2O。
具體倆說,假設(shè)某水泥窯標(biāo)況氣體量為30萬Nm3/h,脫硝前NO2濃度(按國(guó)標(biāo)折算后)為800 mg/Nm3,脫硝后為400 mg/Nm3(當(dāng)然現(xiàn)在控制400的廠家已經(jīng)很少了),求解SNCR脫硝理論氨水用量為多少?
解答:對(duì)于NO2來講,每消耗一個(gè)NO2分子,需要消耗2個(gè)NH3分子,兩者反應(yīng)方程式如下:
4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O
首先計(jì)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(duì)應(yīng)的NH3量為88.7 kg/h,對(duì)于NH3含量為20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氨水,對(duì)應(yīng)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(guān)于氨水的顏色
即使有些氨水呈現(xiàn)淡黃色,這也是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的?;瘜W(xué)工業(yè)部關(guān)于氨水的標(biāo)準(zhǔn)有如下規(guī)定:
可以看出,即使帶微黃色的氨水也是符合國(guó)家規(guī)定的。為什么會(huì)呈現(xiàn)微黃色呢?是因?yàn)樯a(chǎn)過程中引入鐵離子等雜志而引起的。