年產(chǎn)5萬(wàn)噸硝酸銨中和工段設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上年產(chǎn)5萬(wàn)噸硝酸銨中和工段設(shè)計(jì)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目 錄摘 要硝酸銨，簡(jiǎn)稱(chēng)硝銨，是無(wú)色無(wú)臭的透明結(jié)晶或呈白色的小顆粒，有潮解性化學(xué)物品。 硝酸銨的用途很廣泛，主要用來(lái)做銨油藥，銨油藥性能好，爆速度高，使用成本低，廣泛應(yīng)用于礦山開(kāi)采、建筑施工、鐵路和公路修建、農(nóng)田水利建設(shè)以及石化、化工、冶金、化纖、醫(yī)藥、日化等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)遵循“技術(shù)成熟，工藝先進(jìn)、設(shè)備配置科學(xué)、環(huán)保安全、經(jīng)濟(jì)效益”等原則，在比較國(guó)內(nèi)外各種先進(jìn)生產(chǎn)方法、工藝流程和設(shè)備配置基礎(chǔ)上，選用的是從硝酸和氨氣出發(fā)經(jīng)過(guò)中和反應(yīng)、兩段蒸發(fā)、結(jié)晶制得到產(chǎn)品硝酸銨的工藝路線生產(chǎn)。此工藝既可以節(jié)省附加設(shè)備的費(fèi)用,又可降低采用壓力輸

2、送反應(yīng)物料的電能消耗,是較為理想的工藝。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)論證、工藝計(jì)算及設(shè)備設(shè)計(jì)選型，附有帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，主要生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸圖，生產(chǎn)車(chē)間的設(shè)備配置圖。最后部分考慮環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)安全，以達(dá)到減少“三廢”排放，加強(qiáng)“三廢”治理，確保安全生產(chǎn)，消除并盡可能減少工廠生產(chǎn)對(duì)職工的傷害。關(guān)鍵詞：硝酸銨 工藝設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 設(shè)備選型 ABSTRACTAmmonium nitrate is a colorless, non-odorous transparent crystal or show white small particles chemicals of deliquesce pro

3、perties . Ammonium nitrate uses very extensive, mainly used for oil medicine, ammonium ammonium oil medicine performance is good, blasting high speed, use cost low, widely used in mining, construction, railway and highway construction, construction of farmland irrigation and water conservancy and pe

4、trochemical, chemical industry, metallurgy, chemical fiber, cosmetic, pharmaceutical, oil, etc.The design follows the "mature technology, advanced technology, equipment configuration scientific, environmental safety, economic efficiency," the principle of reciprocity. After comparing domes

5、tic and foreign advanced production methods, process and equipment configuration , the choices are starting from nitric acid and ammonia through neutralization reaction, two paragraphs of vaporization crystallization process route of ammonium nitrate obtained product production. This process can sav

6、e additional equipment costs, and can reduce the pressure of material conveying reaction of electricity consumption, is the ideal process. This design is the focus of the production process design argumentation, process calculation and design of equipment type selection, with take control process fl

7、ow diagram, the main production equipment structure size chart, production workshop equipment configuration diagram. Last part considering environmental protection and labor safety, so as to reduce emissions, "three wastes" strengthening "three wastes" treatment, ensure the safet

8、y in production, eliminating and minimize factory production workers to damage.Key words： Ammonium nitrate； Process design； Process calculation ；Equipment selection第一章 總論硝酸銨，簡(jiǎn)稱(chēng)硝銨，是無(wú)色無(wú)臭的透明結(jié)晶或呈白色的小顆粒，有潮解性化學(xué)物品。 硝酸銨的用途很廣泛，主要用來(lái)做銨油藥，銨油藥性能好，爆速度高，使用成本低，廣泛應(yīng)用于礦山開(kāi)采、建筑施工、鐵路和公路修建、農(nóng)田水利建設(shè)以及石化、化工、冶金、化纖、醫(yī)藥、日化等領(lǐng)域。硝酸銨

9、作為氮肥單獨(dú)使用或與磷肥、鉀肥混合制成肥料使用。施用于旱田作物上，它比硫酸銨和尿素等銨態(tài)氮肥的肥效快、效果好，在歐洲和北美等地使用較普遍，中國(guó)北方也常使用。硝酸銨與燃料油結(jié)合在一起，可制成炸藥，應(yīng)用于軍事和采礦等方面。因此在生產(chǎn)、貯運(yùn)和使用中必須嚴(yán)格遵守安全規(guī)定。硝銨是助燃氧化劑，在密閉空間被加熱，而熱分解物不能自由排出時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，因此可用硝銨作為炸藥原料，用于軍事、采礦和筑路等方面。在醫(yī)藥上，硝銨被用于制造一氧化氮，俗稱(chēng)笑氣可藥用麻醉劑。近年來(lái)，還研究成功了用硝銨作為加固建筑物地基的一種新型添加荊。硝銨的工業(yè)生產(chǎn)約在十九世紀(jì)末期開(kāi)始出現(xiàn)。最初是用智利硝石(主要成分為硝酸鈉)與硫酸銨反應(yīng)制得

10、: 2NaNO3+(NH4)2SO4=2NH4NO3+Na2SO4由于生產(chǎn)的原料依賴(lài)于智利的天然硝石，局限性很大，因此產(chǎn)量很少，只供生產(chǎn)炸藥用。隨著合成氨及硝酸生產(chǎn)的興起，促進(jìn)了現(xiàn)代硝銨工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。現(xiàn)在工業(yè)上都用氨和硝酸作用來(lái)制取硝銨。人們按硝銨產(chǎn)品形狀的不同，把硝銨分為顆粒狀和粉狀兩種，根據(jù)用途不同，又可分為工業(yè)硝銨和農(nóng)業(yè)硝鐵兩種。硝銨還可以和尿素溶液混合制成硝銨尿素的氮溶液，使其含氮量更高，以利于運(yùn)輸和施用。硝酸銨的工業(yè)生產(chǎn)方法有轉(zhuǎn)化法和中和法兩種。工業(yè)上將硝酸鈣用轉(zhuǎn)化法加工成硝酸銨，主要采用氣態(tài)氨和二氧化碳處理（氣態(tài)轉(zhuǎn)化）或與碳酸銨溶液作用（液態(tài)轉(zhuǎn)化）兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣態(tài)轉(zhuǎn)化反應(yīng)：C

11、a（NO3）2+CO2+2NH3+H2O=2NH4NO3+CaCO3液態(tài)轉(zhuǎn)化反應(yīng)：Ca（NO3）2+ （NH4）2 CO3=2NH4NO3+ CaCO3析出的碳酸鈣沉淀經(jīng)過(guò)濾分離，可作為生產(chǎn)水泥的原料。濾液可以用蒸發(fā)的方法加工成商品硝酸銨。我國(guó)工業(yè)上制取硝酸銨,常采用氨氣(NH3)和硝酸(HNO3)常壓中和法。氨氣以及60%以下的稀硝酸為生產(chǎn)硝酸銨的原料。所用原料中的氯化物、油分、有機(jī)物均不應(yīng)超過(guò)允許值,而且不應(yīng)含有能在工藝過(guò)程中增加熱分解和引起爆炸危險(xiǎn)的其他物質(zhì)。1.1設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目的和依據(jù)：產(chǎn)量：5萬(wàn)噸/年硝酸銨原料：硝酸、氨氣 中和器操作壓力： 0.12MPa 年

12、工作日：320 d計(jì)算基準(zhǔn)：生產(chǎn)1t硝酸銨1.2概述1.2.1設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)5萬(wàn)噸硝酸銨合成中和工段設(shè)計(jì)1.2.2 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容范圍及設(shè)計(jì)階段本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為硝酸銨合成中和工段的設(shè)計(jì)，具體包括以下幾個(gè)設(shè)計(jì)階段： 1. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。 2. 進(jìn)行化工計(jì)算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計(jì)算。 3. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（PID）。 4. 進(jìn)行車(chē)間布置設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)備平立面布置圖。 5. 進(jìn)行管路配置設(shè)計(jì)，并繪制管路布置圖。 6. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.2.3設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性能、用途(1) 硝酸銨的物理化學(xué)性能硝銨為無(wú)色無(wú)臭的透明結(jié)晶或呈白色的小顆粒，熔點(diǎn)為169

13、.6 ，當(dāng)含水量不同時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)有所不同，即使含微量水，其熔點(diǎn)也會(huì)降低。硝銨的結(jié)晶體，由于其結(jié)構(gòu)不同，它的密度在1.441.49g/cm3之間,摩爾熱容(2028)為362.3J/(mol)1.68 J/(g),熔融熱為67.78J/g。當(dāng)溫度在20100之間時(shí)，相對(duì)密度為0.680.78的固體硝銨平均熱導(dǎo)率為0.858KJ（mh）, 硝銨的熱導(dǎo)率隨溫度的不同而改變，當(dāng)溫度介于0100之間時(shí)，其數(shù)值變動(dòng)不超過(guò)5%6% 。硝銨易溶于水溶解度隨溫度升高而增加。硝銨溶于水時(shí)吸收大量熱量，在15時(shí)，硝酸銨溶于等量水中，溫度可降低到-10,因此，硝銨亦可做冷凍液使用。此外硝銨還能溶于丙酮、酒精、氨水之中。

14、硝酸銨具有五種結(jié)晶變體，每一種晶體的結(jié)構(gòu)和密度都不同，在一定溫度范圍內(nèi)，各種晶型才能穩(wěn)定存在。當(dāng)加熱或冷卻硝銨時(shí)，如果溫度變化超過(guò)該種晶型的溫度范圍，即由一種晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶型，晶型轉(zhuǎn)變時(shí)結(jié)晶的結(jié)構(gòu)、密度、比容也發(fā)生變化并伴有熱效應(yīng)。硝銨晶型I轉(zhuǎn)變?yōu)榫蜁r(shí)，休體積隨之縮小，放出轉(zhuǎn)變熱，如繼續(xù)冷卻則晶型又轉(zhuǎn)變?yōu)榫?此一轉(zhuǎn)變卻引起了體積的膨脹，同時(shí)又放出轉(zhuǎn)變熱。如果把硝銨由125以上很快冷卻到32以下，晶型I直接轉(zhuǎn)變成晶型，而不經(jīng)過(guò)晶型I和晶型。硝銨在包裝、貯存和運(yùn)輸過(guò)程中溫度常為60,易發(fā)生的晶型變化是-斜方晶系和斜方晶系。當(dāng)硝銨中含有其它雜質(zhì)時(shí)，如硫酸銨、鉀、鎂、鈣鹽等，此時(shí)晶型的轉(zhuǎn)變溫度

15、可能降低。硝酸銨具有吸濕性。所謂吸濕性即物質(zhì)容易從空氣中吸收水分的特性。一般在某一溫度下，當(dāng)周?chē)髿庵械乃羝麎撼^(guò)該物質(zhì)飽和溶液上的水蒸汽壓時(shí)，該物質(zhì)即吸濕，反之，則物質(zhì)將減濕;兩者相等時(shí)，物質(zhì)不吸濕也不減濕，而呈平衡狀態(tài)。由此可見(jiàn)，該鹽飽和溶液上的蒸汽壓越小，吸濕性就越強(qiáng)。吸濕性的強(qiáng)弱用吸濕點(diǎn)來(lái)衡量，吸溫點(diǎn)即在飽和鹽溶液上的水蒸汽壓與同濕度下飽和空氣中水蒸汽壓之比。硝銨的另一種不良性質(zhì)是它的結(jié)塊性，也就是在貯存過(guò)程中失去了松散的性質(zhì)而結(jié)成硬塊或成團(tuán)。這就使得工業(yè)上及農(nóng)業(yè)上使用硝銨時(shí)產(chǎn)生了困難，必須進(jìn)行重新粉碎，消耗一定的動(dòng)力和勞動(dòng)力，因此應(yīng)該防止硝銨結(jié)塊。硝銨對(duì)于振動(dòng)、沖擊或摩擦是不敏感的

16、，也沒(méi)有自燃的性能，因此，使用硝銨實(shí)際上是安全的。因此硝銨的大量生產(chǎn)和在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，并不因?yàn)樗嬖诒ㄐ约爸鹦远艿阶璧K。但是，在一定條件下硝銨是具有爆炸性的，因此在生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸中必須嚴(yán)格遵守安全技術(shù)規(guī)程和工藝操作規(guī)程。硝銨的爆炸一般由下列原因引起：純硝銨的熱分解。據(jù)國(guó)外有關(guān)文獻(xiàn)記載，硝銨發(fā)生過(guò)多次大爆炸和燃燒，其主要原因是硝銨的熱分解引起的。起爆劑的作用。干燥的純硝銨僅在爆炸力很強(qiáng)的起爆劑或某種爆炸物質(zhì)爆炸時(shí)產(chǎn)生的高速氣浪的激發(fā)作用下才能發(fā)生爆炸。硝銨炸藥引爆力比現(xiàn)今使用的各種爆炸物所需要的引爆力要大得多。一定質(zhì)量的硝銨其爆炸能力是一定的。當(dāng)硝銨的水分含量高于3%，即使有引爆劑存

17、在也不會(huì)發(fā)生爆炸。目前廣泛應(yīng)用的硝銨炸藥，大部分是純度很高(99.5%以上)水含量在0.3%以下的硝銨與有機(jī)物質(zhì)(木屑，油等)的混合物用雷管作引爆劑。有機(jī)物質(zhì)的作用。當(dāng)硝銨中含有有機(jī)物質(zhì)時(shí)，硝銨的起爆敏感性加大。為改善硝銨的結(jié)塊性，而摻加少量有機(jī)添加劑時(shí)，對(duì)其熱穩(wěn)定性影響不大，但是添加劑的含量過(guò)高，對(duì)熱穩(wěn)定性也會(huì)造成影響，因此有機(jī)添加劑的含量不得超過(guò)1%。無(wú)機(jī)雜質(zhì)及金屬的影響。當(dāng)硝銨中存在某些金屬(粉末狀)，如鉍、鎘、銅、鎂、鉛、鎳和鋅時(shí)，由于相互作用會(huì)生成亞硝銨。亞硝銨是不穩(wěn)定的，且它的存在會(huì)增加硝銨的爆炸敏感性，因此貯藏時(shí)要防止此類(lèi)金屬，特別要防止銅落入硝銨中，此外必須避免用鋅制做的容器貯

18、藏硝銨。鉻酸鹽、高錳酸鹽，硫化物和氯化物同樣能促進(jìn)硝銨的熱分解。硝銨中含有無(wú)機(jī)酸(特別是硝酸、硫酸)，其熱穩(wěn)定性顯著降低，如硝銨中含有5%的硝酸時(shí)，在200的分解速度比純硝銨的分解速度增加近百倍，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)促進(jìn)了硝銨的溫度升高。為增加硝銨的穩(wěn)定性，在生產(chǎn)過(guò)程中氨用量適當(dāng)?shù)倪^(guò)量是完全必要的，硝銨成品中的游離酸含量嚴(yán)禁大于O.02%(重量比)。粉末狀且含水量低的硝銨成品，其爆炸敏感性大，因此作為工業(yè)采礦用的硝銨炸藥大都選用粉狀結(jié)晶硝銨。(2) 硝酸銨的用途硝酸銨的用途很廣泛，主要用作肥料及工業(yè)用和軍用炸藥。并可用于殺蟲(chóng)劑、冷凍機(jī)、氧化氮吸收劑，制造笑氣、煙火等。硝銨是含氮較高的氮肥之

19、一，其所含的氮以銨態(tài)（NH4+）和硝酸態(tài)(NO3-)二種形式存在。植物吸收銨態(tài)中的氮較為緩慢，而吸收硝酸態(tài)中的氮很為迅速，因硝銨易溶于水，施入土壤后其中的銨態(tài)被土壤中的膠體吸附，在起硝化作用的微生物影響下，逐漸氧化成硝酸態(tài)，才能被植物吸收，而植物吸收硝酸態(tài)中的氮較為迅速，因此硝銨在許多氮肥中是生理酸性極小的肥料，能適合在不同土質(zhì)的土壤中使用，只要施肥量和施用時(shí)間得當(dāng)，很快能從作物的形態(tài)上表現(xiàn)出效果來(lái)，從影響產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)化學(xué)性看，硝銨對(duì)各種土壤的肥效都很高，可作水澆地或早田的追肥，特別對(duì)于棉花的生產(chǎn)其肥效更高，是較為理想的氮肥之一。1.2.4簡(jiǎn)述產(chǎn)品的幾種生產(chǎn)方法及特點(diǎn) 硝酸銨的生產(chǎn)方法有轉(zhuǎn)化法和

20、中和法兩種。我國(guó)工業(yè)上制取硝酸銨,常采用氨氣(NH3)和硝酸(HNO3)常壓中和法。氨氣或含氨氣體(合成氨生產(chǎn)中的弛放氣、貯罐氣、尿素生產(chǎn)中的蒸餾尾氣)以及60%以下的稀硝酸為生產(chǎn)硝酸銨的原料。所用原料中的氯化物、油分、有機(jī)物均不應(yīng)超過(guò)允許值,而且不應(yīng)含有能在工藝過(guò)程中增加熱分解和引起爆炸危險(xiǎn)的其他物質(zhì)。工業(yè)上制硝酸銨的生產(chǎn)流程可分為先制取稀硝酸銨溶液(即不利用反應(yīng)熱),然后進(jìn)行蒸發(fā)的所謂多段流程,以及直接制取熔融液的一段流程或無(wú)蒸發(fā)流程。 (1)加壓中和法(016-018MPa)是用較濃的硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%-60%)制取硝酸銨。這樣可得85%-90%的硝酸銨溶液,無(wú)需蒸發(fā)即可送去結(jié)晶,因

21、此可以節(jié)省蒸汽。由于取消蒸發(fā)設(shè)備,所以可降低基建投資。另外,加壓中和法還具有設(shè)備體積小、生產(chǎn)能力高、消耗定額低等優(yōu)點(diǎn)。(2)常壓下一次(或兩次)利用反應(yīng)熱的中和流程簡(jiǎn)單,能避免硝酸的分解,還可利用反應(yīng)熱制取濃度較高的硝酸銨溶液,操作簡(jiǎn)便。與加壓法比較,既可以節(jié)省附加設(shè)備的費(fèi)用,又可降低采用壓力輸送反應(yīng)物料的電能消耗,是較為理想的流程。我國(guó)硝酸銨生產(chǎn)廣泛采用這種流程。1.3 產(chǎn)品方案產(chǎn)品的名稱(chēng)：硝酸銨(NH4NO3)；產(chǎn)品的規(guī)模： 5萬(wàn)噸/年 硝酸銨產(chǎn)品的包裝方式：粉末狀硝酸銨包裝袋包裝。1.4設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需的主要原料1.4.1主要原料制硝酸銨中和法的原料是硝酸與氨氣。1.4.2主要原料的物理化學(xué)

22、性質(zhì)（1）氨： 無(wú)色氣體,有刺激性氣味。分子式NH3。分子量17.03。相對(duì)密度0.7714g/l。熔點(diǎn)-77.7。沸點(diǎn)-33.35。自燃點(diǎn)651.11。蒸氣密度0.6。蒸氣壓1013.08kPa(25.7)。蒸氣與空氣混合物爆炸極限1625%(最易引燃濃度17%)。氨在20水中溶解度34%,25時(shí),在無(wú)水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性,0.1N水溶液PH值為11.1。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火,難以點(diǎn)燃而危險(xiǎn)性較低; 但氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸,如有油類(lèi)或其它可燃性物質(zhì)存在,

23、則危險(xiǎn)性更高。與硫酸或其它強(qiáng)無(wú)機(jī)酸反應(yīng)放熱,混合物可達(dá)到沸騰。不能與下列物質(zhì)共存:乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等。（2）硝酸： 純硝酸是無(wú)色發(fā)煙液體,易分解出二氧化氮和氧氣,因而呈紅棕色.一般商品帶有微黃色,發(fā)煙硝酸是紅褐色液體.具有刺激性.溶解性易溶于水。 密度:1.51 g/cm3;(68%的是1.42g/cm3)熔點(diǎn):-42，沸點(diǎn):83， (純酸)(68%aq沸點(diǎn)是120.5) 硝酸作為氮的最高價(jià)(+5)水化物，具有很強(qiáng)的酸性，一般情況下認(rèn)為硝酸的水溶液是完全電離的。硝酸可以與醇發(fā)生酯化反應(yīng)，如硝化甘油的制備。只有在與濃硫酸混合時(shí)，硝酸才能產(chǎn)

24、生大量NO2+。硝酸的水溶液無(wú)論濃稀均具強(qiáng)氧化性及腐蝕性，溶液越濃其氧化性越強(qiáng)。硝酸在光照條件下分解成水、NO2和O2，硝酸能溶解許多種金屬（可以溶解銀），生成鹽、水、氮氧化物、鐵等金屬遇冷的濃硝酸可以發(fā)生鈍化現(xiàn)象，只在表面形成一層致密的氧化膜，不會(huì)完全反應(yīng)掉。濃硝酸是強(qiáng)氧化劑，能使鋁鈍化。與許多金屬能劇烈反應(yīng)。濃硝酸和有機(jī)物、木屑等相混能引起燃燒。腐蝕性很強(qiáng)。硝酸是無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)中三大強(qiáng)酸之一，具有酸類(lèi)的通性。硝酸具有強(qiáng)氧化性,在常溫下能與除金、鉑、鈦、釕、銠、鋨、銥、鈮、鉭以外的所有金屬反應(yīng),無(wú)論是濃硝酸還是稀硝酸在常溫下都能與銅發(fā)生反應(yīng),但濃硝酸在常溫下會(huì)與鐵、鋁發(fā)生鈍化反應(yīng),使金屬表面生

25、成一層致密的氧化物薄膜 ,濃硝酸與金屬反應(yīng),一部分硝酸分子被還原為二氧化氮;稀硝酸與金屬反應(yīng),一部分硝酸分子會(huì)被還原為一氧化氮.同時(shí)生成的還原氫再次被氮元素氧化成水.而另一部分硝酸分子將被氧化的金屬酸化生成硝酸鹽和水. 硝酸與氨作用生成硝酸銨，它也是一種化肥，硝酸銨受到?jīng)_擊就可能發(fā)生爆炸。第二章 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定2.1 硝酸銨合成過(guò)程的基本工藝步驟 我國(guó)工業(yè)上制取硝酸銨，常用氨氣和硝酸常壓中和法。氨氣或含氨氣體(合成氨生產(chǎn)中的弛放氣、貯罐氣、尿素生產(chǎn)中的蒸餾尾氣)以及60%以下的稀硝酸為生產(chǎn)硝酸銨的原料。所用原料中的氯化物、油分、有機(jī)物均不應(yīng)超過(guò)允許值,而且不應(yīng)含有能在工藝過(guò)程中增加熱

26、分解和引起爆炸危險(xiǎn)的其他物質(zhì)。生產(chǎn)流程方框圖如下：硝酸和氣氨中和 硝銨溶液蒸發(fā) 硝銨溶液結(jié)晶造粒 冷卻、包裝、儲(chǔ)運(yùn)2.2 硝酸銨合成過(guò)程的基本工藝步驟 2.2.1中和工段由于硝酸的沸點(diǎn)低于硝銨溶液的沸點(diǎn)。這就使得中和過(guò)程利用反應(yīng)熱來(lái)蒸發(fā)硝銨溶液的問(wèn)題復(fù)雜起來(lái)。正因?yàn)檫@一原因曾有過(guò)好幾種制備硝按溶液的方法。在最老的方法中，反應(yīng)熱非但不利用，反而讓冷卻水通過(guò)反應(yīng)區(qū)域，移走反應(yīng)熱，以防止反應(yīng)區(qū)域的溫度升高而避免硝酸的分解。后來(lái)，為了利用中和反應(yīng)熱來(lái)蒸發(fā)所生成的硝銨溶液，開(kāi)始采用利用反應(yīng)熱的中和裝置。這些裝置是使氨中和硝酸的反應(yīng)在硝銨溶液里進(jìn)行，通過(guò)系統(tǒng)的加壓使反應(yīng)區(qū)域里的溫度低于硝酸的沸點(diǎn)。目前，我

27、國(guó)生產(chǎn)硝按的中和過(guò)程，都利用了反應(yīng)熱，而且是在硝銨溶液沸騰狀態(tài)下進(jìn)行的。實(shí)際生產(chǎn)證明硝酸的損失并不大。這是由于中和反應(yīng)在硝銨溶液內(nèi)部進(jìn)行，速度極快，當(dāng)硝酸進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域時(shí)，迅速和氨中和生成硝按，剩下少量的硝酸，濃度已經(jīng)很低了，即使在沸騰時(shí)氣相中的硝酸量也是極少的，何況還有很厚的液層足以洗掉氣相中的酸，而使它與氨反應(yīng)。中和后硝銨溶液濃度的高低，除決定于硝酸濃度而外，也與進(jìn)入中和器的硝酸和氨的溫度有關(guān)。它們的溫度愈高，即在同樣硝酸濃度和同樣氨純度的條件下，相應(yīng)帶入反應(yīng)的熱量也愈多，中和過(guò)程放出的熱量也就增加，因此硝銨溶液中被蒸發(fā)的水量愈多，制得的硝銨溶液濃度也愈高，所以硝酸和氨氣在進(jìn)入中和反應(yīng)器之前

28、，需要將其溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。2.2.2蒸發(fā)工段 在工業(yè)上，蒸發(fā)是加熱溶液到沸騰使部分溶劑在沸點(diǎn)時(shí)氣化并除去，以提高溶液濃度或使溶質(zhì)析出的一種物理操作過(guò)程。用于蒸發(fā)作業(yè)的設(shè)備叫蒸發(fā)器。蒸發(fā)過(guò)程中溶劑氣化產(chǎn)生的蒸汽稱(chēng)為蒸發(fā)蒸汽(或二次蒸汽)。若蒸發(fā)蒸汽不能移走，則蒸發(fā)蒸汽壓力與溶液蒸汽分壓將漸趨平衡，而使氣化不能繼續(xù)進(jìn)行，因而蒸發(fā)過(guò)程的必備條件是不斷地供給熱能，不斷地排除蒸發(fā)蒸汽。蒸發(fā)蒸汽排除的方法是使它排入大氣或供其它設(shè)備加熱，或在冷凝器中冷凝。顯然蒸發(fā)過(guò)程同時(shí)伴隨著熱交換過(guò)程，蒸發(fā)器也是一種換熱器。2.2.3結(jié)晶工段 真空蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程的機(jī)理是:溶液進(jìn)入真空結(jié)晶機(jī)后，由于在一定負(fù)壓下，溶液

29、的沸點(diǎn)下降，并利用溶液本身的熱量進(jìn)行自蒸發(fā)而使溶液本身的溫度降低濃度提高，當(dāng)此溫度降至該濃度飽和溶液的相應(yīng)溫度和低于飽和溶液相應(yīng)溫度時(shí)，溶液就開(kāi)始從飽和狀態(tài)進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)，并逐步析出結(jié)晶，結(jié)晶在生成過(guò)程中除使溶液的過(guò)飽和度下降外，還釋放出一定的結(jié)晶熱并與而溶液濃縮時(shí)放出的濃縮熱一起，又促使溶液蒸發(fā)繼續(xù)進(jìn)行。這樣溶液在不斷蒸發(fā)的同時(shí)，不斷產(chǎn)生結(jié)晶，最后完全利用結(jié)晶熱制得水分含量很小幾乎干燥的粉末結(jié)晶。為了加快結(jié)晶的速度，溶液在結(jié)晶機(jī)內(nèi)被不斷的攪動(dòng)。2.3操作條件的選擇2.3.1溫度因中和過(guò)程是利用反應(yīng)熱的，在硝酸濃度、溫度同樣的情況下，氨氣溫度愈高，中和反應(yīng)熱相應(yīng)增加，制備的硝銨溶液濃度也就愈高

30、。另外，從操作控制來(lái)說(shuō)，氣氨的溫度高，也能防止液氨帶入中和器內(nèi)。入中和器的氨氣溫度一般以50-80為宜。在硝酸濃度、氨氣溫度相同的情況下，硝酸的溫度越高，中和反應(yīng)熱亦相應(yīng)增加，制備得的硝銨溶液濃度也就越高，故單從中和反應(yīng)熱效應(yīng)來(lái)衡量，入中和器的硝酸溫度愈高，對(duì)中和過(guò)程就愈有利。但是硝酸溫度過(guò)高對(duì)不銹鋼設(shè)備的腐蝕會(huì)加劇，濃度為43-53%的硝酸在70時(shí)這種現(xiàn)象已比較明顯，因此入中和器的硝酸溫度都選擇在30-50。不過(guò)，目前工廠里硝酸倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的硝酸溫度，隨季節(jié)的不同約在25-40之間，為進(jìn)一步防止硝酸對(duì)酸預(yù)熱器的腐蝕，一部分工廠已經(jīng)不再對(duì)硝酸進(jìn)行加溫預(yù)熱，而將酸庫(kù)內(nèi)的硝酸直接送入中和器內(nèi)。中和器內(nèi)溶

31、液的溫度主要隨所用硝酸的濃度不同而有差異。一般在124-130之間。這是因?yàn)橹泻瓦^(guò)程利用反應(yīng)熱產(chǎn)生0.2表壓的蒸發(fā)蒸汽，硝銨溶液在該壓力下的沸點(diǎn)在120左右。因此中和器內(nèi)溶液的溫度不應(yīng)低于120，另外，為防止硝酸在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)沸騰而逸出硝酸蒸汽，從硝酸噴頭噴出的硝酸沸點(diǎn)溫度必須高于硝銨溶液在中和器操作壓力下的沸點(diǎn)溫度，濃度為43-53%的硝酸在硝酸噴頭處的沸點(diǎn)為125-131，故中和器內(nèi)的硝銨溶液的溫度隨所用硝酸濃度的不同，最高不應(yīng)超過(guò)130(或125)。2.3.2壓力氨氣進(jìn)入中和器后，通過(guò)氨噴頭均勻地與硝酸噴頭噴淋出的硝酸反應(yīng)，如果進(jìn)入中和器的氨氣壓力過(guò)高、流速過(guò)快，一部分氨氣就有可能來(lái)不及與

32、硝酸反應(yīng)并且沖過(guò)硝銨溶液層而逸入蒸發(fā)蒸汽中，引起反應(yīng)不完全，氨的損失增加，因此中和器的氨氣壓力以不超過(guò)1.8表壓為宜。另外，氨氣進(jìn)入中和器前應(yīng)通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，保證氨氣以穩(wěn)定的壓力、一定的流量與硝酸反應(yīng)，這樣才能確保中和器內(nèi)酸堿度穩(wěn)定、氨損失降到最低水平。 為了使中和操作平穩(wěn)，必須保持硝酸的正常加入量，因此硝酸也必須以穩(wěn)定的壓力進(jìn)入中和器內(nèi)。為了使硝酸壓力穩(wěn)定，一般采用將硝酸打入高位槽，憑借高位槽的靜壓將酸壓進(jìn)中和器內(nèi)。目前也有采用由硝酸泵直接將酸從酸貯槽打入中和器內(nèi)的方法，因?yàn)檩斔拖跛岬碾x心泵的壓頭比較穩(wěn)定且易控制的。因此這種方法也很可行，但唯一不足的是當(dāng)酸泵電機(jī)晃電時(shí)，硝酸的來(lái)源便立即中斷，

33、中和操作就要發(fā)生較大的波動(dòng)。另外當(dāng)酸泵室有一臺(tái)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，原輸送硝酸的離心泵的壓力也會(huì)發(fā)生潛在的變化(由于電壓、電流的變化)，而造成中和操作的明顯波動(dòng)。為了保證硝酸進(jìn)入噴頭后以噴灑的形式與氨氣中和，因此，硝酸由高位槽到噴頭的垂直距離而形成的位壓應(yīng)大于中和器內(nèi)蒸發(fā)蒸汽的壓力與中和室硝銨液柱靜壓之和。中和器內(nèi)蒸發(fā)蒸汽的最大壓力約為0.4表壓，中和器內(nèi)硝銨液柱靜壓約為0.4絕對(duì)壓力，因此進(jìn)入分布器的硝酸必須克服0.8表壓的阻力方能進(jìn)入中和反應(yīng)區(qū)域，考慮到酸管線調(diào)節(jié)閥噴頭等引起的壓力降，故一般由酸高位槽產(chǎn)生的靜壓應(yīng)為1.8表壓左右，因此，硝酸高位槽到酸噴頭的垂直距離應(yīng)保持15米左右為宜。2.3.3中和

34、器內(nèi)溶液及蒸發(fā)蒸汽中硝酸或銨的含量由于中和器的加酸是利用酸高位槽的靜壓將酸壓入中和器內(nèi)這個(gè)壓力是恒定的，因此中和器內(nèi)蒸發(fā)蒸汽的壓力就不能任意提高，一般保持在0.2表壓為正常。壓力上升，酸噴頭處的壓力明顯增加，流入中和器的酸量就會(huì)相應(yīng)減少，當(dāng)蒸發(fā)蒸汽的壓力超過(guò)0.4表壓或更高壓力時(shí)，酸高位槽的靜壓克服不了酸噴頭處的壓力，而使酸進(jìn)不了反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，發(fā)生氣阻現(xiàn)象。此時(shí)氨損失明顯增加，同時(shí)還將引起中和器整體振動(dòng)，甚至導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。因此，實(shí)際操作過(guò)程中蒸發(fā)蒸汽壓力最好不要超過(guò)0.3表壓。另一方面中和器內(nèi)蒸發(fā)蒸汽壓力也不可太低(低于0.1表壓)，因?yàn)樵谝欢握舭l(fā)過(guò)程中要利用這部分蒸發(fā)蒸汽進(jìn)行加熱，如果壓

35、力低，熱焓量小，勢(shì)必降低了中和反應(yīng)熱二次利用的效果。所以蒸發(fā)蒸汽壓力最低不宜低于1.2表壓。 中和器所逸出的蒸發(fā)蒸汽中含有的硝酸量(或氨量)與中和器內(nèi)硝銨溶液的酸堿度有著緊密關(guān)聯(lián)，當(dāng)溶液內(nèi)的酸堿度發(fā)生微量變化時(shí)，蒸發(fā)蒸汽中酸堿度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的更明顯的變化，因此目前生產(chǎn)上硝銨溶液的酸堿度的控制都是通過(guò)控制蒸發(fā)蒸汽中含有的酸或氨量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 硝銨溶液在酸性條件下操作時(shí)蒸發(fā)蒸汽中氨的損失要小于堿性條件下蒸發(fā)蒸汽中的銨損失，故中和反應(yīng)都選擇在硝酸微過(guò)量的情況下進(jìn)行，為了減少硝酸的損失同時(shí)給再中和過(guò)程減少負(fù)擔(dān)，因此中和器內(nèi)溶溶液中游離硝酸的含量要求嚴(yán)格控制在0-1.0克/升范圍內(nèi)，不過(guò)在實(shí)際操作過(guò)程中，

36、當(dāng)溶液的酸度控制很低時(shí)，一旦入中和器的酸或氨稍有波動(dòng)，溶液也會(huì)短時(shí)間地呈現(xiàn)微堿性，因此中和器中的硝銨溶液的氨含量允許控制在0.3克/升以下。中和蒸發(fā)蒸汽供一段蒸發(fā)器加熱后，放出汽化潛熱，本身變?yōu)槔淠?。這部分冷凝液工廠中常無(wú)法利用和回收，因此蒸發(fā)蒸汽中含有的酸或氨就隨之白白浪費(fèi)了，為減少原料消耗降低成本，中和蒸發(fā)蒸汽中含硝酸或氨量應(yīng)設(shè)法控制在最低水平，正常操作時(shí)硝酸或氨的含量不應(yīng)大于1.0克/升冷凝液中)，實(shí)踐證明，中和酸性操作較堿性操作穩(wěn)定得多。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)蒸發(fā)蒸汽冷凝液中硝酸的含量大于2.0克/升時(shí)，中和器內(nèi)溶液中的硝酸含量就會(huì)大大超過(guò)允許范圍，不僅會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，而且會(huì)加劇設(shè)備(中

37、和器、一段蒸發(fā)器)的腐蝕，由此浪費(fèi)的硝酸還會(huì)隨冷凝液排出而造成環(huán)境污染。2.3.4蒸發(fā)蒸汽中硝酸銨的含量中和蒸發(fā)蒸汽中除含有一定量的硝酸(或氨)外還夾帶有一定量的硝銨液滴，為此蒸發(fā)蒸汽需通過(guò)分離器(或捕集器)，將其中的硝銨分離出來(lái)加以回收，然而分離后的蒸發(fā)蒸汽并不可能保證所有被夾帶的硝銨都能分離下來(lái)，為減少硝銨的損失，在分離后的蒸發(fā)蒸汽中硝銨的含量應(yīng)不大于1.5克/升。經(jīng)分離后的蒸發(fā)蒸汽中的硝銨含量與進(jìn)入分離器的蒸發(fā)蒸汽中的硝銨含量有直接關(guān)系，進(jìn)入分離器的含量多，出口的含量也就增加。當(dāng)進(jìn)入分離器的氣體中硝銨含量超過(guò)1O克/升(溶液)時(shí)，分離后的氣體中硝酸銨的含量就有可能超過(guò)上述指標(biāo)。2.3.5

38、硝酸及氨的純度 硝酸的純度包括三個(gè)方面:濃度、氧化氮含量及其它雜質(zhì)。 中和時(shí)原料硝酸的濃度是影響制得的硝銨濃度的關(guān)鍵因素，因此中和所用的硝酸濃度應(yīng)該選擇在43-53%之間。值得提出的是硝酸濃度隨意降低后，會(huì)引起一連串的副反應(yīng)。例如，將硝酸濃度降至40%,那么制備1噸硝銨，由硝酸帶入中和器的水分就比用45%的硝酸多200公斤，這部分水的存在會(huì)引起蒸發(fā)過(guò)程的硝銨損失增加，蒸發(fā)時(shí)所消耗的蒸汽量亦增加，有時(shí)還可能因蒸發(fā)過(guò)程超負(fù)荷嚴(yán)重，成品中水分含量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)而影響硝銨的質(zhì)量、造成浪費(fèi)。因此硝銨生產(chǎn)對(duì)原料硝酸的濃度應(yīng)該嚴(yán)格檢驗(yàn)和控制。 硝酸中的氧化氮在制備硝銨溶浪過(guò)程中亦參加反應(yīng)，生成極不穩(wěn)定的亞硝酸銨

39、，亞硝酸銨在一定溫度下就會(huì)分解，使氮的損失增加。除此以外，亞硝酸銨的存在還會(huì)促使硝銨的分解，因此硝酸中的氧化氮含量(折算成四氧化二氮)應(yīng)小于0.10%,越低越好。正因?yàn)樯鲜鲈?，不合格的濃硝酸不要與生產(chǎn)硝銨的硝酸相混合，因?yàn)闈庀跛嶂醒趸亢芨摺?鐵極易溶于硝酸中，當(dāng)含有鐵的硝酸用氨中和時(shí)，制得的硝銨溶液一旦呈現(xiàn)堿性以后，就會(huì)變成紅色的氫氧化鐵的沉淀而混在硝銨中，這種溶液制得的成品使會(huì)出現(xiàn)淡黃色、淡紅色、甚至棕紅色而影響外觀，造成不合格品，因此生產(chǎn)硝銨的原料硝酸不應(yīng)含有鐵離子。中和過(guò)程要求氨氣純度在99.8%以上，不含有油類(lèi)等雜質(zhì)。因油能促進(jìn)硝酸分解，其它CH4、N2、H2等氣體雜質(zhì)不但不能

40、參加反應(yīng)，而且隨蒸發(fā)蒸汽移走而損失一定熱量，對(duì)一段蒸發(fā)器傳熱效率也有一定影響。第三章 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介3.1硝酸和氣氨中和該工段是本次設(shè)計(jì)的主要部分：硝酸車(chē)間來(lái)的47%的硝酸進(jìn)入硝酸儲(chǔ)槽，保持一定液位后，再經(jīng)硝酸泵打至硝酸高位槽，利用高位槽的靜壓，將硝酸壓入中和器內(nèi)的酸噴頭。氣氨（0.150.20MPa表壓）溫度在-1010，經(jīng)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定在0.18mpa表壓進(jìn)入氨預(yù)熱器，預(yù)熱至一定溫度（一般為5080），由氨流量調(diào)節(jié)閥控制一定流量，進(jìn)入中和器氨噴頭與硝酸進(jìn)行中和反應(yīng)。反應(yīng)壓力為0.12mpa絕對(duì)壓力，溫度為120130，制得濃度為65%左右的硝酸銨溶液。該濃縮溶液經(jīng)膨脹器，流入再中和器，再中和器內(nèi)

41、加入少量氨氣，使溶液呈中性或弱堿性,再中和后的溶液供一段蒸發(fā)器進(jìn)一步蒸發(fā)濃縮。3.2硝酸銨溶液蒸發(fā)一段蒸發(fā)流程 由中和器制備的65%的硝銨溶液進(jìn)入再中和器，加氨呈中性或弱堿性，憑借一段蒸發(fā)器內(nèi)的真空，被抽入一段蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)。一段蒸發(fā)器采用中和器排出的且經(jīng)過(guò)小分離器分離后的蒸發(fā)蒸汽進(jìn)行加熱，加熱后形成的冷凝液，經(jīng)U形管進(jìn)入酸性冷凝液貯槽，而后送出。小分離器分離中和蒸發(fā)蒸汽得到的硝算銨溶液返回中和器內(nèi)。經(jīng)一段燕發(fā)后得到的80%的硝酸銨溶液，從一段蒸發(fā)器的上部經(jīng)分離器直接進(jìn)入二段蒸發(fā)器內(nèi)。由一段蒸發(fā)器排出的蒸發(fā)蒸汽進(jìn)入氣壓冷凝器，在其中被水冷凝，冷凝液與冷卻水混合，流入下水道。而冷凝器內(nèi)蒸發(fā)蒸汽

42、中不被冷凝的氣體，則由冷凝器的上部進(jìn)入小捕集器，然后被真空泵吸入而排空。氣體中夾帶的水珠被捕集器捕集后也流入水封槽。二段蒸發(fā)流程 二段蒸發(fā)器采用0.7MPa(表壓)的新鮮飽和蒸汽加熱，而冷凝液經(jīng)排水阻氣閥進(jìn)入工業(yè)回水系統(tǒng)加以回收利用。二段蒸發(fā)后汽液乳濁液由蒸發(fā)器的出口排入分離器內(nèi)進(jìn)行分離，分離后的溶液(濃度為92%)進(jìn)入硝銨溶液槽，并與進(jìn)入槽內(nèi)的氨氣進(jìn)行中和至中性或微堿性。從分離器中排出的蒸發(fā)蒸汽與一段蒸發(fā)蒸汽一道，進(jìn)入氣壓冷凝器中進(jìn)行冷凝。 3.3硝酸銨溶液結(jié)晶憑借系統(tǒng)的真空將加氨槽內(nèi)的溶液吸入結(jié)晶機(jī)中，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶而生成粉末狀成品，并由下料溜子送到皮帶運(yùn)輸機(jī),然后進(jìn)行包裝。由結(jié)晶機(jī)排出的蒸發(fā)

43、蒸汽則進(jìn)入氣壓冷凝器進(jìn)行冷凝，冷凝液隨冷卻水進(jìn)入水封嘈,排入下水道,從冷凝器中排出的未被冷凝的氣體，進(jìn)小捕集器后，被真空泵吸入而排空，捕集中的水珠進(jìn)入氣壓冷凝器的下水管，隨冷卻水一起排走。3.4工藝流程圖第四章 物料及熱量衡算4.1 原始條件（1）年產(chǎn)量80kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按320天計(jì)，則產(chǎn)量為：6.5104t/h （2）硝酸的濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：47%（3）硝酸溶液進(jìn)料量：1687.24kg/t（4）氨氣進(jìn)料量：217.606kg/t（5）氨氣初始溫度： 10（6）硝酸初始溫度：85(7)一段蒸發(fā)器壓力：0.021MPa （8）二段蒸發(fā)蒸汽壓力：0.7MPa4.2物料衡算4.2.

44、1物料計(jì)算氨氣與硝酸的化學(xué)反應(yīng)式NH3 + HNO3 = HN4NO3 17 63 80 a b 1000a=212.5b=787.5由以上計(jì)算可知每生產(chǎn)1噸純硝酸銨需要氨氣212.5kg，硝酸787.5kg，考慮到物料損失并參考相關(guān)資料知每生產(chǎn)1噸硝酸銨有217.606kg氨氣經(jīng)過(guò)按預(yù)熱器進(jìn)入中和器，有1687.24kg47%的硝酸溶液（即793.002kg的純硝酸，894.238kg的水）進(jìn)入中和器?？芍睔馐沁^(guò)量的，根據(jù)氨氣與硝酸的化學(xué)反應(yīng)式NH3 + HNO3 = HN4NO317 63 80217.606 793.002 x = X=1006.986 = y=213.984剩余氨氣的

45、量為217.606213.984=3.622kg由計(jì)算可知，在以上進(jìn)料條件下生產(chǎn)的硝酸銨的量為1006.984kg，剩余的氨氣的量為3.622kg。 由工藝知經(jīng)過(guò)中和后有0.362kg剩余氨氣及540.929kg水隨生成的硝酸銨溶液進(jìn)入再中和器（3號(hào)物流），則進(jìn)入捕集器的氨氣是3.6220.362=3.26kg，進(jìn)入捕集器的水是894.238540.929=353.309kg（4號(hào)物流）。由再中和器進(jìn)入一段蒸發(fā)器的物料組成與由中和器進(jìn)入再中和器的物料組成相同（即3號(hào)物流與5號(hào)物流組成相同）。經(jīng)過(guò)一段分離器進(jìn)入二段蒸發(fā)器的溶液中含有0.162kg氨氣，251.264kg水，1005.056kg硝

46、酸銨（6號(hào)物流），則經(jīng)一段分離器排出的液體中含有氨氣0.3620.162=0.2kg，水540.929251.264=289.665kg（7號(hào)物流）。由二段蒸發(fā)器進(jìn)入二段分離器的物料組成與一段分離器進(jìn)入二段蒸發(fā)器的物料組成相同（即8號(hào)物流與6號(hào)物流組成相同）。經(jīng)過(guò)二段分離器有87.382kg水，1004.894kg氨氣被分離出來(lái)進(jìn)入硝酸銨溶液槽（9號(hào)物流）。則經(jīng)過(guò)二段分離器排出氨氣0.162kg，水251.26487.382=163.882kg硝酸銨1005.0561004.894=0.162kg（10號(hào)物流）。由硝酸銨溶液槽進(jìn)入結(jié)晶機(jī)的物流組成與經(jīng)過(guò)二段分離器進(jìn)入硝酸銨溶液槽的物流組成相同（

47、即11號(hào)物流與9號(hào)物流組成相同）。最后經(jīng)過(guò)結(jié)晶機(jī)最終有5.05kg水以及1000kg硝酸銨的產(chǎn)品生產(chǎn)（12號(hào)物流），則經(jīng)過(guò)結(jié)晶機(jī)排出的廢液含水87.3825.05=82.332kg，硝酸銨1004.8941000=4.894kg（13號(hào)物流）。4.2.2 物料衡算結(jié)果匯總物流號(hào)1234567 單位組分千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸HNO3793.002NH3217.6060.3623.620.3620.16120.2H2O894.238540.929353.309540.929251.264289.665NH4NO31005.2561.731005.2561005.0

48、560.2小計(jì)217.6061687.241546.547358.2991546.5471256.482290.065物流號(hào)8910111213 單位組分千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸千克/噸HNO3NH30.162 0.162H2O251.264 87.382 163.88287.382 82.332 5.05NH4NO3 1005.056 1004.894 0.1621004.894 4.894 1000小計(jì) 1256.482 1092.276 164.2061092.276 87.226 1005.054.3熱量衡算4.3.1氨預(yù)熱器熱量衡算氨氣的初始溫度是10，需要經(jīng)過(guò)氨預(yù)熱

49、器加熱至80，查取相關(guān)資料得知在該溫度范圍內(nèi)氨氣的比熱容為2.18 KJ/(Kg·)，則每生產(chǎn)1噸硝酸銨氨氣預(yù)熱器需要提供的熱量Q=217.606×2.18×（8010）=33206.7 KJ。則每小時(shí)銨氨氣預(yù)熱器需要提供的熱量Q=6.5104×33206.7=.7KJ。4.3.2中和器熱量衡算由于缺乏實(shí)際操作狀態(tài)下的氨與硝酸的中和反應(yīng)熱、溶解熱等數(shù)據(jù)，所以按實(shí)際操作條件進(jìn)行熱量衡算確有一定的困難。因物料的熱焓為狀態(tài)函數(shù)，所以可選擇某一假定的中和反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。4.3.2.1熱量收入中和過(guò)程中熱量收入等于氨和硝酸帶入熱量及中和反應(yīng)放出熱量的總和。1.

50、氨氣帶入的熱量:217.606kg×80×2.211 KJ/(Kg·)=38490.15 KJ式中:2.211為氨的比熱，單位為KJ/(Kg·)2. 硝酸帶入熱量:1687.24 kg×25×2.910 KJ/(Kg·)=.4KJ式中:2.910為47%的硝酸25時(shí)的比熱，單位為KJ/(Kg·)。3. 中和反應(yīng)放出的熱量:在利用反應(yīng)熱的中和器中，中和反應(yīng)式為:HNO3·3.947H2O+NH3=NH4NO3·2.393H2O+1.554H2O式中:HNO3·3.947H2O相當(dāng)于47%

51、的硝酸 NH4NO3·2.393H2O相當(dāng)于65%的硝按溶液此反應(yīng)熱量由下列熱量組成:硝酸稀釋熱: HNO3+3.947H2O= HNO3·3.947H2O (l) 100%的硝酸和100%的氨中和生成固體硝按的生成熱: HNO3(液體)+ NH3(氣體)=NH4NO3(固體)(2) 硝按溶解熱: NH4NO3 +2.393H2O = NH4NO3·2.393H2O (3)反應(yīng)(1)的熱量用插入法根據(jù)表“硝酸的溶解熱”查出為25958.16KJ/Kmol，在計(jì)算中，硝酸稀釋熱應(yīng)為負(fù)值，因?yàn)榧尤胫泻推鞯氖且呀?jīng)稀釋的硝酸，因此對(duì)中和過(guò)程來(lái)說(shuō)，HNO3 + 2.393H

52、2O的稀釋熱等于已經(jīng)失掉。反應(yīng)(2)的熱量為硝銨的生成熱減去NH3(氣)和HNO3(液)的生成熱，這些化合物的生成熱，在1大氣壓、18時(shí)為：NH3(氣體) 45803.6 KJ/KmolHNO3(液體) .97 KJ/KmolNH4NO3(固體) .3 KJ/Kmol 根據(jù)蓋斯定理，可求得反應(yīng)(2)的熱量為:.3.9745803.6=.73 KJ/Kmol硝銨反應(yīng)(3)的硝按溶解熱用插入法由表“硝銨的溶解熱”查得為15491.16 KJ/Kmol。在一大氣壓、18時(shí)47%的硝酸與氨氣中和反應(yīng)熱: .7325958.1615491.16=.41KJ/Kmol每生產(chǎn)1噸硝銨時(shí)，中和反應(yīng)熱量為: .

53、41×1000/80=.1 KJ中和過(guò)程中熱量總收入為:.1+38490.15+.4=.65KJ4.3.2.2熱量支出在中和過(guò)程中，一部分熱量被硝銨溶液帶走，另一部分熱量用于蒸發(fā)溶液中水分，此外還有一部分熱量散失于周?chē)慕橘|(zhì)中。1. 硝銨溶液帶走的熱量:首先確定65%的硝酸銨溶液的沸點(diǎn)T沸，在常壓下65%的硝酸銨溶液沸點(diǎn)t沸為117.5，而在中和器中，在1.20絕對(duì)大氣壓下沸點(diǎn)可由下式計(jì)算：T沸=t沸+(t2-t1)式中: T沸在某壓力下的溶液的沸點(diǎn)，t沸在某壓力下水的沸點(diǎn)，t2溶液在常壓下的沸點(diǎn)，t1水在常壓下的沸點(diǎn)，在任何壓力下的溫度系數(shù)。在1.2絕對(duì)大氣壓下，飽和水蒸汽溫度為1

54、04時(shí)，=1.03 T沸=104+（117.5-100）×1.03=122中和器出口65%硝銨溶液帶出熱量:1546.547×2.645×122=.25KJ式中:1546.547硝銨溶液的數(shù)量，kg;2.64565%硝銨溶液的比熱，KJ/(Kg·)。2.蒸發(fā)溶液中水分所消耗的熱量： 353.309×2684.3=.35 KJ式中:2684.31.2絕對(duì)大氣壓下，飽和水蒸汽熱焓，KJ/Kg 353.309中和產(chǎn)生的蒸汽量，kg?？偀崃繋肱c消耗熱量之差為損失于周?chē)臒崃浚?65（.25+.35）=7717.05KJ4.3.2.3中和器熱量平衡表收

55、入熱量，KJ支出熱量，KJ氨帶入38490.1565%溶液帶出.25硝酸帶入.4蒸發(fā)蒸汽帶出.35中和反應(yīng).1損失7717.05總計(jì).65.65根據(jù)中和過(guò)程熱量平衡計(jì)算結(jié)果可知，熱量收支相等。因此，計(jì)算中假定硝銨的濃度為65%成立。4.3.3 蒸發(fā)過(guò)程的能量平衡計(jì)算4.3.3.1一段蒸發(fā)過(guò)程的能量衡算濃度為80%的硝銨溶液的沸點(diǎn): T沸=60+（130-100）×0.763=82.9式中：60在0.21絕對(duì)大氣壓下，水的沸點(diǎn)， 130在常壓下，80%硝銨溶液的沸點(diǎn)， 100在常壓下，水的沸點(diǎn)， 0.7633在60時(shí)數(shù)值。熱量收入：1. 65%的硝銨溶液帶入的熱量:1546.547×2.645×122=.3KJ2. NH4NO3溶液濃縮放出熱量:1005.256×59.03=59340.3KJ59.03由65% NH4NO3濃縮至82% NH4NO3的熱效應(yīng)，KJ/kg。3. 加熱蒸汽帶入的熱量設(shè)為xKJ 則熱量總收入為:.3+59340.3+x=.6+x熱量支出:1.82%的硝銨溶液帶出的熱量: 1256.482×82.9×2.304=KJ式中:2.30480%的硝銨溶液的比熱，KJ/(Kg·) 82.980%的硝銨溶液