稀氨水提濃工藝開發(fā)報(bào)告

稀氨水提濃工藝開發(fā)技術(shù)報(bào)告南京工業(yè)大學(xué)二零一一年十二月目錄1.氨水的物化性質(zhì)氨水（AmmoniumHydroxide;AmmoniaWater）又稱氫氧化銨、阿摩尼亞水，是氨氣的水溶液，無色透明且擁有刺激性氣味。易揮發(fā)，擁有部分堿的通性，由氨氣通入水中制得。農(nóng)業(yè)上經(jīng)稀釋后可用作化肥；無機(jī)工業(yè)用于制選各種鐵鹽，毛紡、絲綢、印染等工業(yè)用于沖洗羊毛、呢絨、坯布，溶解和調(diào)整酸堿度，并作為助染劑等；有機(jī)工業(yè)用作胺化劑，生產(chǎn)熱固性酚醛樹脂的催化劑；醫(yī)藥上用稀氨水對呼吸和循環(huán)起反射性刺激，醫(yī)治暈倒和昏倒，并作皮膚刺激藥和消毒藥；也用作沖洗劑、中和劑、生物堿浸出劑。健康危害：吸入后對鼻、喉和肺有刺激性，惹起咳嗽、氣短和哮喘等；可因喉頭水腫而窒息死亡；可發(fā)生肺水腫，惹起死亡。氨水濺入眼內(nèi)，可造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至以致失明，皮膚接觸可致灼傷。慢性影響：屢次低濃度接觸，可惹起支氣管炎。皮膚屢次接觸，可致皮炎，表現(xiàn)為皮膚干燥、癢、發(fā)紅。危險(xiǎn)特點(diǎn)：易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快，可形成爆炸性氣氛。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。與強(qiáng)氧化劑和酸激烈反應(yīng)。與鹵素、氧化汞、氧化銀接觸會形成對震動(dòng)敏感的化合物。接觸以下物質(zhì)能惹起燃燒和爆炸：三甲胺、氨基化合物、1-氯-2,4-二硝基苯、鄰—氯代硝基苯、鉑、二氟化三氧、二氧二氟化銫、鹵代硼、汞、碘、溴、次氯酸鹽、氯漂、有機(jī)酸酐、異氰酸酯、乙酸乙烯酯、烯基氧化物、環(huán)氧氯丙烷、醛類。腐化某些涂料、塑料和橡膠。腐化銅、黃銅、青銅、鋁、鋼、錫、鋅及其合金。研究系統(tǒng)及產(chǎn)品要求2.1研究系統(tǒng)溶液1中含氨4%，甲醇1.5%，水94.5%；溶液2中含氨10%，水90%（本文所涉及濃度均為質(zhì)量濃度）。2.2產(chǎn)品要求提濃后的氨水濃度≥18%，廢水排放含氨量≤40ppm。3.工藝流程簡介3.1工藝流程說明汽提塔D101是填料塔，內(nèi)裝250Y規(guī)整填料，內(nèi)徑500mm，塔高12500mm。來自原料罐V101濃度為4%的氨水溶液經(jīng)泵P01由汽提塔D101的頂部進(jìn)入，界區(qū)外0.4MPaG蒸汽從汽提塔D101底部進(jìn)入。在汽提塔D101內(nèi)，絕大部分的氨、少量的水和甲醇被蒸出，塔釜產(chǎn)品為氨濃度小于40ppm的廢水，送至廢水辦理；塔頂汽相，進(jìn)入換熱器E101冷卻至40℃，冷卻后的液態(tài)氨水（含甲醇）從汽提塔D101頂部回流；冷卻后的氨氣進(jìn)入氨氣吸取系統(tǒng)，氨氣吸取系統(tǒng)由兩個(gè)帶夾套的吸取塔串通組成。氨氣吸取塔D102是填料塔，內(nèi)裝鮑爾環(huán)散堆填料，內(nèi)徑500mm，塔高度12000mm，常壓操作。塔頂三股進(jìn)料分別為10%的氨水、水和循環(huán)吸取液；中部進(jìn)料為循環(huán)吸取液。吸取塔D102，塔釜產(chǎn)品為濃度大于18%的氨水，進(jìn)入緩沖罐V102，經(jīng)泵P03送入換熱器E102，其中兩股分別進(jìn)入吸取塔D102頂部和中部循環(huán)吸取，一股進(jìn)入氨水儲罐V105，一股進(jìn)入吸取塔D103吸取從塔D102逸出的少量氨氣。吸取塔D103是填料塔，內(nèi)裝鮑爾環(huán)散堆填料，內(nèi)徑為300mm，塔高度12000mm，塔頂接發(fā)射泵。塔釜氨水產(chǎn)品進(jìn)入緩沖罐V103，經(jīng)泵P04，一股進(jìn)入吸取塔D103循環(huán)吸取，另一股進(jìn)入產(chǎn)品儲罐V104。3.2工藝流程簡圖圖1稀氨水提濃工藝流程簡圖3.3物流數(shù)據(jù)表物流數(shù)據(jù)表如表3-1所示。表3-1物流數(shù)據(jù)表物流010203040506070809氨，kg/h16000.2220.660.8159.810001298.8水，kg/h3780898.74670.7191.0183.08.09002005540.0甲醇，kg/h60052.652.445.07.40036.9總質(zhì)量流量，kg/h4000898.74723.5464.0288.8175.210002006875.7氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%4.000.00447.521.191.210.0018.9水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%94.510098.941.263.34.690.010080.6甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%1.501.00611.315.64.2000.5溫度，℃30143.499.879.74040403046.3壓力，atm1.14.01.11.011.011.011.11.11.1相態(tài)液相汽相液相汽相液相汽相液相液相液相密度，kg/m3965.72.16915.10.64843.40.68931.1995.7881.3粘度，cp0.750.0140.280.0120.420.0110.560.820.42表面張力，mN/m69.058.051.964.271.757.8物流101112131415161718氨，kg/h1298.8129.97.5519.5519.5129.9444.5133.4311.2水，kg/h5540.0554.00.82216.02216.0554.01848.9554.71294.3甲醇，kg/h36.93.70.0214.814.83.78.82.66.2總質(zhì)量流量，kg/h6875.7687.68.322750.32750.3687.62302.3690.71611.7氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%18.918.990.218.918.918.919.319.319.3水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%80.680.69.680.680.680.680.380.380.3甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%0.50.50.20.50.50.50.40.40.4溫度，℃404049.640.040.040.041.64040壓力，atm1.11.01.011.11.11.01.011.011.01相態(tài)液相液相汽相液相液相液相液相液相液相密度，kg/m3888.8888.80.83888.8888.8888.8881.6881.9881.9粘度，cp0.450.450.0140.450.450.450.460.470.47表面張力，mN/m59.159.159.159.159.159.059.159.1工藝管道及儀表流程圖圖2工藝管道及儀表流程圖平面部署圖圖3平面部署圖汽提塔D101的設(shè)計(jì)計(jì)算綜合考慮理論板數(shù)和能耗的關(guān)系，最后確定汽提塔所需理論塔板數(shù)為20塊。填料采納250Y規(guī)整填料。單個(gè)理論級高度HOG=0.4m，理論級數(shù)NOG=20，故填料高度=HOG×NOG=8m；填料塔分為2段，中間有1個(gè)液體分布器，分布器高度為0.5m；塔釜高度=3m；塔頂高度=1m；故全塔高度=填料高度+塔釜高度+塔頂高度+塔內(nèi)件高=8+3+1+0.5=12.5m經(jīng)模擬計(jì)算，合適的塔徑為0.5m。吸取塔設(shè)計(jì)計(jì)算7.1氨氣吸取塔D102的設(shè)計(jì)計(jì)算吸取塔D-102填料種類為金屬鮑爾環(huán)填料。經(jīng)模擬計(jì)算，合適的理論級數(shù)為10。單個(gè)理論級高度H=0.7m，理論級數(shù)N=10，故填料高度=0.7×10=7m；填料分為2段，中間1個(gè)液體分部器，中段進(jìn)料，高度1m；塔釜高度3m；塔頂高度1m；故全塔高度=填料高度+塔釜高度+塔頂高度+塔內(nèi)件高=7+3+1+1=12m塔徑計(jì)算使用ASPEN軟件計(jì)算并圓整，取值d內(nèi)徑=0.5m。吸取塔設(shè)置冷水夾套，假設(shè)冷凝水溫度由33℃升溫至43℃對數(shù)平均溫差差△tm(49.5643)(46.3533)℃ln49.564346.3533使用ASPEN軟件計(jì)算，熱量Q=31.03kW傳熱系數(shù)K=500W/(m2.℃)所需換熱面積A=Q=31.031000=6.5㎡Ktm5009.56吸取塔D-102側(cè)面積=πdh=3.14×0.57=10×.99㎡，滿足要求。冷凝水用量WC凝水=Q=31.0310003600=2672kg/hCP(t2t1)4180(4333)7.2吸取塔D103的設(shè)計(jì)計(jì)算吸取塔D103填料種類為金屬鮑爾環(huán)填料。單個(gè)理論級高度H=0.7m，理論級數(shù)N=10，故填料高度=0.7×10=7m填料分為2段，中間1個(gè)液體分部器，中段進(jìn)料，高度1m；塔釜高度3m；塔頂高度1m；故全塔高度=填料高度+塔釜高度+塔頂高度+塔內(nèi)件高=7+3+1+1=12m塔徑計(jì)算使用ASPEN軟件計(jì)算并圓整，取值d內(nèi)徑=0.3m。工廠現(xiàn)有直徑400mm的塔利舊。輔助設(shè)備的選型及計(jì)算8.1換熱器選型冷卻水溫度由33℃高升至43℃，計(jì)算所得換熱器面積及冷凝水用量如表8-1所示。表8-1換熱器面積及冷凝水用量換熱器換熱面積冷凝水用量E10115.8m218344kg/hE10236.5m27027kg/hE1035.4m21500kg/h8.2泵的選型表8-2為所選泵的主要參數(shù)。發(fā)射泵選擇單級水環(huán)真空泵，表8-3為所選噴射泵主要參數(shù)。表8-2離心泵的主要參數(shù)泵型號流量/m3/h揚(yáng)程/m效率/%軸功率/kWP01IS50-32-1612.532542.020P02IS50-32-1212.520601.135P03IS65-50-162532653.350P04IS50-32-167.532542.020表8-3單級水循環(huán)真空泵主要參數(shù)最大襟懷極限真空hPa帶一級大氣發(fā)射器時(shí)極限真空m3/minhPa0.833158.3管路計(jì)算管路管徑如表8-4所示，換熱器冷卻水管徑如表8-5所示。表8-4管路管徑起點(diǎn)終點(diǎn)介質(zhì)材質(zhì)公稱直徑mmV101D101氨、水、甲醇30450界外蒸汽D101水304150D101廢水辦理氨、水、甲醇30450D101E101氨、水、甲醇304200E101D102氨、水、甲醇304200E101D101氨、水、甲醇3042510%氨水罐D(zhuǎn)102氨、水30425清水槽D102水30425D102V102氨、水30480D102D103氨、水304100V102三通B氨、水30480三通AD102氨、水30450三通BD102氨、水30450三通BD103氨、水30425三通CV104氨、水30425D103V103氨、水30450V103三通D氨、水30450三通DV104氨、水30425三通DD103氨、水30450V104P02氨、水30480表8-5換熱器冷卻水管徑冷卻水管公稱直徑mm換熱器E101100換熱器E10280換熱器E103508.4貯罐的選型貯罐的選型見表8-6。設(shè)備名稱代號D102緩沖V102罐D(zhuǎn)103緩沖V103罐V104氨水貯罐

表8-6貯罐的選型壓力(MPa)溫度(℃)數(shù)直徑×高×厚度體積資料工藝介質(zhì)設(shè)計(jì)壓操作壓操作溫(m3)量(mm)設(shè)計(jì)溫度力力度1Φ2000×4000×6304氨水、甲醇0.1常壓12010~6012.61Φ1500×3000×6304氨水、甲醇0.1常壓12010~605.31Φ2500×5100×6304氨水、甲醇0.1常壓12010~6025主要設(shè)備一覽表主要設(shè)備一覽表見表9-1。表9-1主要設(shè)備一覽表設(shè)備代號名稱主要參數(shù)D101汽提塔塔徑0.50m,塔高12.5m，裙座高度3m，填料型號：250Y，高度8.0m，體積1.6m3D102吸取塔塔徑0.50m,塔高12.0m，裙座高度3m，填料型號：金屬鮑爾環(huán)，高度7.0m，體積1.4m3D103吸取塔塔徑0.30m,塔高12.0m，裙座高度3m，填料型號：金屬鮑爾環(huán)，高度7.0m，體積0.5m3E101換熱器固定管板式換熱器，管程走冷卻水，殼程走汽相，換熱面積15.8m2，材質(zhì)304E102換熱器固定管板式換熱器，管程走塔釜產(chǎn)物，殼程走冷卻水，換熱面積36.5m2，材質(zhì)304E103換熱器固定管板式換熱器，管程走塔釜產(chǎn)物，殼程走冷卻水，換熱面積5.4m2，材質(zhì)304V102D102緩沖罐尺寸Φ2000×4000×6，材質(zhì)304V103D103緩沖罐尺寸Φ1500×3000×6，材質(zhì)304V104氨水貯罐尺寸Φ2500×5100×6，材質(zhì)304P01泵流量12.5m3，揚(yáng)程32mP02泵流量12.5m3，揚(yáng)程20mP03泵流量25m3，揚(yáng)程32mP04泵流量7.5m3，揚(yáng)程32m塔設(shè)備簡圖及管路方向分布圖汽提塔D101設(shè)備簡圖管口表公稱直徑管路說明管路公稱直徑/mm說明/mm1200塔頂汽相出料525液相回流2504%氨水進(jìn)料a1~2M27×2測溫絲頭3150界外蒸汽進(jìn)料b20液位計(jì)口1~2450塔釜液相出料c20壓力表口汽提塔D101管路方向分布圖吸取塔D102設(shè)備簡圖管口表管路公稱直說明徑/mm1100塔頂汽相出料22510%氨水進(jìn)料350冷卻水出口450冷卻水出口5200來自D101汽相進(jìn)料680塔釜液相出料

公稱直管路