氨回收装置精馏塔的设计与研究毕业论文(编辑修改稿)

氨回收装置精馏塔的设计与研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

因此，氮肥的供应还得继续依靠合成氨的生产。 5 第 2章 合成氨尾气处理氨回收工艺 产品及原料性能 氨 (1)生产规模 本装置以 稀氨水 为原料，通过 蒸氨精馏塔提炼出纯度较高的液氨。 生产规模：年产 990吨 氨 的氨回收精馏塔。 (2)氨 产品 化学名称： 氨气 分子式： NH3 分子量 ： (3)物理性质 [18]： 氨气在标准状况下的 密度 为 ： 临界点 133℃ ， 蒸汽压 (℃ ) 熔点 ℃ 沸点 (1atm) ℃ 溶解性： 极易溶于水 (1:700) 临界温度 ， ℃ （ 4） 化学性质 [18]： 氨在水中的反应可表示为： NH3+H2O=NH3H 2O 氨水在中学化学实验中三应用 ： ① 用蘸有浓氨水的 玻璃棒检验 HCl 等气体的存在。 ② 实验室用它与铝盐溶液反应制 氢氧化铝。 ③ 配制银氨溶液检验有机物分子中 醛基 的存在。 NH3+HNO3 = NH4NO3 NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 反应实质是氨分子中氮原子的孤对电子跟 溶液里具有空轨道的氢离子通过 配位键 而结合成离子晶体。 若在水溶液中反应，离子方程式为： 6 8NH3+3Cl2 = N2+6NH4Cl(黄绿色褪去，产生白烟 ) 反应实质： 2NH3+3Cl2 = N2+6HCl NH3+HCl = NH4Cl 总反应式： 8NH3+3Cl2 = N2+6NH4Cl 4NH3+3O2=2N2+6H2O 4NH3+5O2=4NO+6H2O（氨气的催化氧化 ） 的反应 NH3+C=HCN+H2↑(剧毒 氰化氢 ) 取代反应 的一种形式是氨分子中的氢被其他原子或基团所取代，生成一系列氨的衍生物。 另一种形式是氨以它的氨基或亚氨基取代其他化合物中的原子或基团，例如； COCl2+4NH3= CO(NH2)2+2NH4Cl HgCl2+2NH3=Hg(NH2) Cl +NH4Cl 这种反应与 水解反应 相类似，实际上是氨参与的 复分解反应 ，故称为氨解反应。 氢气 氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。 标准状况下，1升氢气的质量是 ，相同体积比空气轻得多）。 因为氢气难溶于水，所以可以用 排水集气法 收集氢气。 另外，在 101千帕压强下，温度 ℃ 时，氢气可转变成无色的液体； ℃ 时，变成雪状固体。 常温 下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生 化学反应。 但当条件改变时（如点燃、加热、使用 催化剂 等），情况就不同了。 如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。 金属钯对氢气的吸附作用最强。 当空气中的 体积分数 为 4%75%时，遇到火源，可引起 爆炸。 (1)物理性质 [19]： 无 色无味的气体，标准状况下密度是 /升 (最轻的气体 )，难溶于水。 在 252℃ ， 变成无色液体 ， 259℃ 时变为雪花状固体。 分子式： H2 沸点： ℃ （ ) 熔点： ℃ 密度： kg/m3 7 相对分子质量： 液体密度（平衡状态， ℃ ）： 169kg/m3 气体密度 （ ， 0℃ ）： 重氢在常温常压下为无色无嗅无毒可燃性气体，是普通氢的一种稳定同位素。 它在通常水的氢中含 %～ %。 其化学性质与 普通氢完全相同 ， 但质量大些， 反应速度小一些。 (2) 化学性质 [19]： 氢气常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。 ① 可燃性 (可在氧气中或氯气中燃烧 ) 2H2+O2=2H2O（ 化合反应） (点燃不纯的氢气要发生爆炸 ,点燃氢气前必须验纯 ) H2+Cl2 =2HCl（化合反应） ② 还原性 (使某些金属氧化物还原 ) H2+CuO=Cu+H2O（置换反应） 氮气 （ 1） 物理性质： 氮 在常况下是一种无色无味的气体，且通常无毒。 氮气占大气总量的 %（体积分数），在标准情况下的气体密度是 ，氮气难溶于水，在常温常压下， 1体积水中大约只溶解。 氮气是难液化的气体 ， 氮气在极低温下会液化成无色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状 固体。 在生 产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气。 其他物理性 如下 [20]： 化学式 N2 相对分子质量 熔点 ， 210℃ 英文名称 Nitrogen 沸点， （ 1atm） 时 ， ℃ 临界温度 ， ℃ 临界压力 ， ， 临界体积 临界密度 8 （ 2）化学性质 [20]： 由氮元素的氧化态 吉布斯自由能图也可以看出，除了 NH4+离子外， 氧化数 为 0的 N2分子在图中曲线的最低点，这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲， N2是热力学稳定状态。 氧化数 为 0到 +5之间的各种氮的化合物的值都位于 HNO3和 N2两点的连 线（图中的虚线）的上方，因此，这些化合物在 热力学 上是不稳定的，容易发生 歧化反应。 在图中唯一的一个比 N2分子值低的是 NH4+离子。 由氮元素的氧化态 吉布斯自由能图和 N2分子的结构均可以看出，单质 N2不活泼，只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气可以和氢气反应生成氨。 . 氮化镁 与水反应： Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑ 在 放电 条件下，氮气才可以和氧气化合生成 一氧化氮 ： N2+O2=2NO 一氧化氮 与氧气迅速化合，生成 二氧化氮 2NO+O2=2NO2 N2 与 金属 锂在 常温 下就可直接反应 ： 6 Li + N2=2 Li3N N2与镁条反应： 3Mg+ N2=Mg3 N2 N2与 氢气 反应制 氨气 ： N2+3H2=2NH3（可 逆 ） 氨回收工艺流程 氨回收精馏塔的 生产任务是将中继槽的贮槽气和液氨球罐的贮罐气进行回收做成浓氨水，吸收氨后的尾气并入燃烧气管网，同时负责将氨水中的氨提纯为合格的液氨产品输送至液氨球罐。 A、生产工艺流程 [21] 由吸收塔的底部出来的氨水（氨回收不开时可直接回到氨水槽）进入溶液换热器的管间与再沸器冷凝液（或精馏塔底部出口残液）进行换热，被预热后的氨水从进料管进入精馏塔的中部。 在塔内自上而下与再沸器出来升腾的蒸汽逆流接触，氨水中的氨经过塔板逐渐被提取变成纯度很高的气氨，由精馏塔顶部出来进入塔顶冷凝器管间，气氨被冷凝成液氨回收至塔顶液氨贮槽内，贮槽内的合格液氨一部分由泵送至精馏塔顶回流，以控制塔顶温度。 另一部分用泵输送至液氨球罐内。 下图就是氨回收系统工艺流程 图，其中 T1002 代表气氨吸收塔， E1002 代表换热器，E1003 代表水冷器， E1004 釜残液冷却器， E10105 代表精馏塔塔底再沸器， T1003 代表氨 9 回收精馏塔， E1006 代表精馏塔塔顶冷凝器， V1003 代表液氨储槽， P1001A 和 P1001B分别代表两个并联的循环泵， P1002 代表外送泵， V1002A 和 V1002B 分别代表两个并联的氨水储槽， P1003A 和 P1003B 分别代表两个并联的回流泵。 现场含氨废水处理送老区尿素T1002T1003E1002E1003E1004E1005E1006V1002AV1002BV1003P1001A P1001B P1002P1003A P1003B 图 氨回收 工艺 系统流程图 10 第 3章 工艺计算 精馏塔的物料衡算 （ 1）已知条件 氨回收精馏塔 年产 990 吨，粗氨水中含氨 17％ ,溜出液中氨的质量分数为 99％ ，釜残液中氨的质量分数为 ％ ， 氨 的摩尔质 量 MA=17 kg/kmol，水的 摩尔质 量 MB=18 kg/kmol，年工作日以 330 天计 ， 每天 24 小时 ， 则： 990 吨 /330 天 =3 吨 /天 = 吨 /小时 =125kg/h=（ 125/17） kmol/h= kmol/h F=xF=1817 17= xD=1817 17= xW=1817 17= 其中， xF 、 xD 、 xW 分别为原料、塔顶、塔底中的 氨 的摩尔分数。 F、 D、 W 分别 原料液及塔顶液、塔底液的摩尔 流 量 ， kmol/h。 F=D+W （ 31） F xF =D xD+W xW （ 32） D=WDWF xx xxF  )( = 0 0 )0 0 2 (2 5  = kmol/h W=FD== kmol/h 挥发组分回收率 %100 FDxF xD = %1 0 02 2 5 1  =% （ 33） 相对挥发度 α的计算 把氨 水系统视为理想溶液。 塔顶及塔底产品的挥发度 WD 、 分别计算结果如下。 45℃ 时氨和水的饱和蒸汽压分别为 [23] 195℃ 时氨和水的饱和蒸汽压分别为 [23] 11 3 9 9 8 1 3 4 9 7 8 9BAWBADPPPP 所以 45℃ 、 195℃ 下平均相对挥发度 :  =  = 平衡线， q线，精馏段操作线，提馏段操作线方程的确定 气液平衡 线方程 y=xx )1(1  =  （ 34） q 线方程 泡点进料， q=1， x=， q 线方程即为 x=xF ， 所以 q 线方程为 x= 而 Rmin= 11 [FDFD xxxx  1 )1( ] （ 35） = ]2 2 )( 2 [ 1   =102 取 R==102= 精馏段操作线方程 精馏段摩尔流量： 液相 L )(s ＝ RD==(kmol/h) 气相 V )(s =L+D=（ 1+R） D==(kmol/h) 精馏段操作线方程 ： y= 11  RxxRR D （ 36） = 0 4 2 0 4 2 1 0 4 2  x 提馏段操作线方程 提馏段摩尔流量： 液相 L39。 =L+qF=+1=(kmol/h) 气相 V39。 =V=L+D= 12 由于提馏段操作线方程为： y=39。 39。 39。 wVWxxVL  （ 37） 则提馏段操作线方程为： y=  xx 塔的工艺条件及相关物性数据计算 物性数据 由公式 ρ=A+BT+CT2+D3+ET4 其中 T 单位为 K，其中 常数为 ： 表 常数列表 [24] A B C D E 氨 105 103 105 108 水 103 106 —— 精馏段工艺条件 精馏段液体的平均密度  L=x0ρA+ (1 x0 )ρB=+=(kg/m3) 精馏段气体的密度。