合成氨装置毕业设计论文

合成氨装置毕业设计论文内容摘要：

体积增加的反应，因此，升高温度，降低压力对解吸反应有利。 再生过程中，还有高价铜还原成低价铜的还原反应，是依靠 CO 的还原作用。 反应如下： Cu(NH3) 2+ + CO + H2O → 2Cu + CO2↑ + 2NH4+ + 2NH3↑－ Q 生成的金属很活泼，在高价铜存在的条件下再被氧化成低价铜： Cu + Cu2+ = 2Cu+ － Q 同时，高价铜也可以直接被 CO 还原： 2Cu(NH3) 42+ + CO + H2O → 2Cu(NH3) 2+ + CO2↑ + 2NH4+ － Q 由此可见铜比的提高主要是 CO 的作用，如果铜液中的 CO 少，还原作用弱，铜比难 以提高，所以要保证再生过程中的还原反应，才能维持正常的生产铜比。 四、铜洗操作和铜液再生工艺条件的选择 （一）铜洗部分 7 ① 总铜：铜比一定，总铜的含量增加，低价铜离子增加，能提高铜液吸收CO 的能力。 但是，总铜含量取决于铜在铜液中的溶解度，总铜过高，铜液的粘度增大，阻力增加，增加动力消耗，又容易发生带液现象。 一般铜液的含量控制在 ~。 本工艺选择的总铜是。 ② 铜比：总铜一定，提高铜比，即提高低价铜的含量，可以提高铜液吸收CO 的能力。 但铜比过高， 会出现金属铜沉淀： 2Cu+ = Cu2+ + Cu↓ 这样不仅使溶液中总铜含量下降，降低吸收能力，还会堵塞设备和管道，影响生产。 因此实际的铜比应控制在 5~7。 本工艺选择的铜比是。 ③ NH3 含量： 铜液中的氨以游离氨、配合氨和固定氨三种形态存在。 由于配合氨和固定氨的值随铜离子及酸根的浓度而异，所以溶液中总氨增加，游离氨也增加，吸收 CO 和 CO2的能力增加。 但游离氨含量过高，铜液再生时，氨损失增大。 如果铜液中游离氨不足，会发生低价铜复盐的分解，生成醋酸铜沉淀：Cu(NH3)2Ac=CuAc↓ +2NH3↑ 当原料气中 CO2 含量高而铜液中游离氨含量不足时，会生成碳酸铜沉淀，降低了吸收能力。 严重时会造成设备堵塞。 但游离氨含量不能过高，否则铜液再生时，氨损失增大，实际生成中总氨含量控制在~，游离氨控制在 ~。 ④ 醋酸的含量： 铜液中的醋酸主要形成 Cu(NH3)2Ac和 Cu(NH3)4Ac2使铜液稳定，并参与 O2的反应。 由于原料气中含有 CO2，若铜液中醋酸含量不足，就会生成碳酸铜氨盐，同时还会生成 CuCO3沉淀，使铜液吸收能力降低，影响生产。 一般铜液中醋酸含量超过总铜 含量的 10%~15%较为合适，为 ~,但有些工厂提高到 mol/L。 本设计中选择 mol/L。 ⑤ 铜液中残余的 CO 和 CO2 铜液中残余 CO 和 CO2含量高，则铜液吸收 CO 和 CO2的量就会减少，铜洗气中 CO 和 CO2 含量就会升高，为保证铜液吸收效果，要求再生后铜液中的CO,CO2残余量。 降低铜液吸收温度，既能增加铜液的吸收能力，又有利于铜洗气中 CO 含量的降低。 当温度超过 15℃以后，铜液的吸收能力迅速降低，铜洗气中 CO含量迅 8 速增加。 但温度过低，使铜液黏度增大，同时易生成碳酸铵结晶，堵塞设备，增加系统阻力，一般铜液温度以 8~12℃为宜。 本设计的吸收温度为 10℃。 提高铜洗操作压力，气体中 CO 分压也随之增加，铜液的吸收能力增大。 在一定温度下，吸收能力随 CO 分压增加而增加，但 CO 分压超过 后，吸收能力已不再明显增加，却增加了动力消耗，同时设备的强度要求更高，这种情况下脱除 CO 并不经济，一般铜洗操作压力控制在 ~ 左右。 本设计的操作压力选择 MPa。 （二）再生部 分 铜液再生温度应满足气体解吸和高价铜还原的要求。 提高再生温度有利于解吸，但温度过高，加快了溶解态的 CO 解吸，使还原作用降低同时会使氨和醋酸损失大。 再生温度低对还原有利，但解吸不完全，再生后铜液中 CO 含量增加，影响吸收能力。 为解决这一矛盾，再生中采用分阶段控制温度的方法，使解吸，还原分别在回流塔、还原器和再生塔三个设备中完成。 首先在回流塔中使大部分CO和 CO2解吸，为避免解吸过快，回流塔温度控制低些，一般为 45~50℃。 然后在还原器中进行还原反应，温度控制在 60~68℃。 最后在再生器中将温度提高至75~78℃，使残余 CO和 CO2从铜液中充分解吸，但再生器温度不能超过 80℃，否则，铜液的稳定性将被破坏，析出金属铜。 再生压力是指再生器铜氨液液面上的气相压力。 再生压力低，有利于 CO 和CO2 的解吸。 再生压力过高， CO 解吸不完全，铜氨液吸收能力低，增强了对高价铜的还原作用使铜比升高。 但再生压力过低，会使 CO 过早解吸，对高价铜的还原作用减弱，铜比不容易升高，反而降低了铜氨液的吸收能力。 最终再生压力一般维持在 300~800Pa。 铜氨液在再生器内的停留时间即再生时间。 再生时间愈长，则 CO 和 CO2 解吸愈完全，再生后铜氨液的吸收能力就愈强。 最终再生时间停留在 25min 左右。 9 在再生过程加氨的目的是补充铜氨液在使用过程中损失的氨，以维持其总氨含量在正常范围内。 若补充的氨量过多，在再生时蒸发的氨也多，则再生气中氨的分压增大，再生气中 CO 的分压相应降低，使铜氨液中的 CO 易于解吸，消弱了对铜氨液的还原作用，铜比下降。 但由于还原作用减弱，当铜比偏低时，不易及时调整和纠纷。 加氨量不足，会使铜氨液的吸收能力减弱。 最终氨的加入量确定为 7~10Kg。 当由于高价铜还原过度，使 铜比过高时，可加入空气直接使一部分低价铜氧化为高价铜，降低铜比。 由于空气中的氮气使再生气中 CO含量降低，减少了回收价值，并相应提高了再生压力，因此操作中应尽量少用加空气的办法来调节铜比。 五、铜液的制备 铜氨液的配制：醋酸铜氨液是由金属铜、醋酸、氨和水经化学反应后而制成的一种溶液，所用的水不含有氯化物和硫酸盐，以避免对设备腐蚀。 因为金属铜不直接溶于醋酸和氨的水溶液中，在制备新鲜铜液时必须加入空气，这样金属就容易被氧化为高价铜，而形成配合物，反应： 2Cu+4HAc+8NH3+O2=2Cu(NH3)4Ac+2H20 生成高价铜再把金属铜氧化成低价铜，从而使铜逐渐溶解。 反应： 2Cu(NH3)4Ac2+Cu=2Cu(NH3)2Ac 先将紫铜丝或片置于制备槽的铁畀上，再加入适量软水和氨，使溶液呈碱性，以防止加入醋酸后引起设备的强烈腐蚀作用。 然后，开动循环泵，使溶液循环，缓缓加入醋酸，并逐渐通入空气进行氧化。 为加快初期氧化反应的速度，可通入蒸汽加热，随着反应的进行，溶液温度逐渐升高，就可停用蒸汽，改用冷却水，将溶液温度控制在 45~50℃。 在氧化阶段，随着高价铜离子的增加，要不断补充氨和醋酸，并控制氨酸比大于 2。 当溶 液中高价铜增加到 / L 时，继续进行氧化已很困难，则可停止加入空气，进行还原。 在还原过程中，铜氨液继续循环，温度维持在 55~65℃。 当总铜上升到 ~ / L，高价铜下降到 ~ / L 时，将铜氨液冷 10 却至常温，并调节氨和醋酸的含量，达到要求为止。 六、生产制度： 年产量： 5万吨 年生产日： 330天 七、原料及产品的主要技术规格 脱碳气的组成： H N CO、 CO O Ar+CH NH3 精炼气的组成： H N CH4+Ar 各组分所站的比例 成分 名称 H2 N2 CO CO2 O2 CH4+Ar 合计 脱碳气 100 精炼气 0 0 0 100 铜氨液的组成 : 总铜 一价铜 二价铜 铜比 总 NH3 醋酸 二氧化碳 危险。