稀氨水提浓工艺开发报告

1、稀氨水提浓工艺开发技术报告南京工业大学二零一一年十二月19目 录1.氨水的物化性质12. 研究体系及产品要求12.1 研究体系12.2 产品要求23.工艺流程简介23.1工艺流程说明23.2 工艺流程简图23.3物流数据表44. 工艺管道及仪表流程图65. 平面布置图76. 汽提塔D101的设计计算87. 吸收塔设计计算87.1氨气吸收塔D102的设计计算87.2 吸收塔D103的设计计算98. 辅助设备的选型及计算108.1 换热器选型108.2泵的选型108.3 管路计算108.4 贮罐的选型129. 主要设备一览表1210. 塔设备简图及管路方位分布图141.氨水的物化性质氨水（Ammo

2、nium Hydroxide; Ammonia Water）又称氢氧化铵、阿摩尼亚水，是氨气的水溶液，无色透明且具有刺激性气味。易挥发，具有部分碱的通性，由氨气通入水中制得。农业上经稀释后可用作化肥；无机工业用于制选各种铁盐，毛纺、丝绸、印染等工业用于洗涤羊毛、呢绒、坯布，溶解和调整酸碱度，并作为助染剂等；有机工业用作胺化剂，生产热固性酚醛树脂的催化剂；医药上用稀氨水对呼吸和循环起反射性刺激，医治晕倒和昏厥，并作皮肤刺激药和消毒药；也用作洗涤剂、中和剂、生物碱浸出剂。健康危害：吸入后对鼻、喉和肺有刺激性，引起咳嗽、气短和哮喘等；可因喉头水肿而窒息死亡；可发生肺水肿，引起死亡。氨水溅入眼内，可造

3、成严重损害，甚至导致失明，皮肤接触可致灼伤。慢性影响：反复低浓度接触，可引起支气管炎。皮肤反复接触，可致皮炎，表现为皮肤干燥、痒、发红。危险特性：易分解放出氨气，温度越高，分解速度越快，可形成爆炸性气氛。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。与强氧化剂和酸剧烈反应。与卤素、氧化汞、氧化银接触会形成对震动敏感的化合物。接触下列物质能引发燃烧和爆炸：三甲胺、氨基化合物、1-氯-2,4-二硝基苯、邻氯代硝基苯、铂、二氟化三氧、二氧二氟化铯、卤代硼、汞、碘、溴、次氯酸盐、氯漂、有机酸酐、异氰酸酯、乙酸乙烯酯、烯基氧化物、环氧氯丙烷、醛类。腐蚀某些涂料、塑料和橡胶。腐蚀铜、黄铜、青铜、铝、钢、锡、

4、锌及其合金。2. 研究体系及产品要求2.1 研究体系溶液1中含氨4%，甲醇1.5%，水94.5%；溶液2中含氨10%，水90%（本文所涉及浓度均为质量浓度）。2.2 产品要求提浓后的氨水浓度18%，废水排放含氨量40ppm。3.工艺流程简介3.1工艺流程说明汽提塔D101是填料塔，内装250Y规整填料，内径500mm，塔高12500mm。来自原料罐V101浓度为4%的氨水溶液经泵P01由汽提塔D101的顶部进入，界区外0.4MPaG蒸汽从汽提塔D101底部进入。在汽提塔D101内，绝大部分的氨、少量的水和甲醇被蒸出，塔釜产品为氨浓度小于40ppm的废水，送至废水处理；塔顶汽相，进入换热器E10

5、1冷却至40，冷却后的液态氨水（含甲醇）从汽提塔D101顶部回流；冷却后的氨气进入氨气吸收系统，氨气吸收系统由两个带夹套的吸收塔串联组成。氨气吸收塔D102是填料塔，内装鲍尔环散堆填料，内径500mm，塔高度12000mm，常压操作。塔顶三股进料分别为10%的氨水、水和循环吸收液；中部进料为循环吸收液。吸收塔D102，塔釜产品为浓度大于18%的氨水，进入缓冲罐V102，经泵P03送入换热器E102，其中两股分别进入吸收塔D102顶部和中部循环吸收，一股进入氨水储罐V105，一股进入吸收塔D103吸收从塔D102逸出的少量氨气。吸收塔D103是填料塔，内装鲍尔环散堆填料，内径为300mm，塔高度

6、12000mm，塔顶接喷射泵。塔釜氨水产品进入缓冲罐V103，经泵P04，一股进入吸收塔D103循环吸收，另一股进入产品储罐V104。3.2 工艺流程简图图1 稀氨水提浓工艺流程简图3.3物流数据表物流数据表如表3-1所示。表3-1 物流数据表物流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总质量流量，kg/h4000898.74723.5464.0288.8175.21000

7、2006875.7氨质量分数，%4.000. 00447.521.191.210.0018.9水质量分数，%94.510098.941.263.34.690.010080.6甲醇质量分数，%1.501.00611.315.64.2000.5温度，30143.499.879.74040403046.3压力，atm1.14.01.11.011.011.011.11.11.1相态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

8、表面张力，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总质量流量，kg/h6875.7687.68.322750.32750.3687.62302.3690.71611.7氨质量分数，%18.918.990.218.918.918.919.319.319.3水质量

9、分数，%80.680.69.680.680.680.680.380.380.3甲醇质量分数，%0.50.50.20.50.50.50.40.40.4温度，404049.640.040.040.041.64040压力，atm1.11.01.011.11.11.01.011.011.01相态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表面张力，mN/m59.159.159.159.159.159.059.159.14.

10、工艺管道及仪表流程图图2工艺管道及仪表流程图5. 平面布置图 图3 平面布置图6. 汽提塔D101的设计计算综合考虑理论板数和能耗的关系，最终确定汽提塔所需理论塔板数为20块。填料选用250Y规整填料。单个理论级高度HOG=0.4m，理论级数NOG=20，故填料高度=HOGNOG=8m；填料塔分为2段，中间有1个液体分布器，分布器高度为0.5m；塔釜高度=3m；塔顶高度=1m；故全塔高度=填料高度+塔釜高度+塔顶高度+塔内件高=8+3+1+0.5=12.5m经模拟计算，适宜的塔径为0.5m。 7. 吸收塔设计计算7.1氨气吸收塔D102的设计计算吸收塔D-102填料类型为金属鲍尔环填料。经模拟

11、计算，适宜的理论级数为10。单个理论级高度H=0.7m，理论级数N=10，故填料高度=0.710=7m；填料分为2段，中间1个液体分部器，中段进料，高度1m；塔釜高度3m；塔顶高度1m；故全塔高度=填料高度+塔釜高度+塔顶高度+塔内件高=7+3+1+1=12m塔径计算使用ASPEN软件计算并圆整，取值d内径=0.5m。吸收塔设置冷水夹套，假设冷凝水温度由33升温至43对数平均温差差tm=9.56使用ASPEN软件计算，热量Q=31.03kW传热系数K=500W/(m2.)所需换热面积A=6.5吸收塔D-102侧面积=dh=3.140.57=10.99，满足要求。冷凝水用量WC凝水=2672kg

12、/h7.2 吸收塔D103的设计计算吸收塔D103填料类型为金属鲍尔环填料。单个理论级高度H=0.7m，理论级数N=10，故填料高度=0.710=7m填料分为2段，中间1个液体分部器，中段进料，高度1m；塔釜高度3m；塔顶高度1m；故全塔高度=填料高度+塔釜高度+塔顶高度+塔内件高=7+3+1+1=12m塔径计算使用ASPEN软件计算并圆整，取值d内径=0.3m。工厂现有直径400mm的塔利旧。8. 辅助设备的选型及计算8.1 换热器选型冷却水温度由33升高至43，计算所得换热器面积及冷凝水用量如表8-1所示。表8-1 换热器面积及冷凝水用量换热器换热面积冷凝水用量E10115.8m21834

13、4kg/hE10236.5 m27027kg/hE1035.4 m21500kg/h8.2泵的选型表8-2为所选泵的主要参数。喷射泵选择单级水环真空泵，表8-3为所选喷射泵主要参数。表8-2 离心泵的主要参数泵型号流量/m3/h扬程/m效率/%轴功率/kWP01IS50-32-16012.532542.02P02IS50-32-12512.520601.13P03IS65-50-1602532653.35P04IS50-32-1607.532542.02表8-3 单级水循环真空泵主要参数最大气量m3/min极限真空hPa带一级大气喷射器时极限真空hPa0.833158.3 管路计算管路管径如表

14、8-4所示，换热器冷却水管径如表8-5所示。表8-4 管路管径起点终点介质材质公称直径 mmV101D101氨、水、甲醇30450界外蒸汽D101水304150D101废水处理氨、水、甲醇30450D101E101氨、水、甲醇304200E101D102氨、水、甲醇304200E101D101氨、水、甲醇3042510%氨水罐D102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30425D10

15、3V103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 换热器冷却水管径冷却水管公称直径 mm换热器E101100换热器E10280换热器E103508.4 贮罐的选型贮罐的选型见表8-6。表8-6 贮罐的选型设备代号名称数量直径高厚度(mm)材料工艺介质压力(MPa)温度()体积(m3)设计压力操作压力设计温度操作温度V102D102缓冲罐1200040006304氨水、甲醇0.1常压120106012.6V103D103缓冲罐1150030006304氨水、甲醇0.1常压12010605.3

16、V104氨水贮罐1250051006304氨水、甲醇0.1常压1201060259. 主要设备一览表主要设备一览表见表9-1。表9-1 主要设备一览表设备代号名称主要参数D101汽提塔塔径0.50m,塔高12.5m，裙座高度3m，填料型号：250Y，高度8.0m，体积1.6m3D102吸收塔塔径0.50m,塔高12.0m，裙座高度3m，填料型号：金属鲍尔环，高度7.0m，体积1.4m3D103吸收塔塔径0.30m,塔高12.0m，裙座高度3m，填料型号：金属鲍尔环，高度7.0m，体积0.5m3E101换热器固定管板式换热器，管程走冷却水，壳程走汽相，换热面积15.8m2，材质304E102换热

17、器固定管板式换热器，管程走塔釜产物，壳程走冷却水，换热面积36.5m2，材质304E103换热器固定管板式换热器，管程走塔釜产物，壳程走冷却水，换热面积5.4m2，材质304V102D102缓冲罐尺寸200040006，材质304V103D103缓冲罐尺寸150030006，材质304V104氨水贮罐尺寸250051006，材质304P01泵流量12.5m3，扬程32mP02泵流量12.5m3，扬程20mP03泵流量25m3，扬程32mP04泵流量7.5m3，扬程32m10. 塔设备简图及管路方位分布图汽提塔D101设备简图管口表管路公称直径/mm说明管路公称直径/mm说明1200塔顶汽相出料525液相回流2504%氨水进料a12M272测温丝头3150界外蒸汽进料b1220液位计口450塔釜液相出料c20压力表口汽提塔D101管路方位分布图吸收塔D102设备简图管口表管路公称直径/mm说明管路公称直径/mm说明1100塔顶汽相出料950冷却水入口22510%氨水进料1050循环吸收液进料35