氨回收装置精馏塔的设计与研究毕业设计.docx

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氨回收装置精馏塔的设计与研究毕业设计

990ta氨回收装置精馏塔的设计与研究

TheDesignandStudyof990taAmmoniaRecoverUnitofTheRectifyingColumn

目录

摘要I

AbstractII

引言1

第1章合成氨的生产与发展状况2

1.1合成氨的概述2

1.2合成氨的化学反应2

1.3国内合成氨的生产现状及发展2

1.3.1水煤浆气化工艺路线2

1.3.2常压气化路线3

1.4国外合成氨的发展3

1.5合成氨生产的发展前景3

第2章合成氨尾气处理氨回收工艺5

2.1产品及原料性能5

2.1.1氨5

2.1.2氢气6

2.1.3氮气7

2.2氨回收工艺流程8

第3章工艺计算10

3.1精馏塔的物料衡算10

3.2相对挥发度α的计算10

3.3平衡线，q线，精馏段操作线，提馏段操作线方程的确定11

3.4塔的工艺条件及相关物性数据计算12

3.4.1物性数据12

3.4.2精馏段工艺条件12

3.4.3提溜段工艺条件12

3.5塔板数的计算13

3.5.1塔板设计选用数据13

3.5.2理论板数的计算13

3.5.3实际塔板数的计算14

3.6浮阀塔板工艺尺寸的确定与计算15

3.6.1塔高的计算15

3.6.2塔径D15

3.6.3降液管及溢流堰尺寸17

3.6.4浮阀数及排列方式18

3.7塔板流动性能的校核20

3.7.1液沫夹带量校核20

3.7.2塔板阻力计算20

3.7.3降液管液泛校核21

3.7.4液体在降液管内停留时间校核22

3.7.5严重液漏校核22

3.8塔板负荷性能图22

3.8.1过量液沫夹带线22

3.8.2液相下限线关系式22

3.8.3严重漏液关系式23

3.8.4液相上限线关系式23

3.8.5降液管液泛线关系式23

3.9热量衡算25

3.91塔顶冷凝器的热量衡算25

3.9.2塔底再沸器的热量衡算25

3.10浮阀塔工艺设计计算结果汇总26

结论28

致谢29

参考文献30

附件132

附件233

年产990吨氨回收装置精馏塔的设计与研究

摘要:

氨是基本化工产品之一，用途很广。

氨回收装置是为了适应氨合成工序的工艺需要，回收利用有效成分，实现零排放等要求特设的配套装置。

因此，本文设计主要以年产990吨氨为精馏塔的生产目标，对精馏塔进行物料衡算，热量衡算，然后根据物料平衡对氨回收精馏塔进料量、塔顶、塔底出料量进行物料衡算，对氨回收精馏塔的塔高理论上进行了尺寸计算及选择，并且对精馏塔进行了校核。

根据热力学定律，对某些设备进行热量衡算，对设备理论上进行了计算及选择，使设备满足设计要求，达到所需要的工艺条件。

进料组成：

17%；塔底产品组成＜0.2%；塔顶产品组成＞99%。

操作条件：

年工作330天，每天24小时，总工作时间为24×330=7920小时。

关键词：

氨回收物料衡算热量衡算工艺设计

TheDesignandStudyof990taAmmoniaRecoverUnitofTheRectifyingColumn

Abstract：

Ammoniaisoneofthebasicchemicalproducts,usesisverywide.Ammoniarecoveryunitisinordertomeettheneedsofammoniasynthesisprocesstechnology,recyclinguseofeffectivecomponents,toachievezeroemissionforADcolumn’sproductiongoal,forthedistillationtowerofmaterialbalance,accordingtothematerialbalanceofammoniarecoveryfeedrateofrectificationcolumn,thetopandbottomshoestocarryonthematerialbalance,theammoniarecoverydistillationtoweristheoryforsizecalculation,selectionandthecheck.Accordingtothelawsofthermodynamics,theandselectionofequipmenttheory,maketheequipmentmeetthedesignrequirements,meettheneedofprocessconditions.Feedcomposition:

17%;<0.2%ofthebottomandtheproducts;Topproductcomponent>99%.Operatingconditions:

yearswork330days,24

引言

氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。

农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。

氨是基本化工产品之一，用途很广。

化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。

各种氮肥生产是以合成氨为主要原料的，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平[1]。

以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料，还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。

此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨[2]。

可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。

合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料[3]。

回收氨有双重意义，首先可将氨制成化肥，其次从净化的观点出发，防止以氨为媒介的腐蚀性介质造成设备的严重腐蚀。

氨回收装置是为了适应氨合成工序的工艺需要，回收利用有效成分，实现零排放等要求特设的配套装置。

第1章合成氨的生产与发展状况

1.1合成氨的概述

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。

别名氨气，分子式为NH3，英文名：

syntheticammonia。

世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。

合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料。

氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％[4]。

硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。

液氨常用作制冷剂。

1.2合成氨的化学反应

于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。

这是目前工业普遍采用的直接合成法[5]。

反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。

合成氨反应式如下：

N2+3H2≒2NH3（该反应为可逆反应,等号上反应条件为:

“高温高压”,下为:

“催化剂”）

合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。

经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成[6]，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。

1.3国内合成氨的生产现状及发展

我国合成氨工业的发展情况，解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展[7]。

1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一[8]。

近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备[9]。

我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。

这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。

我国油、气资源少，煤炭资源丰富，随着科技的进步以煤为原料的氨厂仍有发展前景。

提出了煤基合成氨工艺的选择原则，以煤为原料制氨的总体流程选择,大体上可分为水煤浆气化工艺路线及常压气化路线[10]。

1.3.1水煤浆气化工艺路线

美国德士古水煤浆气化技术是较完善的煤气化技术，其气化温度高达1350～1450℃，气化压力从3.92MPa到6.37MPa。

该流程特点是以煤（主要用烟煤）为原料，制成水煤浆，配置大型空分装置，其氧气供气化，氮气在氮洗配入合成气之中，气化后饱含水的合成气先进入变换（耐硫催化剂）使CO与H2O反应为H2和CO2。

经甲醇洗（Rectisol）脱除CO2和H2S，再经液氮洗脱除微量CO、CO2及其它杂质，配以N2制成纯净的净化合成气去氨合成工序。

1.3.2常压气化路线

常压气化一般以无烟块煤或焦炭为原料，用空气或富氧空气气化，经常压脱硫、低压段压缩、变换脱CO2、净化、高压段压缩去氨合成。

1.4国外合成氨的发展

近几年来，世界合成氨工业的技术进展主要有以下几方面：

英国ICI公司采用LCA工艺流程，在英国的SevernsNe氨厂建了两套并列的产量各为450吨天，但只有一套公用工程系统的合成氨装置[11]。

美国凯洛格公司对氨厂的某些工艺单元及设备的传统构型进行了改革，开发出了合成氨生产的4种新技术，即用于氨合成回路的KAAP工艺，用于工艺气转化换热的KRES系统，以计算机为基础的氨厂节能降耗动态控指KDAC技术和公用工程蒸汽系统的冷凝液汽提KICS技术[12]。

由于生态和环保的原因，今后发达国家化肥用量将减少，世界合成氨生产能力将缓慢增长。

1.5合成氨生产的发展前景

目前，化学模拟生物固氮的重要研究课题之一，是固氮酶活性中心结构的研究[13]。

固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白这两种含过渡金属的蛋白质组合而成。

铁蛋白主要起着电子传递输送的作用，而含二个钼原子和二三十个铁和硫原子的钼铁蛋白是络合N2或其他反应物（底物）分子，并进行反应的活性中心所在之处。

关于活性中心的结构有多种看法，目前尚无定论。

从各种底物结合物活化和还原加氢试验来看，含双钼核的活性中心较为合理[14]。

我国有两个研究组于1973—1974年间，不约而同地提出了含钼铁的三核、四核活性中心模型，能较好地解释固氮酶的一系列性能，但其结构细节还有待根据新的实验结果精确化[15]。

国际上有关的研究成果认为，温和条件下的固氮作用一般包含以下三个环节：

（1）络合过程。

它是用某些过渡金属的有机络合物去络合N2，使它的化学键削弱；

（2）还原过程。

它是用化学还原剂或其他还原方法输送电子给被络合的N2，来拆开N2中的N—N键；

（3）加氢过程。

它是提供H+来和负价的N结合，生成NH3。

目前，化学模拟生物固氮工作的一个主要困难是，N2络合了但基本上没有活化，或络合活化了，但活化得很不够。

所以，稳定的双氮基络合物一般在温和条件下通过化学还原剂的作用只能析出N2，从不稳定的双氮络合物还原制出的NH3的量相当微少。

因此迫切需要从理论上深入分析，以便找出突破的途径。

固氮酶的生物化学和化学模拟工作已取得一定的进展，这必将有力地推