稀氨水提浓工艺开发报告.docx
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稀氨水提浓工艺开发报告
稀氨水提浓工艺开发技术报告
工业大学
二零一一年十二月
1.氨水的物化性质1
2.研究体系及产品要求1
2.1研究体系1
2.2产品要求2
3.工艺流程简介2
3.1工艺流程说明2
3.2工艺流程简图2
3.3物流数据表4
4.工艺管道及仪表流程图6
5.平面布置图7
6.汽提塔D101的设计计算8
7.吸收塔设计计算8
7.1氨气吸收塔D102的设计计算8
7.2吸收塔D103的设计计算9
8.辅助设备的选型及计算10
8.1换热器选型10
8.2泵的选型10
8.3管路计算10
8.4贮罐的选型12
9.主要设备一览表12
10.塔设备简图及管路方位分布图14
1.氨水的物化性质
氨水（AmmoniumHydroxide;AmmoniaWater）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，可造成严重损害，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、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，装250Y规整填料，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，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E101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，装鲍尔环散堆填料，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，装鲍尔环散堆填料，径为300mm，塔高度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
01
02
03
04
05
06
07
08
09
氨，kg/h
160
0
0.2
220.6
60.8
159.8
100
0
1298.8
水，kg/h
3780
898.7
4670.7
191.0
183.0
8.0
900
200
5540.0
甲醇，kg/h
60
0
52.6
52.4
45.0
7.4
0
0
36.9
总质量流量，kg/h
4000
898.7
4723.5
464.0
288.8
175.2
1000
200
6875.7
氨质量分数，%
4.0
0
0.004
47.5
21.1
91.2
10.0
0
18.9
水质量分数，%
94.5
100
98.9
41.2
63.3
4.6
90.0
100
80.6
甲醇质量分数，%
1.5
0
1.006
11.3
15.6
4.2
0
0
0.5
温度，℃
30
143.4
99.8
79.7
40
40
40
30
46.3
压力，atm
1.1
4.0
1.1
1.01
1.01
1.01
1.1
1.1
1.1
相态
液相
汽相
液相
汽相
液相
汽相
液相
液相
液相
密度，kg/m3
965.7
2.16
915.1
0.64
843.4
0.68
931.1
995.7
881.3
粘度，cp
0.75
0.014
0.28
0.012
0.42
0.011
0.56
0.82
0.42
表面力，mN/m
69.0
58.0
51.9
64.2
71.7
57.8
物流
10
11
12
13
14
15
16
17
18
氨，kg/h
1298.8
129.9
7.5
519.5
519.5
129.9
444.5
133.4
311.2
水，kg/h
5540.0
554.0
0.8
2216.0
2216.0
554.0
1848.9
554.7
1294.3
甲醇，kg/h
36.9
3.7
0.02
14.8
14.8
3.7
8.8
2.6
6.2
总质量流量，kg/h
6875.7
687.6
8.32
2750.3
2750.3
687.6
2302.3
690.7
1611.7
氨质量分数，%
18.9
18.9
90.2
18.9
18.9
18.9
19.3
19.3
19.3
水质量分数，%
80.6
80.6
9.6
80.6
80.6
80.6
80.3
80.3
80.3
甲醇质量分数，%
0.5
0.5
0.2
0.5
0.5
0.5
0.4
0.4
0.4
温度，℃
40
40
49.6
40.0
40.0
40.0
41.6
40
40
压力，atm
1.1
1.0
1.01
1.1
1.1
1.0
1.01
1.01
1.01
相态
液相
液相
汽相
液相
液相
液相
液相
液相
液相
密度，kg/m3
888.8
888.8
0.83
888.8
888.8
888.8
881.6
881.9
881.9
粘度，cp
0.45
0.45
0.014
0.45
0.45
0.45
0.46
0.47
0.47
表面力，mN/m
59.1
59.1
59.1
59.1
59.1
59.0
59.1
59.1
4.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=HOG×NOG=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=0.7×10=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+塔件高=7+3+1+1=12m
塔径计算使用ASPEN软件计算并圆整，取值d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=πdh=3.14×0.5×7=10.99㎡，满足要求。
冷凝水用量WC凝水===2672kg/h
7.2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=0.7×10=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+塔件高=7+3+1+1=12m
塔径计算使用ASPEN软件计算并圆整，取值d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
E101
15.8m2
18344kg/h
E102
36.5m2
7027kg/h
E103
5.4m2
1500kg/h
8.2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/kW
P01
IS50-32-160
12.5
32
54
2.02
P02
IS50-32-125
12.5
20
60
1.13
P03
IS65-50-160
25
32
65
3.35
P04
IS50-32-160
7.5
32
54
2.02
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hPa
0.8
33
15
8.3管路计算
管路管径如表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mm
V101
D101
氨、水、甲醇
304
50
界外蒸汽
D101
水
304
150
D101
废水处理
氨、水、甲醇
304
50
D101
E101
氨、水
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