稀氨水提浓工艺开发报告.docx
《稀氨水提浓工艺开发报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《稀氨水提浓工艺开发报告.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
稀氨水提浓工艺开发报告
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
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。
氨水溅入眼内，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、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，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
表面张力，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
表面张力，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=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
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、甲醇
304
200
E101
D102
氨、水、甲醇
304
200
E101
D101
氨、水、甲醇
304
25
10%氨水罐
D102
氨、水
304
25
清水槽
D102
水
304
25
D102
V102
氨、水
304
80
D102
D103
氨、水
304
100
V102
三通B
氨、水
304
80
三通A
D102
氨、水
304
50
三通B
D102
氨、水
304
50
三通B
D103
氨、水
304
25
三通C
V104
氨、水
304
25
D103
V103
氨、水
304
50
V103
三通D
氨、水
304
50
三通D
V104
氨、水
304
25
三通D
D103
氨、水
304
50
V104
P02
氨、水
304
80
表8-5换热器冷却水管径
冷却水管公称直径mm
换热器E101
100
换热器E102
80
换热器E103
50
8.4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
V102
D102缓冲罐
1
Φ2000×4000×6
304
氨水、甲醇
0.1
常压
120
10~60
12.6
V103
D103缓冲罐
1
Φ1500×3000×6
304
氨水、甲醇
0.1
常压
120
10~60
5.3
V104
氨水贮罐
1
Φ2500×5100×6
304
氨水、甲醇
0.1
常压
120
10~60
25
9.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1.6m3
D102
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1.4m3
D103
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0.5m3
E101
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304
E102
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36.5m2，材质304
E103
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304
V102
D102缓冲罐
尺寸Φ2000×4000×6，材质304
V103
D103缓冲罐
尺寸Φ1500×3000×6，材质304
V104
氨水贮罐
尺寸Φ2500×5100×6，材质304
P01
泵
流量12.5m3，扬程32m
P02
泵
流量12.5m3，扬程20m
P03
泵
流量25m3，扬程32m
P04
泵
流量7.5m3，扬程32m
10.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
1
200
塔顶汽相出料
5
25
液相回流
2
50
4%氨水进料
a1~2
M27×2
测温丝头
3
150
界外蒸汽进料
b1~2
20
液位计口
4
50
塔釜液相出料
c
20
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
1
100
塔顶汽相出料
9
50
冷却水入口
2
25
10%氨水进料
10
50
循环吸收液进料
3
50
冷却水出口
11
25
水进料
4
50
冷却水出口
a1~3
M27×2
测温丝头
5
200
来自D101汽相进料
b1~2
20
液位计口
6
80
塔釜液相出料
c
20
压力表口
7
50
冷却水入口
8
50
循环吸收液进料
吸收塔D102管路方位分布图
吸收塔D103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
1
50
接水喷射真空机组
8
50
冷却水入口
2
25
来自V103的进料
9
50
循环吸收液进料
3
50
冷却水出口
10
25
水进料
4
50
冷却水出口
a1~3
M27×2
测温丝头
5
100
来自D101的汽相进料
b1~2
20
液位计口
6
50
塔釜液相出料
c
20
压力表口
7
50
冷却水入口
吸收塔D103管路方位分布图
升级会员 