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1、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.氨水的物化性质氨水（Ammonium 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

2、、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

3、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

4、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

5、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010203040506070809氨，kg/h16000.2220.660.8159.810001298.8水，kg/h3780898.74670.7191.0183.08.09002005540.0甲醇，kg/h60052.652.445.

6、07.40036.9总质量流量，kg/h4000898.74723.5464.0288.8175.210002006875.7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/m3965.72.16915.10.64843.40.68931.1

7、995.7881.3粘度，cp0.750.0140.280.0120.420.0110.560.820.42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

8、.71611.7氨质量分数，%18.918.990.218.918.918.919.319.319.3水质量分数，%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.

9、460.470.47表面张力，mN/m59.159.159.159.159.159.059.159.14. 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0.5

10、m。 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=0.710=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=

11、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/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

12、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E10115.8m218344kg/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

13、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、

14、水30450三通BD102氨、水30450三通BD103氨、水30425三通CV104氨、水30425D103V103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1

15、20106012.6V103D103缓冲罐1150030006304氨水、甲醇0.1常压12010605.3V104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.

16、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

17、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350冷却水出口1125水进料450冷却水出口a13M272测温丝头5200来自D101汽相进料b1220液位计口680塔釜液相出料c20压力表口750冷却水入口850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150接水喷射真空机组850冷却水入口225来自V103的进料950循环吸收液进料350冷却水出口1025水进料450冷却水出口a13M272测温丝头5100来自D101的汽相进料b1220液位计口650塔釜液相出料c20压力表口750冷却水入口吸收塔D103管路方位分布图