年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨裝置精煉工段的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 概述2</b></p><p>　　一、精煉工段的任務(wù)2</p><p>　　二、工藝方法的選擇3</p><p>　?。?）銅氨液洗滌法3</p><p><b>　?。?）

2、甲烷化法3</b></p><p>　?。?）液氮洗滌法3</p><p>　　三、銅氨液洗滌法的吸收原理4</p><p><b>　　1.銅液的組成4</b></p><p>　　2.銅液吸收原理4</p><p>　　3.銅液的再生原理6</p><

3、;p>　　四、銅洗操作和銅液再生工藝條件的選擇6</p><p><b>　　（一）銅洗部分6</b></p><p><b>　?。ǘ┰偕糠?</b></p><p><b>　　五、銅液的制備9</b></p><p>　　六、生產(chǎn)制度：10</p

4、><p>　　七、原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格10</p><p>　　第二章 物料衡算和熱量衡算11</p><p><b>　　一、工藝計(jì)算11</b></p><p><b>　　二、物料衡算12</b></p><p><b>　　1.銅洗部分12<

5、;/b></p><p>　　2. 再生部分15</p><p><b>　　三、熱量橫算18</b></p><p><b>　　1、銅洗部分18</b></p><p>　　2. 銅液再生部分20</p><p>　　四、消耗定額的計(jì)算22</p&

6、gt;<p>　　第三章 工藝流程圖23</p><p>　　年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨裝置精煉工段的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：精煉工序是合成氨生產(chǎn)裝置中一個(gè)非常重要的工序，主要目的是去除合成氨原料氣中殘存的少量的CO及CO2等雜質(zhì)，以免氨合成催化劑中毒。由于本設(shè)計(jì)是小型合成氨生產(chǎn)裝置，而且經(jīng)過(guò)脫硫、變換、脫碳凈化后仍然具有較高含量的CO、CO2、H2S及O2和，對(duì)合成工序催

7、化劑依然具有毒性，所以必須要進(jìn)一步凈化即精煉。本設(shè)計(jì)采用的精煉方法是工藝比較成熟的銅氨液溶液洗滌法。設(shè)計(jì)中介紹了銅氨液溶液洗滌法的工藝原理及工藝條件的選擇，并通過(guò)物料衡算和熱量衡算確定了工藝過(guò)程中的消耗定額。</p><p>　　關(guān)鍵字：精煉、銅液、吸收、游離氨、CO</p><p>　　引言：本設(shè)計(jì)的依據(jù)是以南京化學(xué)工業(yè)公司合成氨生產(chǎn)裝置。設(shè)計(jì)的精煉工序是以煤為原料年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨裝置中

8、的一個(gè)工序。采用方法是原料煤通過(guò)固定床間歇法制得以H2、CO、N2為主的半水煤氣，制得的半水煤氣在用ADA法脫出其中的H2S，在通過(guò)一氧化碳中溫變換，并用碳丙烯酯法脫出其中的大量碳后的一個(gè)工序 （CO≤3.1% CO2≤ 0.2%）其目的是去除原料氣中少量的CO、CO2 、H2S及O2。</p><p><b>　　正文</b></p><p><b>

9、;　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的依據(jù)是以南京化學(xué)工業(yè)公司合成氨生產(chǎn)裝置。設(shè)計(jì)的精煉工序是以煤為原料年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨裝置中的一個(gè)工序。采用方法是原料煤通過(guò)固定床間歇法制得以H2、CO、N2為主的半水煤氣，制得的半水煤氣在用ADA法脫出其中的H2S，在通過(guò)一氧化碳中溫變換，并用碳丙烯酯法

10、脫出其中的大量碳后的一個(gè)工序 （CO≤3.1% CO2≤ 0.2%）其目的是去除原料氣中少量的CO、CO2 、H2S及O2</p><p><b>　　一、精煉工段的任務(wù)</b></p><p>　　半水煤氣經(jīng)過(guò)脫硫、變換和脫碳后，氣體中仍然含有約3%左右的CO、0.1%~0.2%的CO2，0.1%~0.2%的O2和微量的H2S等有害氣體，如果不徹底去除，就會(huì)使

11、氨合成催化劑中毒。因此，精煉工序的主要任務(wù)就是將脫碳工序來(lái)的原料氣，通過(guò)化學(xué)或物理的方法清除，使（CO+CO2）≤25ml/m3。</p><p>　　二、工藝方法的選擇 </p><p>　　精煉工序的方法有物理和化學(xué)吸收法，在選擇吸收的方法時(shí)要根據(jù)本課題的生產(chǎn)規(guī)模及前后工序的生產(chǎn)方法要求來(lái)進(jìn)行選擇。目前常用的精煉方法有：

12、 </p><p>　　（1）銅氨液洗滌法: 銅氨液洗滌法采用銅鹽的氨溶液在高壓低溫下吸收CO,C02

13、,H2S,O2,然后在低壓,加熱下再生.通常把銅氨液洗滌法稱為“銅洗”,銅氨液稱為“銅液”,精制后的氣體稱為“銅洗氣”.此法用于煤間歇制氣的中、小型氨廠. </p><p>　　（2）甲烷化法： 在催化劑存在下，CO、CO2與H2作用生成甲烷，使CO和CO2總量小于10cm3/m3由于反應(yīng)要消耗H2，生成的CH4又不利于氨合成反應(yīng)，因此此法只能適用于（CO+CO2）＜0.7%的原料氣精制，通常和低溫變換工藝配套

14、。甲烷化法具有工藝簡(jiǎn)單，凈化度高，操作方便，費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，因此被大型氨廠普遍采用。</p><p>　　（3）液氮洗滌法：在空氣液化分離的基礎(chǔ)上，用低溫逐級(jí)冷凝原料氣中各高沸點(diǎn)組分，再用液氮把少量CO和CH4洗滌脫除，使CO降至10cm3/m3以下，這是物理吸收過(guò)程，它比銅洗法制得純度更高的氫氮混合氣。此法主要用于重油部分氧化、煤富氧氣話的制氨流程中。</p><p>　　結(jié)論：綜合上述,

15、本設(shè)計(jì)是小型合成氨無(wú)空分生產(chǎn)裝置，且脫碳后CO的含量在3.5%左右，所以我們將采用銅氨液洗滌法作為本課題的精煉洗滌方法。</p><p>　　三、銅氨液洗滌法的吸收原理</p><p><b>　　1.銅液的組成</b></p><p>　　醋酸銅氨液通常稱銅氨液或銅液，是由醋酸、銅、氨和水經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后制成的一種溶液。銅液的主要成分是醋酸二氨

16、合銅(Ⅰ)[Cu(NH3)2Ac]，醋酸四氨合銅(Ⅱ) [Cu(NH3)4Ac2]，醋酸氨(NH3Ac)和未反應(yīng)的游離氨。由于吸收了空氣和原料氣中的二氧化碳，溶液中還含有碳酸氫銨（NH4 HCO3 ）和碳酸銨[(NH4 ) 2 CO3 ]等成分。其中醋酸二氨合銅和游離氨是吸收CO的主要成分。</p><p>　　銅在兩種配合物中分別以低價(jià)銅離子和高價(jià)銅離子兩種形態(tài)存在，兩者濃度之比（Cu+/Cu2+）稱為銅比，兩

17、者濃度之和（Cu++Cu2+）稱為總銅</p><p>　　氨在溶液中以三種形式存在：⑴配合氨，有Cu(NH3)2+ 、Cu(NH3)42+；⑵固定氨，呈NH4+形態(tài)；⑶游離氨，為物理溶解狀態(tài)的氨。這三種氨濃度和稱為總氨。由于銅液中存在游離氨，所以具有吸收CO2和H2S的能力，且具有強(qiáng)烈的氨味。</p><p>　　銅氨液的吸收能力主要決定于低價(jià)銅</p><p>

18、　　銅液呈堿性，pH值一般在9~10，并且有腐蝕性，特別對(duì)人的眼睛有強(qiáng)烈的傷害作用，操作時(shí)嚴(yán)加防護(hù)。</p><p><b>　　2.銅液吸收原理</b></p><p>　?、?銅液對(duì)CO的吸收</p><p>　　在有游離氨存在的條件下，Cu(NH3)2Ac和CO作用，生成一氧化碳醋酸三氨合銅，反應(yīng)式為：</p><p&

19、gt;　　Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 = Cu(NH3)3Ac·CO + Q</p><p>　　這是一個(gè)包括氣液相平衡和液相中化學(xué)平衡的化學(xué)吸收過(guò)程。首先是氣體中的CO與銅液接觸被溶解，然后CO再與低價(jià)銅和氨反應(yīng)生成配合物，并放出熱量。</p><p>　　提高壓力，降低溫度，可以提高CO在銅液中的溶解度，有利于氣體中CO的吸收。同時(shí)由于吸收反應(yīng)是可逆放熱體積

20、縮小的反應(yīng)，所以提高壓力降低溫度，增加銅氨液中低價(jià)銅和游離氨的濃度，也有利于CO吸收反應(yīng)的進(jìn)行。·</p><p>　　銅液吸收CO的過(guò)程是CO從氣相主體擴(kuò)散到氣液相界面，與溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，然后生成物再擴(kuò)散到液相主體。在游離氨濃度較大時(shí)，溶液吸收CO的化學(xué)反應(yīng)速度很快，這個(gè)吸收速度取決于CO從氣相擴(kuò)散到液相界面的擴(kuò)散速度。因此采用高效率的銅洗塔，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，可提高吸收CO的速度。</p>

21、<p>　　⑵ 銅液對(duì)CO2、O2、H2S的吸收</p><p>　　銅液除了能吸收CO外，同時(shí)還可以吸收CO2、O2和H2S。</p><p>　　① 對(duì)CO2的吸收是依靠銅液中的游離氨，反應(yīng)式如下：</p><p>　　2CO2 + NH3 + H2O = (NH3)2CO3 + Q</p><p>　　(NH3)2CO3

22、 + NH3 + H2O = 2NH3HCO3 + Q</p><p>　　以上的兩個(gè)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，能使吸收塔中銅液的溫度上升，從而影響銅液的吸收能力，同時(shí)生成的碳酸銨和碳酸氫銨在低溫時(shí)容易結(jié)晶，當(dāng)HAc和NH3不足時(shí)，還會(huì)生成碳酸銅沉淀。因此，為保證銅洗操作的正常進(jìn)行，進(jìn)入銅洗系統(tǒng)的原料氣中CO2的含量不能太高，并且銅液中應(yīng)有足夠的醋酸和氨含量。</p><p>　?、?對(duì)H2S的吸

23、收也是依靠銅液中的游離氨，反應(yīng)式如下：</p><p>　　2NH3·H2O + H2S = (NH4)2S + 2H2O + Q</p><p>　　同時(shí)溶解在銅液中的H2S還能與低價(jià)銅反應(yīng)生成硫化亞銅沉淀：</p><p>　　2Cu(NH3)2Ac + 2H2S = Cu2S↓+ 2NH4Ac + (NH4)2S</p><p&g

24、t;　　這是一個(gè)不可逆的反應(yīng)，因此原料氣中微量的H2S能將銅液中的銅完全除去，生成了不能再生的硫化亞銅沉淀，不僅容易堵塞管道和設(shè)備，降低總銅的含量，影響銅液的吸收能力，并且使銅液變黑，粘度增大，容易造成帶液事故。所以，要求進(jìn)銅洗系統(tǒng)的原料氣中H2S的含量越低越好。</p><p>　?、?銅液吸收O2是依靠低價(jià)銅離子進(jìn)行的，其反應(yīng)式如下：</p><p>　　4Cu(NH3)2Ac + 4

25、NH4Ac + 4NH3·H2O + O2 = 4 Cu(NH3)4Ac2 +6 H2O + Q</p><p>　　這是一個(gè)不可逆的氧化反應(yīng)，能夠很完全地把氧脫除。但銅液吸收后，使低價(jià)銅氧化成高價(jià)銅，而且消耗了游離氨，因而降低了銅液的吸收能力。</p><p>　　根據(jù)以上分析，原料氣中的CO2、H2S和O2的含量不能太高，否則會(huì)影響銅液的吸收能力。</p>&l

26、t;p><b>　　3.銅液的再生原理</b></p><p>　　銅液在銅洗塔內(nèi)吸收了CO 、CO2、H2S和O2后，吸收能力下降，甚至失去吸收能力。為了恢復(fù)其吸收能力，必須進(jìn)行再生，循環(huán)使用。</p><p>　　再生的作用：一是使銅液中吸收的CO 、CO2、H2S在減壓加熱的條件下解吸出來(lái)；二是使銅液中被氧化所生成的高價(jià)銅還原成低價(jià)銅，調(diào)節(jié)銅比。此外還要適

27、當(dāng)補(bǔ)充銅液在整個(gè)過(guò)程中所消耗的氨、銅、HAc和水。</p><p>　　銅液在減壓加熱的條件下首先解吸出所吸收的CO 、CO2、H2氣體，其反應(yīng)是吸收過(guò)程的逆過(guò)程。反應(yīng)式如下：</p><p>　　Cu(NH3)3AcCO → Cu(NH3)2Ac + CO↑ + NH3↑－ Q</p><p>　　(NH3)2CO3 → 2NH3↑+ CO2↑+ H2O － Q

28、</p><p>　　NH3HCO3 → NH3↑+ CO2↑+ H2O － Q</p><p>　　(NH3)2S → 2NH3↑+ H2S － Q</p><p>　　解吸反應(yīng)是吸熱和體積增加的反應(yīng)，因此，升高溫度，降低壓力對(duì)解吸反應(yīng)有利。</p><p>　　再生過(guò)程中，還有高價(jià)銅還原成低價(jià)銅的還原反應(yīng)，是依靠CO的還原作用。反

29、應(yīng)如下：</p><p>　　Cu(NH3) 2+ + CO + H2O → 2Cu + CO2↑+ 2NH4+ + 2NH3↑－Q</p><p>　　生成的金屬很活潑，在高價(jià)銅存在的條件下再被氧化成低價(jià)銅：</p><p>　　Cu + Cu2+ = 2Cu+ － Q</p><p>　　同時(shí)，高價(jià)銅也可以直接被CO還原：</p&

30、gt;<p>　　2Cu(NH3) 42+ + CO + H2O → 2Cu(NH3) 2+ + CO2↑+ 2NH4+ － Q</p><p>　　由此可見銅比的提高主要是CO的作用，如果銅液中的CO少，還原作用弱，銅比難以提高，所以要保證再生過(guò)程中的還原反應(yīng)，才能維持正常的生產(chǎn)銅比。</p><p>　　四、銅洗操作和銅液再生工藝條件的選擇</p><

31、p><b>　?。ㄒ唬┿~洗部分</b></p><p><b>　　1.銅液的成分</b></p><p>　?、?總銅：銅比一定，總銅的含量增加，低價(jià)銅離子增加，能提高銅液吸收CO的能力。但是，總銅含量取決于銅在銅液中的溶解度，總銅過(guò)高，銅液的粘度增大，阻力增加，增加動(dòng)力消耗，又容易發(fā)生帶液現(xiàn)象。一般銅液的含量控制在2.0~2.5mol/

32、L之間比較適宜。本工藝選擇的總銅是2.37mol/L。</p><p>　　② 銅比：總銅一定，提高銅比，即提高低價(jià)銅的含量，可以提高銅液吸收CO的能力。但銅比過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)金屬銅沉淀：</p><p>　　2Cu+ = Cu2+ + Cu↓</p><p>　　這樣不僅使溶液中總銅含量下降，降低吸收能力，還會(huì)堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。因此實(shí)際的銅比應(yīng)控制在5~7

33、。本工藝選擇的銅比是6.16。</p><p>　?、?NH3含量：銅液中的氨以游離氨、配合氨和固定氨三種形態(tài)存在。由于配合氨和固定氨的值隨銅離子及酸根的濃度而異，所以溶液中總氨增加，游離氨也增加，吸收CO和CO2的能力增加。但游離氨含量過(guò)高，銅液再生時(shí)，氨損失增大。如果銅液中游離氨不足，會(huì)發(fā)生低價(jià)銅復(fù)鹽的分解，生成醋酸銅沉淀：Cu(NH3)2Ac=CuAc↓+2NH3↑ 當(dāng)原料氣中CO2含量高而銅液中游離氨含量

34、不足時(shí)，會(huì)生成碳酸銅沉淀，降低了吸收能力。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備堵塞。但游離氨含量不能過(guò)高，否則銅液再生時(shí)，氨損失增大，實(shí)際生成中總氨含量控制在8.5~12.5mol/L，游離氨控制在2.0~2.5mol/L。</p><p>　?、?醋酸的含量：銅液中的醋酸主要形成Cu(NH3)2Ac和Cu(NH3)4Ac2使銅液穩(wěn)定，并參與O2的反應(yīng)。由于原料氣中含有CO2，若銅液中醋酸含量不足，就會(huì)生成碳酸銅氨鹽，同時(shí)還會(huì)生成C

35、uCO3沉淀，使銅液吸收能力降低，影響生產(chǎn)。一般銅液中醋酸含量超過(guò)總銅含量的10%~15%較為合適，為2.2~3.0mol/L,但有些工廠提高到3.5 mol/L。本設(shè)計(jì)中選擇2.65 mol/L。</p><p>　　⑤ 銅液中殘余的CO和CO2</p><p>　　銅液中殘余CO和CO2含量高，則銅液吸收CO和CO2的量就會(huì)減少，銅洗氣中CO和CO2含量就會(huì)升高，為保證銅液吸收效果，

36、要求再生后銅液中的CO<0.005m3CO/m3銅液,CO2殘余量1.5mol/L。</p><p><b>　　2.銅液的溫度</b></p><p>　　降低銅液吸收溫度，既能增加銅液的吸收能力，又有利于銅洗氣中CO含量的降低。當(dāng)溫度超過(guò)15℃以后，銅液的吸收能力迅速降低，銅洗氣中CO含量迅速增加。但溫度過(guò)低，使銅液黏度增大，同時(shí)易生成碳酸銨結(jié)晶，堵塞設(shè)備，

37、增加系統(tǒng)阻力，一般銅液溫度以8~12℃為宜。本設(shè)計(jì)的吸收溫度為10℃。</p><p>　　3.吸收塔的操作壓力</p><p>　　提高銅洗操作壓力，氣體中CO分壓也隨之增加，銅液的吸收能力增大。在一定溫度下，吸收能力隨CO分壓增加而增加，但CO分壓超過(guò)0.5MPa后，吸收能力已不再明顯增加，卻增加了動(dòng)力消耗，同時(shí)設(shè)備的強(qiáng)度要求更高，這種情況下脫除CO并不經(jīng)濟(jì)，一般銅洗操作壓力控制在12

38、.0~15.0Mpa左右。本設(shè)計(jì)的操作壓力選擇12.767 MPa。</p><p><b>　　（二）再生部分</b></p><p><b>　　1.溫度</b></p><p>　　銅液再生溫度應(yīng)滿足氣體解吸和高價(jià)銅還原的要求。提高再生溫度有利于解吸，但溫度過(guò)高，加快了溶解態(tài)的CO解吸，使還原作用降低同時(shí)會(huì)使氨和醋酸

39、損失大。再生溫度低對(duì)還原有利，但解吸不完全，再生后銅液中CO含量增加，影響吸收能力。為解決這一矛盾，再生中采用分階段控制溫度的方法，使解吸，還原分別在回流塔、還原器和再生塔三個(gè)設(shè)備中完成。首先在回流塔中使大部分CO和CO2解吸，為避免解吸過(guò)快，回流塔溫度控制低些，一般為45~50℃。然后在還原器中進(jìn)行還原反應(yīng)，溫度控制在60~68℃。最后在再生器中將溫度提高至75~78℃，使殘余CO和CO2從銅液中充分解吸，但再生器溫度不能超過(guò)80℃，

40、否則，銅液的穩(wěn)定性將被破壞，析出金屬銅。</p><p><b>　　2.壓力</b></p><p>　　再生壓力是指再生器銅氨液液面上的氣相壓力。再生壓力低，有利于CO和CO2 的解吸。再生壓力過(guò)高，CO解吸不完全，銅氨液吸收能力低，增強(qiáng)了對(duì)高價(jià)銅的還原作用使銅比升高。但再生壓力過(guò)低，會(huì)使CO過(guò)早解吸，對(duì)高價(jià)銅的還原作用減弱，銅比不容易升高，反而降低了銅氨液的吸收

41、能力。最終再生壓力一般維持在300~800Pa。</p><p><b>　　3.再生時(shí)間</b></p><p>　　銅氨液在再生器內(nèi)的停留時(shí)間即再生時(shí)間。再生時(shí)間愈長(zhǎng)，則CO和CO2 解吸愈完全，再生后銅氨液的吸收能力就愈強(qiáng)。最終再生時(shí)間停留在25min左右。</p><p><b>　　4.氨的加入量</b><

42、/p><p>　　在再生過(guò)程加氨的目的是補(bǔ)充銅氨液在使用過(guò)程中損失的氨，以維持其總氨含量在正常范圍內(nèi)。若補(bǔ)充的氨量過(guò)多，在再生時(shí)蒸發(fā)的氨也多，則再生氣中氨的分壓增大，再生氣中CO的分壓相應(yīng)降低，使銅氨液中的CO易于解吸，消弱了對(duì)銅氨液的還原作用，銅比下降。但由于還原作用減弱，當(dāng)銅比偏低時(shí)，不易及時(shí)調(diào)整和糾紛。加氨量不足，會(huì)使銅氨液的吸收能力減弱。最終氨的加入量確定為7~10Kg。</p><p&g

43、t;<b>　　5.空氣加入量</b></p><p>　　當(dāng)由于高價(jià)銅還原過(guò)度，使銅比過(guò)高時(shí)，可加入空氣直接使一部分低價(jià)銅氧化為高價(jià)銅，降低銅比。由于空氣中的氮?dú)馐乖偕鷼庵蠧O含量降低，減少了回收價(jià)值，并相應(yīng)提高了再生壓力，因此操作中應(yīng)盡量少用加空氣的辦法來(lái)調(diào)節(jié)銅比。</p><p><b>　　五、銅液的制備</b></p>&

44、lt;p>　　銅氨液的配制：醋酸銅氨液是由金屬銅、醋酸、氨和水經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后而制成的一種溶液，所用的水不含有氯化物和硫酸鹽，以避免對(duì)設(shè)備腐蝕。因?yàn)榻饘巽~不直接溶于醋酸和氨的水溶液中，在制備新鮮銅液時(shí)必須加入空氣，這樣金屬就容易被氧化為高價(jià)銅，而形成配合物，反應(yīng)：</p><p>　　2Cu+4HAc+8NH3+O2=2Cu(NH3)4Ac+2H20</p><p>　　生成高價(jià)銅再把金

45、屬銅氧化成低價(jià)銅，從而使銅逐漸溶解。反應(yīng)：</p><p>　　2Cu(NH3)4Ac2+Cu=2Cu(NH3)2Ac</p><p>　　先將紫銅絲或片置于制備槽的鐵畀上，再加入適量軟水和氨，使溶液呈堿性，以防止加入醋酸后引起設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕作用。然后，開動(dòng)循環(huán)泵，使溶液循環(huán)，緩緩加入醋酸，并逐漸通入空氣進(jìn)行氧化。為加快初期氧化反應(yīng)的速度，可通入蒸汽加熱，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液溫度逐漸升高，

46、就可停用蒸汽，改用冷卻水，將溶液溫度控制在45~50℃。在氧化階段，隨著高價(jià)銅離子的增加，要不斷補(bǔ)充氨和醋酸，并控制氨酸比大于2。</p><p>　　當(dāng)溶液中高價(jià)銅增加到1.5mol / L時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行氧化已很困難，則可停止加入空氣，進(jìn)行還原。在還原過(guò)程中，銅氨液繼續(xù)循環(huán)，溫度維持在55~65℃。當(dāng)總銅上升到2.2~2.5mol / L，高價(jià)銅下降到0.3~0.4mol / L時(shí)，將銅氨液冷卻至常溫，并調(diào)節(jié)氨和

47、醋酸的含量，達(dá)到要求為止。</p><p><b>　　六、生產(chǎn)制度：</b></p><p>　　年產(chǎn)量：5萬(wàn)噸 年生產(chǎn)日：330天 </p><p>　　七、原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 </p><p>　　脫碳?xì)獾慕M成：H2、N2、CO、CO2、O2、Ar+CH4、NH3

48、</p><p>　　精煉氣的組成：H2、N2、CH4+Ar </p><p><b>　　各組分所站的比例</b></p><p>　　銅氨液的組成: </p><p>　　危險(xiǎn)性物料的主要物理性質(zhì):

49、 </p><p>　　六、生產(chǎn)流程及工藝流程簡(jiǎn)述 </p><p>　　由壓縮來(lái)氣體（含CO3.5%，CO20.2%）在壓力為12.5Mpa下由塔底進(jìn)入與塔頂灑下8~12℃的銅氨液在

50、吸收塔中逆流接觸，氣體中的一氧化碳、二氧化碳及氧被銅氨液吸收，出銅洗塔的精煉氣體［（CO+CO2）〈25ml/m3］至塔上分離霧沫后回壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)氨合成工序。 </p><p>　　銅液經(jīng)加壓到33~34Mpa，加熱至25~30℃，自銅洗塔低部流出，經(jīng)減壓依靠本身余壓，流到回流塔頂部并向塔內(nèi)噴灑在回流塔中與再生氣逆流接觸，回收再生氣中的氨和熱量，此時(shí)溶液溫度已達(dá)50℃，解吸出所吸收的大部分CO和CO2，

51、從回流塔出來(lái)的再生氣中，含CO約80%，經(jīng)氨吸收塔回收所帶氨后，制成稀氨水送脫硫或脫碳工段使用。純凈的再生氣送至還原器中心管，繼續(xù)加熱到76~79℃，送入再生塔中繼續(xù)解吸CO，CO2。由再生塔出來(lái)經(jīng)水冷卻器，將銅氨液溫度冷卻到30℃，進(jìn)入氨冷卻器繼續(xù)降溫5~15℃送入再生溶液槽，在其中進(jìn)行銅比調(diào)節(jié)，加氨至合格成分，出再生槽送至吸收塔入口。</p><p>　　第二章 物料衡算和熱量衡算</p>&

52、lt;p><b>　　一、工藝計(jì)算</b></p><p>　　已知條件：年產(chǎn)量5萬(wàn)噸，每年生產(chǎn)330天。</p><p>　　生產(chǎn)能力 = = 6.31T/h = 8315.21m3/h</p><p>　　生產(chǎn)1噸氨所需要的脫碳?xì)饬浚?= 2799.93m3 </p><p>　　因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中物料可

53、能會(huì)有損失，所以脫碳?xì)饬咳?950 m3。</p><p>　　要求精煉氣中（CO+CO2）≤25ml/m3。</p><p>　　二、物料衡算 </p><p>　　1.銅洗部分 </p><p>　　本課題計(jì)算是以1噸NH3 為基準(zhǔn)。</p><p><b>　?。?）已知條件</

54、b></p><p><b>　　原料氣的組成和數(shù)量</b></p><p>　　計(jì)算1噸NH3的體積 1000/17*22.4=1317.65M3</p><p>　　脫C氣量 1000/17*22.4*1/2*1/0.2353=2800M3</p><p>　　精煉氣 3H2+N2=2N

55、H3</p><p><b>　　1 2</b></p><p>　　X 1000/17*22.4</p><p>　　放空量 150~180M3</p><p>　　脫C氣量 2800+150=2950M3</p><p>　　所以氣體的體積為VH2 =2950*71

56、.18%=2099.81m3 依次可以推求出其他組分</p><p>　　氣體的摩爾數(shù)為N H2= 2099.81/22.4=93.74Kmol 依次可以推求出其他組分</p><p>　　氣體的質(zhì)量為mH2 =N*M=93.742*2=187.484kg 依次可以推求出其他組分</p><p><b>　　脫C氣</b></p>

57、<p>　　銅液組成(單位為mol/L)</p><p>　　銅液進(jìn)塔的T為10℃</p><p><b>　　進(jìn)塔氣的T為35℃</b></p><p><b>　?、?銅液用量的計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)銅氨液出塔對(duì)溫度為26.5℃，則銅液對(duì)CO的吸收系數(shù)可以用以下的公式

58、計(jì)算</p><p>　　㏒ɑ =0.283*游離—氨濃液/一價(jià)Cu離子濃度—0.0295t</p><p>　　[NH3] t _—————— 游離氨濃度mol/L</p><p>　　Cu+ —————— 一價(jià)Cu+ 離子濃度 mol/L</p><p>　　T —————— 銅液的溫度℃</p>&

59、lt;p>　　[NH3] t =總NH2—2[Cu+]—4[Cu2+]—{[HAC] —[Cu+]—2[Cu2+]}—[CO]</p><p>　　= [NH3] t —[Cu+]—2[Cu2+]—[HAC] —[CO2]</p><p>　　=9-2.04-2*0.33-2.65-0.96</p><p><b>　　=2.69</b&g

60、t;</p><p>　　㏒ ɑ=（0.283*2.69）/2.04—0.0295*26.5=-0.409</p><p><b>　　ɑ=0.39</b></p><p>　　所以 反應(yīng)平衡時(shí)，1噸銅液溶液吸收的CO的體積Vco </p><p>　　Vco =22.4A *（Pco+ɑ）/[1+ɑPco]=2

61、8.895</p><p>　　其中 A ：銅液中一價(jià)銅離子的濃度mol/L</p><p>　　Pco ：體中Co的分壓</p><p><b>　　ɑ：吸收系數(shù)</b></p><p>　　由于吸收率為70%，所以所須氨的體積數(shù)為：103.25/28.895*0.7=5.104</p><p&g

62、t;<b>　　銅液的質(zhì)量</b></p><p><b>　?。停剑?Ｐ</b></p><p>　　２６.５℃時(shí)銅液密度為1.183kg/L</p><p>　　M銅=1.183*1000*5.104=6038.211</p><p>　?。?）溶液在銅液中的氣量和出塔氣量的計(jì)算由于出塔氣中CO

63、. CO2 O2的量是微量的</p><p><b>　　所以可以忽略不計(jì)</b></p><p>　　設(shè)：在26.5℃時(shí)銅液對(duì)H2 N2 CH4 Ar 的吸收可以近似看成與水中相同</p><p>　　在水中的吸收系數(shù) a H2=0.0174M3/(atm.m3)</p><p>　　a N30.01

64、38 M3/(atm.m3)</p><p>　　a CH40.029 M3/(atm.m3)</p><p>　　a Ar=0.0307 M3/(atm.m3)</p><p>　　V吸收=V銅液*Pn*An</p><p>　　PH2= 12.767×0.7118 = 9.088 MPa = 89.709atm</p

65、><p>　　PN2= 12.767×0.2353= 3.004 MPa = 29.655atm</p><p>　　PCH4= 12.767×0.0.0293= 0.144MPa = 1.424atm</p><p>　　Par= 12.767×0.0307 = 0.028 MPa = 0.277atm</p><

66、;p>　　被吸收的體積 H2： 5.018×89.709×0.0174 = 7.832m3</p><p>　　N2： 5.018×29.655×0.0138 = 2.053m3</p><p>　　CH4： 5.018×1.424×0.0293 =0.213m3</p><p>　　Ar：

67、5.018×0.277×0.0307= 0.043m3</p><p>　　CO 103.250 m3</p><p>　　CO2 8.850 m3</p><p>　　總計(jì)= 7.832＋2.053＋0.213＋0.043+103.250＋8.850 </p><p>　　= 126.543 m3</p>

68、;<p>　　出塔氣的體積 = 2950.00－126.543 = 2823.457m3</p><p><b>　　出塔氣的組成和數(shù)量</b></p><p>　　溶解在銅氨液中的氣體量為：</p><p><b>　　物料衡算</b></p><p><b>　　2.

69、再生部分</b></p><p>　　由于再生過(guò)程中銅液的溫度比吸收時(shí)要高，因此再生時(shí)就會(huì)有部分氨氣和水蒸氣被揮發(fā)出來(lái)，為了保證銅液的吸收能力，再生過(guò)程中應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充水和氨。</p><p>　?。?）已知條件：再生壓力6Kpa(表壓)</p><p>　　回流塔的溫度為50℃</p><p><b>　?。?）物料橫算

70、</b></p><p>　　①進(jìn)入回流塔的銅氨液=出銅洗塔的銅液量</p><p>　?、贜H3和H2O的補(bǔ)充量</p><p>　　用35℃時(shí)NH3和H2O的平衡分壓來(lái)計(jì)算。隨著氣流出再生系統(tǒng)的NH3和H2O量</p><p><b>　　T=35℃</b></p><p>　　l

71、gPNH3=7.896-1850/(273+T)=7.896-1850/(273+35)</p><p><b>　　=1.8895</b></p><p>　　PNH3=77.536mmHg=77.536/(760 *101.325*1000)</p><p>　　=10337.20pa</p><p>　　lgPH2

72、O=8.47-2150/(273+T)=8.47-2150/(273+35)</p><p><b>　　=1.4895</b></p><p>　　PH2O=30.867mmHg=30.867/(760 *101.325*1000)</p><p>　　=4115.26Pa</p><p>　　實(shí)際吸收量是實(shí)際平衡的8

73、0%</p><p>　　∴氣相中NH3和H2O的實(shí)際分壓是</p><p>　　PNH3=10337.20/0.8=12921.44Pa</p><p>　　PH2O=4115.26/0.8=5114.08Pa</p><p>　　再生氣中NH3和H2O的含量</p><p>　　再生壓力=101.325+6=107

74、.325 Kpa</p><p>　　V1/V2=n1/n2=P1/P2</p><p>　　VNH3/ V2=PNH3/ P2</p><p>　　V2是指除了水和氨以外的再生氣的體積。</p><p>　　P2 是指除了水和氨以外的再生氣的壓力。</p><p>　　VNH3= PNH3/P2×V2<

75、;/p><p>　　=(12921.44×126.543)/ (107325-12921.44-5114.08)</p><p><b>　　=18.319m3</b></p><p>　　mNH3=18.319/22.4×17</p><p><b>　　=13.903Kg</b>

76、</p><p>　　VH2O= PH2O/ P2×V2</p><p>　　=(5114.08×126.543) / (107325－12921.44－5114.08)</p><p><b>　　=7.293m3</b></p><p>　　mH2O=7.293 / 22.4×18<

77、;/p><p><b>　　=5.806Kg</b></p><p>　　在再生系統(tǒng)中，應(yīng)加入13.903kg的氨氣和5.860kg的水，才能保證銅液的吸收能力。氨氣在水冷器中加入，水則在氨冷器中加入。</p><p><b>　?、?出料.</b></p><p>　　再生氣量=銅氨液吸收的氣體量+

78、 VNH3+ VH2O</p><p>　　=126.543+18.319+7.293=152.155</p><p>　　再生氣質(zhì)量=155.899+13.903+5.806=175.608</p><p>　　銅氨液量=進(jìn)回流塔的銅液量－再生氣量(不含氨和水)</p><p><b>　　再生部分物料衡算表</b>&

79、lt;/p><p><b>　　三、熱量橫算</b></p><p><b>　　1、銅洗部分</b></p><p>　　Q入=Q出 </p><p>　　Q入=銅液帶入的熱量Q1+脫碳?xì)鈳氲臒崃縌2+CO氣體的吸收熱Q3+CO2氣體的吸收熱Q4 &

80、lt;/p><p>　　(1)物料帶入的熱量</p><p>　　已知:銅液在10℃時(shí)比熱容為3.200KJ /Kmol·℃</p><p>　　氣體在35℃時(shí)比熱容為29.58KJ/Kmol·℃</p><p>　　CO的吸收熱為52754 KJ /Kmol</p><p>　　CO2的吸收熱為701

81、29 KJ /Kmol</p><p>　　Q1=氣體的摩爾數(shù)×比熱×溫度</p><p>　　=(2950×29.58×35) /22.4=136345.313KJ</p><p>　　Q2=銅液的質(zhì)量×比熱×溫度</p><p>　　=6038.211×3.2×

82、;10=193222.752KJ</p><p>　　Q3=CO的摩爾數(shù)×吸收熱</p><p>　　=(103.250×52754)／22.4=243162.969KJ</p><p>　　Q4=8.85 ×70129 / 22.4=27707.217KJ</p><p>　　Q入=Q1+ Q2+ Q3+ Q4

83、=600438.850KJ</p><p>　　(2)物料帶出的熱量</p><p>　　已知：銅液在26.5℃的比熱容為3.195KJ / Kg·℃</p><p>　　精練氣在20℃時(shí)的比熱為29.766 KJ / Kmol·℃</p><p>　　Q5=（6038.211+155.899）×3.195

84、15;26.5=524439.808KJ</p><p>　　Q6=精練氣體積 ×比熱×溫度 / 22.4</p><p>　　=（2950－126.543）×29.766×20.2 / 22.4</p><p>　　=75783.703KJ</p><p>　　Q出= Q5+ Q6</p>

85、<p>　　=600223.513KJ</p><p><b>　　銅洗部分熱量衡算表</b></p><p><b>　　2. 銅液再生部分</b></p><p>　　銅液帶入熱量Q1，Q2為加熱器帶入的熱量Q3為再生后銅液帶出的熱量，Q4為再生氣帶出的熱量 Q5為冷卻水帶走的熱量 ，Q6為氨冷氣帶走的

86、熱量</p><p>　　已知：銅液進(jìn)入?yún)R流塔的溫度為26.5℃，比熱為3.195KJ/Kg·℃</p><p>　　銅液出加熱器時(shí)溫度為78℃，比熱為3.182 KJ/Kg·℃</p><p>　　冷卻水的溫度從32℃換熱后達(dá)38℃</p><p>　　Q1′+ Q2′=Q3′+ Q4′+ Q5′+ Q6′+Q損′<

87、;/p><p><b>　　Q1′的計(jì)算</b></p><p>　　Q1′=出銅洗塔的銅液的熱量=Q5=524654.55KJ</p><p><b>　　Q2′的計(jì)算</b></p><p>　　銅液在再生氣中所具有的熱量=銅液量×比熱×溫度</p><p&g

88、t;　　=（6038.211+155.899—155.899/2）×3.182×78</p><p>　　=1518006.556KJ</p><p>　　Q2 ′=1518006.556—Q1′=993352.004KJ</p><p><b>　　Q3′的計(jì)算</b></p><p>　　Q3′=

89、銅液進(jìn)入銅洗塔的熱量=193222.752KJ</p><p><b>　　Q4′的計(jì)算</b></p><p>　　Q4′=干再生氣帶出熱量+水蒸氣帶出的熱量</p><p>　　∵干再生氣帶出熱量=干再生氣量×比熱×溫度</p><p>　　=（126.543+18.319）×30.81

90、1×35/22.4=6973.974KJ</p><p>　　知：在35℃時(shí)飽和焓為2564.8KJ</p><p>　　∴水蒸氣帶出的熱量=水蒸氣質(zhì)量×焓</p><p>　　=5.806×2564.8=14891.223KJ</p><p>　　得Q4′=6973.974+14891.223=22004.82

91、5KJ</p><p><b>　　Q5′的計(jì)算</b></p><p>　　Q5′=銅液進(jìn)入水冷器在78℃的熱量—銅液出水冷器在53℃的熱量</p><p>　　=銅液量×比熱1×溫度—銅液量×比熱×溫度</p><p>　　=（6038.211—5.806—13.903）

92、15;3.182×78—6018.448×3.188×53</p><p>　　=471165.310KJ</p><p>　　知：32℃水的焓為134.061KJ/kg，38℃水的焓為159.140KJ/kg</p><p>　　∴冷卻水的用量= Q5′ /水的焓變=471165.310/（159.140—134.061） </

93、p><p>　　=18787.245kg</p><p><b>　　Q6′的計(jì)算</b></p><p>　　Q6′=銅液進(jìn)氨冷器的熱量—銅液出氨冷器的熱量=829366.628KJ</p><p>　　知：液氨在30℃的焓為560.529KJ/kg</p><p>　　氣氨在-5℃的焓為1676.

94、353KJ/kg</p><p>　　∴液氨的用量= Q6′/氨的焓變=829366.628/（1676.353—560.529）</p><p>　　=743.277kg</p><p>　　液氨帶走的熱量 = 液氨的用量×液氨的焓變</p><p>　　= 743.277×（1676.353-560.529）= 829

95、366.315kJ</p><p>　?、?熱量損失Q7′的計(jì)算</p><p>　　Q1+Q2= Q3+ Q4+Q5+Q6 +Q7</p><p>　　1518006.55=193222.752+22004.825+471165.310+829366.315+ Q7</p><p>　　Q7 =2247.348</p><

96、;p><b>　　再生部分熱量衡算表</b></p><p><b>　　四、消耗定額的計(jì)算</b></p><p>　　年產(chǎn)5噸合成氨精煉工段的生產(chǎn)能力為6.31噸/小時(shí)計(jì) 6654.78m3/h，所以消耗定額為</p><p>　　通過(guò)物料衡算得每噸氨消耗銅液5.104m3，6038.211kg；消耗脫碳?xì)饬繛?

97、950m3；冷卻水的用量為18787.245kg；液氨的用量為743.277kg。</p><p>　　銅液的消耗定額為：6.31*5.104=32.20624 m3</p><p>　　脫碳?xì)獾南亩~為：6.31*2950=18614.5 m3</p><p>　　冷卻水的消耗定額為：6.31*18787.245=118547.51595 kg=118.548噸

98、</p><p>　　液氨的消耗定額為：6.31*743.277≈4690 kg=4.69噸</p><p>　　第三章 工藝流程圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　《合成氨工學(xué)》 姜圣階 石油化學(xué)工業(yè)出版社</

99、p><p>　　《成氨廠的工藝與操作》 南京化學(xué)工業(yè)公司等 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　《小氮肥工藝操作問答》 江蘇省六合化肥廠 石油化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　《原料氣的凈化工藝與操作》 魯南化肥廠、山東化工設(shè)計(jì)院  化學(xué)工業(yè)出版社</p><p&g