【精品】合成染料尾气氨氢回收工艺设计

【精品】合成染料尾气氨氢回收工艺设计 南京工业大学 化学化工学院 《化工过程与工艺设计》设计题目 合成染料尾气氨氢回收工艺设计学生姓名 xxxx 班级、学号 0000指导教师姓名 xxxxx设计时间 2011 年 6 月 13 日- 2011 年 7 月 2 日课程设计成绩(五级分制):设计说明书、计算书及设计图纸质量，70独立工作能力、综合能力及设计过程表现，20设计答辩及回答问题情况，10设计最终成绩(百分制) 指导教师签字 化学化工学院 课程名称 化工过程与工艺设计 设计题目 染料尾气氨气回收工艺设计 学生姓名 lotus 专业 化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与工艺 班级学号 00000 设计日期 2011 年 6 月 13 日至 2011 年 7 月 2 日设计条件:某染料生产工艺中排出的尾气为含氨混合气: 其中含空气 10，苯胺 1 ，饱和水汽，其余为氨 组成均为摩尔分率 温度在 40,60?之间，常压，氨气量 2500 吨/年设计任务: 1. 拟回收其中的氨， 回收率 ? 90 纯度?99.8 2. 排放尾气含氨不大于 2g/m3其他设计条件:公用蒸汽压强 ，循环冷却水 30? 0.5MPa(表) 指导教师 xxx 2011 年 6 月 5 日 目 录前 言……………………………………………………………………………………5第一 部分 设计说明书………………………………………………………………6第一章概述………………………………………………………… …………6 1.1 设计方案的确定……………………………………………………………… 6 1.1.1 吸收剂的选……………………………………………………………… 6 1.1.2 流程选择以及其说明…………………………………………………… 6 1.1.3 填料的选择……………………………………………………………… 8 1.2 设计方案的特点……………………………………………………………… 9第二章 原料与产品的性质…………………………………………………………9 2.1 原料规格……………………………………………………………………… 9 2.2 产品规格……………………………………………………………………….9第三章 工艺流程叙述………………………………………………………………9 3.1 工艺流程简介………………………………………………………………… 9 3.2 工艺流程简图…………………………………………………………………10第四章 安全和工业卫生………………………………………………………… 11 4.1 氨气安全技术…………………………………………………………………11第五章 三废排放及治理方案…………………………………………………… 12第六章 车间定员………………………………………………………………….12第七章 主要设备………………………………………………………………….13第二部分 设计计算书…………………………………………………………… 14第一章 物料衡算…………………………………………………………………14 1.1 进料组成和条件………………………………………………………………14 1.2 总的物料衡算…………………………………………………………………14 1.3 吸收塔物料衡算…………………………………………………………… .15 1.3.1 吸收塔的原理……………………………………………………………15 1.3.2 吸收塔 T101 物料衡算………………………………………………… 15 1.4 闪蒸罐 V108 物料衡算……………………………………………………….18 1.4.1 闪蒸罐的作用……………………………………………………………18 1.4.2 V108 的物料衡算……………………………………………………… 18 1.5 粗精馏塔 T102 的物料 衡算 …………………………………………………19 1.5.1 条件要 求…………………………………………………………………20 1.6 精馏塔 T103 的物料衡算…………………………………………………….21 第二章 热量衡算…………………………………………………………………22 2.1 稀氨水换热 ………………………………………………………………….22 2.2 稀粗氨水换热 E102………………………………………………………… 23 2.3 氨气冷凝器 E103…………………………………………………………… 23 2.4 水冷凝器 E10…………………………………………………………………24第三章 设备设计选型…………………………………………………………… 25 3.1 换热器的设计和选型…………………………………………………………25 3.1.1 设计条件…………………………………………………………………25 3.1.2 估算换热面积……………………………………………………………25 3.1.3 计算流体阻力……………………………………………………………28 3.1.4 计算传热系数及校核传热面积…………………………………………29 3.2 填料吸收塔的设计选型………………………………………………………30 3.2.1 设计方案的确定 ……………………………………………………… 30 3.2.2 填料的选择………………………………………………………………30 3.2.3 基础物性数据……………………………………………………………30 3.2.4 填料塔的工艺尺寸计算 附 …………………………………………………31第三部分 录……………………………………………………………………34 3.1 主要参考文献及设计手册…………………………………………………34 3 .2 设计体会………………………………………………………………3 4第四部分 图 纸……………………………………………………………………36一 工艺流程图………………………………………………………………………36二 设备平面布置图…………………………………………………………………37三 设备立面布置图…………………………………………………………………38 前言 靛蓝生产中氨气主要作为一种中间原料使用，并在不同工段排放，本流程涉及的靛蓝生产过程中有三处氨气气体排放: 1、钾钠盐合成工段的排放为间歇过程，含氨气、水、空气和其他少量杂质，常压。 2、钠胺反应尾气主要为含氨氢混合气，平均含氨气 25，含氢气 75，常压。 3、碱融过程放出氨气，总排放量约为 8 吨氨/天，现有装置已将其压缩冷却为常温液氨。 三处的排放比例约为 2.05:1:3.51，其排放总量约为 5450 吨/年，可见其量相当可观。 由靛蓝生产产生的尾气回收氨的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 一般有下述几类:第一类是通过压缩冷 ，或凝得到液氨并与不凝性气体分离，该类方法适用于高压流程(氨分压较高)者用于容易与混合物中其他成分分离的场合。第二类是用吸附的方法提纯氨气，由吸附的特点可知，该方法一般用于氨分压很低，或者含很少杂质的场合。第三类是吸收结合精馏的方法，先将氨成分吸收再经过精馏得到纯氨。这类方法要想得到高效分离，一般要求有较高的热源，或者要通过冰 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 冷，产生冷却介质来冷却气氨用作精馏塔的回流。 由于靛蓝生产过程为间歇操作，各步骤排放物的浓度、温度和流量的变化大，且成分复杂。排放气中既有含氢流股，也有含氧气流股，要避免形成爆炸混合物。此外，中小企业公用蒸汽的压强较低并不够稳定。这些因素都为高效稳定地回收氨氢，并和反应过程良好的匹配带来了一定 难度。故相当多染料企业将上述尾气直接排放，导致对大气或水源的严重污染。 本课题来源企业是国内靛蓝生产的两大企业之一，要求对原流程进行节能减排和环保改造，将不同工段排放的尾气进行综合设计，得到?99.8 的氨气，使氨气在过程中得到循环使用，既可大量节省原料费用，也从根本上净化了尾气减少了大气污染。同时还可得到较纯的氢气用做燃料(或做合成原料备选)。通过这一流程可达到减排、节能和增效的效果，是一种新的靛蓝生产的绿色工艺路线。 化工过程与工艺设计是化工专业课程设计中的一个重要的实践性教学环节，也是化工专业学生较为全面的机械设计训练。结合相应的书本理论基础，包括物理化学、化工原理、化工热力学、化工分离、传递过程、反应工程以及化工工艺学。化工过程与工艺设计的目的是使我们了解化工设计在生产、科研和基本建设中的地位及作用，基本掌握化工设计的基本程序、内容和方法，也将学过的理论知识与生产实际相结合，提高 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 问题和解决问题的能力，尤其是工程设计的能力。一要掌握化工设计的基本程序、内容和方法、物料衡算、热量衡算、工艺条件的选取及设备的工艺设计和计算能力。二要完成一个完整的工程工艺设计，提高自身分析问题和解决问题的能力，基本具备编制设计说明书，CAD 绘图和工程设计方法和步骤的能力。三要将理论知识与生产实际相结合，运用化工新技术、信工艺解决实际问题的能力。 第一部分 设计说明书 第一章 概述1.1 设计方案的确定1.1.1 吸收剂的选择 吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。 1溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。 2选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力，而对混合气体中其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效分离。 3挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。 4黏度 吸收剂在操作温度下的黏度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。 5其他 所选用的吸占劣 】赡苈 阄薅拘浴?薷 葱裕 灰兹家妆 ?环?荨? 愕汀?哿 椎靡约盎 灾饰榷ǖ纫 蟆?吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。1.1.2 流程选择及流程说明 吸收装置的流程主要有以下几种: 1逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。 2并流操作 气、液两相均从塔顶流向，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况:当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大;易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全;吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 3吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下操作:当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数 m 值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应当指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。 4 多塔串联操作 若设计的填料层高裙 螅 蛴捎谒 砦锪系仍 蛐杈 ,謇硖盍希 阌谖 蓿 砂烟盍喜惴肿霸诩父龃 乃 冢 扛鑫 账 ü 奈 占梁推 辶慷枷嗟龋 次 嗨 僮鳌,酥植僮饕蛩 谛枇艚洗罂占洌 湟骸?缌堋?С虐宓雀ㄖ 爸迷黾樱 股璞竿蹲始哟蟆?5串联-并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小(否则易引起塔的液泛)，塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程;若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。 列出几种常见的吸收过程如下图一。 (a)并流 (b)逆流 图一 吸收方式 用水吸收 NH3 属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本设计选用逆流吸收流程。 该填料塔中，氨气和空气混合气体，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。 本次设计结合靛蓝生产的工艺特点，综合使用压缩和吸收精馏方案来实现氨气的回收，其实现方式如下: 对钾钠盐合成过程的尾气(含氨气、空气、水气、苯胺，氨气、氢气)，本工艺采用吸收和精馏的联合操作进行净化回收。本吸收流程的特点是将吸收塔分两段，下段用循环的常温工艺水，上段采用低温工艺水。其中低温工艺水是利用液氨在重沸器中气化产生的冷量将常温工艺水冷却至低于 15?制得。而液氨则来自前述由碱熔尾气回收所得。H1 中气化温度控制在 0? ?之间，气化氨的压强为 0.3 0.4 MPa表压，产生的气氨与精馏得到的气氨一起7 用做制取钠胺的反应物，每 100kg 水从 40?降低到 15?时氨汽化量为 7.6kg，通过低温工艺水的流量可以调节氨的气化量，以适应间歇生产的气氨用量变化。 3、通过两塔精馏来回收稀氨水中的氨，本精馏流程的特色在于直接用液氨闪蒸罐C2的液氨作为精馏塔的回流液，这样做有三个目的: ?便于快速改变回流液量，以适应过程可能的波动，保证回收的气氨浓度达标。 ?比较设置塔顶冷凝器的间接冷却过程，直接液氨回流节省了冷凝器的投资。 ?避免了使用冰机制冷或用氨间接冷却时损失的温度差。 ?增大了液氨闪蒸灌(C3)中液体的置换，避免了可能的杂质积累。 ?增大 T4 中液氨回流并相应加大 T3 送来的浓蒸汽量，可以相应增大气氨的产量以满足生产需要。1.1.3 塔填料选择 塔填料(简称为填料)是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔内件一起决定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。 塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值 D/d。 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑一下几个方面:传质效率，通量，填料层的压降，填料的操作性能，同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度变化。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。 填料种类很多，根据填料方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料又分为1拉西环填料 2鲍尔环填料 3阶梯环填料 4弧鞍填料 5矩鞍填料 6环矩鞍填料。规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类， 可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。 本课题选用 50mm 聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数查表得:比表面积 a:114.2 m 2 / m 3 空隙率 ε :0.927干填料因子 Φ : 143.1m 11.2 设计方案的特点: 一、对靛蓝生产排放的废气分别采用直接压缩和吸收精馏的两条线，并将回收的氨集中处理和供氨。通过氨回收，靛蓝生产过程可实现氨的循环使用，使过程大大减少或不再补充外部氨。过程操作弹性大，也简化了钠氨岗位用氨的操作。 二、通过重沸器H1冷却常温工艺水，使塔顶获得低温工艺水，进而使塔顶排放的氨浓度大大降低，保证了净化效果。本过程不必再另外补充新鲜水，减少了软水消耗和废液的排放。同时通过汽化量的调节，可以改变气氨的供应量，该系统适合靛蓝生产各工段间歇生产的特点。 三、精馏塔顶用液氨喷淋取代塔顶冷凝器进行氨的精馏。该方法简化了冷却系统，特别是当操作压力较低时，节省了冰机的使用，降低压缩功耗。同时，容易配合钠氨岗位的生产，调节产出的气氨。 第二章 原料与产品的性质2.1 原料规格 (1) 从钠胺岗位排出的空气/氨气混合气:(含空气 10,，苯胺 5,，饱和水蒸气，其余为氨气)，温度?400?， 2500 吨/年。 (2)公用蒸汽压强:0.5MPa表。循环冷压力 0.010.05MPa，总气量 却水 30?2.2 产品规格 1、 回收尾气中的氨:回收率 ? 90 纯度?99.8，压强不小于 0.2MPa 第三章 工艺流程叙述 钠胺反应的尾气，通过风机送入吸收塔，操作压强为 0 0.5Mpa(表压)，含氨浓度在 8 50 之间。 通过常温工艺水和低温工艺水的两段吸收，氨吸收率?99，G1 被净化成为含氢浓度 ?99.9 的氢气，含氨小于 80ppm，可直接用作燃料或进一步精制成高纯氢。 两塔吸收获得的稀氨水送入稀氨水储罐合并，含氨浓度在 2 8之间。尽管间歇过程来气量和浓度都有变化，所采用的吸收流程完全满足 T1 的直接排放和 T2 氢回收的浓度要求，两塔氨的回收率都大于 99。将稀氨水储罐中的稀氨水通过预热器被粗馏塔的塔底出液加热，再进粗馏塔中。离开粗馏塔顶部的气体进入塔顶分凝器中，气体发生部分冷凝，凝液作为粗馏塔回流。离开分凝器的浓氨气温度范围为 60110?(可由冷却水量和蒸汽压力调节)，送入精馏塔(T3)底部。粗馏塔底部通入直接蒸汽，压强范围 0.15 0.6Mpa。粗馏塔排出液用做循环工艺水，含氨约为 0.03， 通过 预热器、水冷器后，温度降至不大于 40?，进入工艺水储罐。 离开分凝器的浓氨气与精馏塔顶部流下的液体通过精馏作用，在塔顶得到纯氨气(浓度?99.9)。3.2 工艺流程简图见图二 冷却水器 粗 精 吸 冷却水器 馏 馏 收 塔 塔 塔 工艺水 氨水预热器 储罐 吸收塔 稀氨水 储罐 浓氨水循环泵 稀氨水泵 图二 工艺流程简图 第四章 安全与工业卫生4.1 氨气安全技术 氨气无色有刺激性恶臭的气味，熔点-77.7?，沸点-33.5?，自燃温度651?，爆炸下限 15.7，爆炸上限 27.4，易溶于水、乙醇、乙醚。氨气分子式NH3，摩尔质量为 17g/mol氨分子是三角锥形结构没有对称性，密度比空气小，且ρ氨气:ρ空气17:19，氨气可以与水、氯化氢等物质反应。氨气可用于制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱、合成纤维、塑料、染料等重要原料，也可以作制冷剂。氨气是一种清洁的可燃气体。作为一种燃料，氨气有三大局限性。第一，氨气本身是一种污染性气体，如果储藏不善泄漏出去，会危害人体健康，对人体的皮肤、呼吸系统和神经系统造成损伤，吸入过多甚至有丧命之忧;第二，制造氨气的成本太高，目前工业上制造氨气是在高温高压的条件下，利用催化剂把氮气和氢气合成氨气;第三，氨气在空气中不能燃烧，需要在纯氧中才能燃烧。在氨气的三大局限性中，最困难的是如何降低制造成本。要降低制造成本，则需要技术上的突破。 危害性概述: 属危害性类别第 2.3 类，有毒气体。低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解坏死引起化学性肺炎及灼伤。急性中毒:轻度者表现为皮肤、粘膜的刺激反应，出现鼻炎，咽炎，气管及支气管炎，可有角膜及皮肤灼伤。重度者出现喉头水肿，声门狭窄，呼吸道粘膜细胞脱落，气道阻塞即窒息。如氨溅入眼内，可致晶体混浊，角膜穿孔，甚至失明。氨对周围环境有不利的危害，应严防氨泄漏。氨与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火，高热能引起燃烧爆炸。与氧、.