【正文】 1994 年 2 月 l 致謝 本設(shè)計(jì)是在信熙卿老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。 20xx 年 6 月 [7]王博，“四合一”機(jī)組的自控系統(tǒng)及儀表維護(hù)操作。 （ 2）該裝置多臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備借鑒外國先進(jìn)技術(shù)，具有很好的實(shí)用性；完全國產(chǎn)化，不僅節(jié)省了外匯降低了投資，而且打破了國外技術(shù)封鎖，推動(dòng)了民族工業(yè)的發(fā)展。 四合一機(jī)組 2） 機(jī)組主要特點(diǎn) (1) 本機(jī)組采用汽輪機(jī)、 NOx壓縮機(jī)、齒輪箱的聯(lián)合底座，軸流壓縮機(jī)與尾氣透平的聯(lián)合底座，共兩個(gè)聯(lián)合底座。 硝酸“四合一”機(jī)組中，軸流壓縮機(jī)和 NOX 壓縮機(jī)是耗功設(shè)備，汽輪機(jī)和尾氣透平膨脹機(jī)為原動(dòng)機(jī)，共同驅(qū)動(dòng)軸流壓縮機(jī)和 NOX 壓縮機(jī)。 l 吸收塔 （ 1）吸收塔塔板設(shè)計(jì) 32 塊，全部設(shè)有冷卻盤管。G 操作壓力： 裝置設(shè)備分為： 靜設(shè)備部分 DC 類反應(yīng)器 8 臺(tái) EG 類除氧氣 2 臺(tái) FD 類過濾器 12 臺(tái) EA、 ED、 EC 類換熱器 46 臺(tái) FA、 FB 類筒和槽 28 臺(tái) IH 類槽罐 4 臺(tái) FG 類消音器 6 臺(tái) BS、 FJ 類特殊設(shè)備 4 臺(tái) EE 類噴射器 10 臺(tái) 動(dòng)設(shè)備部分 GA 泵類 54 臺(tái) GB101 空壓機(jī) 2 臺(tái) GB102NOX 壓縮機(jī) 2 臺(tái) GT101 尾氣透平機(jī) 2 臺(tái) JE 天車 1 臺(tái) GT102 蒸汽透平機(jī) 2 臺(tái) 氨空混合器 空氣 氨混合器類似文丘里混合器，在器內(nèi)后部設(shè)有前后正反段螺旋葉片，每段為 8 片，與軸線成 30176。而容積系數(shù)大同樣降低生產(chǎn)能力。 NO 氧化的適宜氣體含量 O2 含量（ b） 對(duì) NO 含量（ 2a） ,按化學(xué)計(jì)量時(shí)大大過量的，當(dāng) b/2a＞ 10 時(shí)，此時(shí)也意味著 a 值很小。 溫度與壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響 NO 氧化反應(yīng)為： 2NO+O2=2NO2 +Q 副反應(yīng)為： NO+NO2=N2O3 +Q 2NO2=N2O4 _Q 由實(shí)驗(yàn)獲得的反應(yīng)速度方程式為： dpNO2/dt=k1p2NOpO2— k2p2NO2 式中： k k2 分別為正逆速度常數(shù)。 催化劑的活性 設(shè)計(jì)采用含鉑 90%、鍺 10%的二元催化劑拉成絲，織成網(wǎng)，網(wǎng)直徑采用￠=— 。取氨空氣混合氣體為 1mol,其中氨、氧的起始量分別為 c0、 b0 摩爾分?jǐn)?shù)，設(shè)氨氧 化生成 NO 的氧化度為 a。l 第 3 章 流程分析雙加壓法硝酸工藝 主要反應(yīng)方程式 （ 1）氨和空氣混合在鉑催化劑的作用下生成 NO，此反應(yīng)實(shí)在氧化爐中進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)方程式為： 4NH3+5O2=4NO+6H2O +Q 副反應(yīng)，當(dāng)鉑網(wǎng)溫度過高時(shí)，產(chǎn)生氨的分解： 2NH3=N2+3H2 _Q 當(dāng)鉑網(wǎng)溫度增加和較長時(shí)間的接觸，再促成 NO 的分解和氨的完全氧化。尚有約 1/4 隨廢氣排出，少部沉積在其他設(shè)備和管道中?；罨话阌脷溲婧婵?，使鉑網(wǎng)表面變得 疏松和粗糙，從而增大其反應(yīng)接觸表面。工業(yè)上要求催化劑單位重量的接觸表面積應(yīng)盡可能大，而鉑合金具有較好的延展性和機(jī)械強(qiáng)度，因而工業(yè) 上利用這一特性，都將其拉成細(xì)絲制成網(wǎng)狀。 氨氧化用鉑系催化劑 化學(xué)組成 以純鉑作為氨氧化催化劑，在溫度為 800900℃的操作條件下，純鉑催化活性并不高，且在強(qiáng)大氣流連續(xù)沖擊下鉑表面變得松弛不平，鉑表面疏松的鉑微粒易被氣流帶走。 20xx 年，化二院為山西天脊集團(tuán)（原山西化肥廠）設(shè)計(jì)了一套 902 噸／日（ 100%HNO3）的雙加亞法硝酸裝置，采用ＧＰ工藝，濟(jì)南化肥廠模式，四合一機(jī)組采用德國ＧＨＨ公司制造，其它設(shè)備為國產(chǎn)化，20xx 年底，中石油遼陽化纖公司 350 噸／日雙加壓硝酸裝置進(jìn)入施工階段，全部設(shè)備為國產(chǎn)化， 20xx 年 11 月投料生產(chǎn)。 1978 年 12月 1 日天脊集團(tuán)（原山西化肥廠）與日本東洋工程公司簽定了硝酸裝置成套建設(shè)承包合同，全套引進(jìn)法國 GP 公司雙加壓法硝酸生產(chǎn)專利技術(shù)，其氨氧化壓力為 ，吸收壓力為，生產(chǎn)能力為 902 噸 /日（ 100%HNO3）兩套生產(chǎn)線。所以要多方面兼顧考慮。近幾年來生產(chǎn)中在減少鉑耗和回收方面都采取了有效的措施。前者以前蘇聯(lián)國立氮?dú)庋芯克鞒虨榇?，后者以法國格朗?帕魯瓦斯流程為代表簡(jiǎn)稱 GP 法或稱雙加壓法。前者以伍德、斯塔米卡邦、蒙特l 愛迪生等工藝流程為代表。 常用的硝酸生產(chǎn)工藝 （ 1）常壓法 氨氧化及酸吸收均在常壓下進(jìn)行。當(dāng)時(shí)采用卷成蝸狀鉑箱為催化劑，為了節(jié)約用鉑， 1909 年改為網(wǎng)狀，后又添加少量的銠及鈀以改善其活性，隨后英、美等國相繼采用。雙加壓法生產(chǎn)硝酸的氧化壓力適中，噸酸鉑耗少，吸收壓力高，對(duì)氮的氧化物吸收有利，產(chǎn)酸濃度高，氨耗低，酸尾排放的 NOx 含量低。 H2SO4+2NaNO3=2HNO3+Na2SO4 十九世紀(jì)初發(fā)明電弧法固定氮， 生產(chǎn) NO，再氧化、吸收變?yōu)橄跛?。全球硝酸生產(chǎn)廠家（未含中國大陸）約 345 家，總產(chǎn)能5510055700Kt/a，生產(chǎn)方法以高壓法和雙加壓法為主。 （ 2）全壓法 氨氧化和吸收均在加壓下進(jìn)行。但氨氧化率比常壓法稍低，而且鉑耗較大。氨的消耗是主要的指標(biāo)，它占生產(chǎn)成本的 90%左右，提高氨的利用率是有極大意義的，理論上一噸成品酸需消耗氨為 ，實(shí)際上由于氨的轉(zhuǎn)化率和吸收率達(dá)不到 100%，液氨的純度也達(dá)不到 100%這樣實(shí)際上氨耗應(yīng)比理論值大，一般在 280300Kg/t。在流程中多設(shè)置一些原料凈化設(shè)備和熱能回收設(shè)備，雖增加了投資費(fèi)用，但能提高氨的轉(zhuǎn)化率和回收了能量，仍是合理的。我國現(xiàn)已運(yùn)行的雙加壓法稀硝酸裝置共二十套裝置，年生產(chǎn)量已達(dá) 280 萬噸，占我國硝酸總產(chǎn)量的 45%，成為各種硝酸生產(chǎn)工藝中，產(chǎn)量最大，技術(shù)含量最高的硝酸生產(chǎn)工藝。 1996 年，化二院為云南云峰化學(xué)工業(yè)公司設(shè)計(jì)了第二套 350 噸／日（ 100%HNO3）的雙加壓法硝酸裝置，與濟(jì)南化肥廠硝酸裝置基本相同，四合一機(jī)組采用我國陜鼓集團(tuán)公司制造，真正實(shí)現(xiàn)了雙加壓法硝酸設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、安裝調(diào)試的國產(chǎn)化。 空氣過濾室分為三級(jí)： 第一級(jí)過濾器： 型式 自動(dòng)卷簾式空氣過濾器 尺寸 寬度 米、凈高 米 并排數(shù) 7 個(gè) 風(fēng)量 350000N 立方米每小時(shí) 壓力降 過濾效率 45% 電機(jī) 第二級(jí)過濾器 型式 袋式空氣過濾器 風(fēng)量 304000N 立方米每小時(shí) 壓力降 過濾效率 88% 第三級(jí)過濾器 型式 箱式空氣過濾器 風(fēng)量 240000N 立方米每小時(shí) 壓力降 1225mmH2O 過濾效率 % l 對(duì)水的要求： 冷卻水要求最高 在 45℃不至于形成結(jié)垢物的各種組分和形成易侵蝕鐵或合金鋼的各種成分及產(chǎn)生腐蝕的鹽類，其指標(biāo)控制范圍：固體懸浮物： 1020ppm、 PH 值 7氯化物 80ppm 氨催化劑 通過大量催化劑篩選試驗(yàn)，至今可供工業(yè)使用的選 擇性良好的催化劑歸納起來有兩大類：一是鉑系列催化劑，二是以鐵、鈷、鉻等金屬的非鉑催化劑。例如采用含鈀在 50%以下、銠 10%以下，并摻入釷 %的鉑合金。 空氣中不純物的含量如氣態(tài)氯、溴、硫、 的活化、中毒及再生 新的鉑網(wǎng)表面光滑且有彈性，使用時(shí)不能立即獲得高的 NO，需經(jīng)一段活化時(shí)間才能提高。一般在常壓下氨氧化溫度出常取為 800℃，l 而加壓下為 880℃左右。l 同時(shí)在軸頸上形成一層油膜，使軸頸與軸承之間不是直接摩擦，因而減少了摩擦阻力。 氨分子向鉑網(wǎng)表面擴(kuò)散的時(shí)間為： t=A2/2D 其中， A—— 氨分子擴(kuò)散途徑的平均長度 D—— 氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) 由此求得的擴(kuò)散時(shí)間 t 與氨空氣混合氣體通過鉑網(wǎng)自由空間的時(shí)間、或稱接觸時(shí)間甚為接近。 混合氣中氨的濃度 氨氣在空氣中混合氣體爆炸極限為：上限 %，下線 %，在實(shí)際生產(chǎn)中采用養(yǎng)過量的氨空比，因此氨空混合氣中氨的濃度應(yīng)控制在 9— 11%，最佳的氨氧比為 O2：NH3=— 。 三級(jí)過濾器： 級(jí)數(shù) 類型 過濾壓差 效率 一 卷簾過濾器 5— 12mmH2O 45% 二 袋式過濾器 — 89% 三 箱式過濾器 12— 25mmH2O % 液氨的雜質(zhì)“壓縮機(jī)油、催化劑粉末、鐵銹。 壓力對(duì) NO 氧化空間的影響 設(shè)氣體的出口溫度為 T0，氣體的流量為 V0，在反應(yīng)瞬間，反應(yīng)為 T,流量為 Vg反應(yīng)過程分子數(shù)減少， Vg與 V0 的關(guān)系如下： Vg= V0（ 1— ar） T/ T0 當(dāng)反應(yīng)氣體通過一個(gè)微元 dV 時(shí)，有下列關(guān)系： dV=Vgdt 積分后有： V=∫ t0Vgdt 由以上可得： VKpp2T0=V0∫ a0(1— ar)T/(1— r)2(b— ar) 由于 1— ar≈ 1,溫度變化不大， T≈ T0，則上式可簡(jiǎn)化為： V≈ V0t 即氧化空間 V 與流量 V0 及時(shí)間 t 成正比。 吸收反應(yīng)機(jī)理及影響因素 氧化物中能與水進(jìn)行的吸收反應(yīng)如下式： 2NO+H2O=HNO3+HNO2 N2O4+H2O=HNO3+HNO2 N2O3+H2O=2HNO2 工業(yè)上實(shí)際 N2O3 含量很少的，而亞硝酸性質(zhì)較活潑是很不穩(wěn)定的，只有在溫度低于 0攝氏度而且濃度極小時(shí)才能穩(wěn)定存在。在 20xx 年晉開化工集團(tuán)又引進(jìn)三套國產(chǎn)化雙加壓，成為國內(nèi)最大的硝酸生產(chǎn)基地。為了保證設(shè)備效果，要求嚴(yán)格按圖紙尺寸制作，孔的公差要求 φ4177。塔板上有 1～ 5 層冷卻盤管，塔體在頂部、中部、下部開有三個(gè)人孔，但塔內(nèi)篩板上每層都開有人孔，以便檢修之用。3mm范圍。 尾氣透平膨脹機(jī)為軸流式結(jié)構(gòu)，第一級(jí)靜葉可調(diào)，可適應(yīng)不同工況點(diǎn)的操作，使膨脹機(jī)處于高效運(yùn)行區(qū)。∕ h（干） 進(jìn)氣溫度： 28℃ 相對(duì)濕度： 81% 進(jìn)氣壓力： (A) 排氣壓力： (A) 工作轉(zhuǎn)速： 5825r∕ min 軸 功 率： 12115kw