【正文】 物性數(shù)據(jù) 由公式 ρ=A+BT+CT2+D3+ET4 其中 T 單位為 K，其中 常數(shù)為 ： 表 常數(shù)列表 [24] A B C D E 氨 105 103 105 108 水 103 106 —— 精餾段工藝條件 精餾段液體的平均密度 ? L=x0ρA+ (1 x0 )ρB=+=(kg/m3) 精餾段氣體的密度 ρ= ?RTPM ??? (kg/m3) （ 38） 精餾段氣體的體積流量 VV= ??3600VM ?? ?(m3/s) （ 39） 精餾段液體的體積流量 VL=?3600LM= 6108 4 9 83 6 0 0 170 1 ???? ? (m3/s) 提溜段工藝條件 液相 平均摩爾質(zhì)量 ： M39。39。 =L+qF=+1=(kmol/h) 氣相 V39。塔頂及塔底產(chǎn)品的揮發(fā)度 WD ??、 分別計算結(jié)果如下。 F、 D、 W 分別 原料液及塔頂液、塔底液的摩爾 流 量 ， kmol/h。 下圖就是氨回收系統(tǒng)工藝流程 圖，其中 T1002 代表氣氨吸收塔， E1002 代表換熱器，E1003 代表水冷器， E1004 釜殘液冷卻器， E10105 代表精餾塔塔底再沸器， T1003 代表氨 9 回收精餾塔， E1006 代表精餾塔塔頂冷凝器， V1003 代表液氨儲槽， P1001A 和 P1001B分別代表兩個并聯(lián)的循環(huán)泵， P1002 代表外送泵， V1002A 和 V1002B 分別代表兩個并聯(lián)的氨水儲槽， P1003A 和 P1003B 分別代表兩個并聯(lián)的回流泵。在塔內(nèi)自上而下與再沸器出來升騰的蒸汽逆流接觸，氨水中的氨經(jīng)過塔板逐漸被提取變成純度很高的氣氨，由精餾塔頂部出來進入塔頂冷凝器管間，氣氨被冷凝成液氨回收至塔頂液氨貯槽內(nèi)，貯槽內(nèi)的合格液氨一部分由泵送至精餾塔頂回流，以控制塔頂溫度。 . 氮化鎂 與水反應(yīng)： Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑ 在 放電 條件下，氮氣才可以和氧氣化合生成 一氧化氮 ： N2+O2=2NO 一氧化氮 與氧氣迅速化合，生成 二氧化氮 2NO+O2=2NO2 N2 與 金屬 鋰在 常溫 下就可直接反應(yīng) ： 6 Li + N2=2 Li3N N2與鎂條反應(yīng)： 3Mg+ N2=Mg3 N2 N2與 氫氣 反應(yīng)制 氨氣 ： N2+3H2=2NH3（可 逆 ） 氨回收工藝流程 氨回收精餾塔的 生產(chǎn)任務(wù)是將中繼槽的貯槽氣和液氨球罐的貯罐氣進行回收做成濃氨水，吸收氨后的尾氣并入燃燒氣管網(wǎng)，同時負責將氨水中的氨提純?yōu)楹细竦囊喊碑a(chǎn)品輸送至液氨球罐。在圖中唯一的一個比 N2分子值低的是 NH4+離子。其他物理性 如下 [20]： 化學式 N2 相對分子質(zhì)量 熔點 ， 210℃ 英文名稱 Nitrogen 沸點， （ 1atm） 時 ， ℃ 臨界溫度 ， ℃ 臨界壓力 ， ， 臨界體積 臨界密度 8 （ 2）化學性質(zhì) [20]： 由氮元素的氧化態(tài) 吉布斯自由能圖也可以看出，除了 NH4+離子外， 氧化數(shù) 為 0的 N2分子在圖中曲線的最低點，這表明相對于其它氧化數(shù)的氮的化合物來講， N2是熱力學穩(wěn)定狀態(tài)。氮氣是難液化的氣體 ， 氮氣在極低溫下會液化成無色液體，進一步降低溫度時，更會形成白色晶狀 固體 。 ① 可燃性 (可在氧氣中或氯氣中燃燒 ) 2H2+O2=2H2O（ 化合反應(yīng)） (點燃不純的氫氣要發(fā)生爆炸 ,點燃氫氣前必須驗純 ) H2+Cl2 =2HCl（化合反應(yīng)） ② 還原性 (使某些金屬氧化物還原 ) H2+CuO=Cu+H2O（置換反應(yīng)） 氮氣 （ 1） 物理性質(zhì)： 氮 在常況下是一種無色無味的氣體，且通常無毒。 其化學性質(zhì)與 普通氫完全相同 ， 但質(zhì)量大些， 反應(yīng)速度小一些。 分子式： H2 沸點： ℃ （ ) 熔點： ℃ 密度： kg/m3 7 相對分子質(zhì)量： 液體密度（平衡狀態(tài)， ℃ ）： 169kg/m3 氣體密度 （ ， 0℃ ）： 重氫在常溫常壓下為無色無嗅無毒可燃性氣體，是普通氫的一種穩(wěn)定同位素。 (1)物理性質(zhì) [19]： 無 色無味的氣體，標準狀況下密度是 /升 (最輕的氣體 )，難溶于水。金屬鈀對氫氣的吸附作用最強。但當條件改變時（如點燃、加熱、使用 催化劑 等），情況就不同了。另外，在 101千帕壓強下，溫度 ℃ 時，氫氣可轉(zhuǎn)變成無色的液體； ℃ 時，變成雪狀固體。標準狀況下，1升氫氣的質(zhì)量是 ，相同體積比空氣輕得多）。另一種形式是氨以它的氨基或亞氨基取代其他化合物中的原子或基團，例如； COCl2+4NH3= CO(NH2)2+2NH4Cl HgCl2+2NH3=Hg(NH2) Cl +NH4Cl 這種反應(yīng)與 水解反應(yīng) 相類似，實際上是氨參與的 復分解反應(yīng) ，故稱為氨解反應(yīng)。 NH3+HNO3 = NH4NO3 NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 反應(yīng)實質(zhì)是氨分子中氮原子的孤對電子跟 溶液里具有空軌道的氫離子通過 配位鍵 而結(jié)合成離子晶體。 ② 實驗室用它與鋁鹽溶液反應(yīng)制 氫氧化鋁 。 (2)氨 產(chǎn)品 化學名稱： 氨氣 分子式： NH3 分子量 ： (3)物理性質(zhì) [18]： 氨氣在標準狀況下的 密度 為 ： 臨界點 133℃ ， 蒸汽壓 (℃ ) 熔點 ℃ 沸點 (1atm) ℃ 溶解性： 極易溶于水 (1:700) 臨界溫度 ， ℃ （ 4） 化學性質(zhì) [18]： 氨在水中的反應(yīng)可表示為： NH3+H2O=NH3 5 第 2章 合成氨尾氣處理氨回收工藝 產(chǎn)品及原料性能 氨 (1)生產(chǎn)規(guī)模 本裝置以 稀氨水 為原料，通過 蒸氨精餾塔提煉出純度較高的液氨?，F(xiàn)今所有的合成氨消費中，只有 13％ 是用在化學和工業(yè)應(yīng)用上，其他 87％ 都用于生產(chǎn)化肥 [17]。 固氮酶的生物化學和化學模擬工作已取得一定的進展，這必將有力地推動絡(luò)合催化的研究，特別是對尋找催化效率高的合成氨催化劑，將是一個有力的促進。所以，穩(wěn)定的雙氮基絡(luò)合物一般在溫和條件下通過化學還原劑的作用只能析出 N2，從不穩(wěn)定的雙氮絡(luò)合物還原制出的 NH3 的量相當微少。它是提供 H+來和負價的 N結(jié)合，生成 NH3。它是用某些過渡金屬的有機絡(luò)合物去絡(luò)合 N2，使它的化學鍵削弱； 4 (2)還原過程。我國有兩個研究組于 1973— 1974 年間，不約而同 地提出了含鉬鐵的三核、四核活性中心模型，能較好地解釋固氮酶的一系列性能，但其結(jié)構(gòu)細節(jié)還有待根據(jù)新的實驗結(jié)果精確化[15]。關(guān)于活性中心的結(jié)構(gòu)有多種看法，目前尚無定論。固氮酶由鐵蛋白和鉬鐵蛋白這兩種含過渡金屬的蛋白質(zhì)組合而成。 由于生態(tài)和環(huán)保的原因，今后發(fā)達國家化肥用量將減少， 世界合成氨生產(chǎn)能力將緩慢增長。 國外合成氨的發(fā)展 近 幾年來，世界合成氨工業(yè)的技術(shù)進展主要有以下幾方面： 英國 ICI 公司采用 LCA 工藝流程，在英國的 SevernsNe 氨廠建了兩套并列的產(chǎn)量各為 450噸／天，但只有一套公用工程系統(tǒng)的合成氨裝置 [11] 。經(jīng)甲醇洗 （ Rectisol ）脫除 CO2和 H2S，再經(jīng)液氮洗脫除微量 CO、 CO2及其它雜質(zhì)，配以 N2制成純凈的凈化合成氣去氨合成工序。 水煤漿氣化工藝路線 3 美國德士古水煤漿氣化技術(shù)是較完善的煤氣化技術(shù)，其氣化溫度高達 1350～ 1450 ℃ ，氣化壓力從 3. 92MPa 到 6. 37MPa 。 我國油、氣資源少，煤炭資源豐富，隨著科技的進步以煤為原料的氨廠仍有發(fā)展前景。我國自 行設(shè)計和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn) 30 萬噸氮肥的大型化肥廠。 1949 年全國氮肥產(chǎn)量僅 萬噸，而 1982 年達到 萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一 [8]。經(jīng)過近百年的發(fā)展，合成氨技術(shù)趨于成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但都是由三個基本部分組成 [6]，即原料氣制備過程、凈化過程以及氨合成過程。反應(yīng)過程中為解決氫氣和氮氣合成轉(zhuǎn)化率低的問題，將氨產(chǎn)品從合成反應(yīng)后的氣體中分離出來，未反應(yīng)氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應(yīng)。于 1908 年申請專利，即“循環(huán)法”，在此基礎(chǔ)上，他繼續(xù)研究，于 1909 年改進了合成，氨的含量達到 6%以上。液氨常用作制冷劑。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％ [4]。世界上的氨除少量從焦爐氣中回收外，絕大部分是合成的氨。 2 第 1章 合成氨的生產(chǎn)與發(fā)展狀況 合成氨的概述 合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨?；厥瞻庇须p重意義，首先可將氨制成化肥，其次從凈化的觀點出發(fā)，防止以氨為媒介的腐蝕性介質(zhì)造成設(shè)備的嚴重腐蝕。可見，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸 氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料，還可以將氨加工制成各種含氮復合肥料。化肥是農(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，除氨水外，諸如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥都是以氨為原料生產(chǎn)的。 %of the bottom and the products。操作條件 ： 年工作 330 天 ， 每天24 小時 ， 總工作時間 為 24 330=7920 小時 。根據(jù)熱力學定律，對 某些設(shè) 備進行熱量衡算，對設(shè)備理論上進行了計算及選擇，使設(shè)備滿足設(shè)計要求，達到所需要的工藝條件。 氨回收裝置是為了適應(yīng)氨合成工序的工藝需要，回收利用有效成分，實現(xiàn)零排放等要求特設(shè)的配套裝置。 990t/a 氨回收裝置精餾塔的設(shè)計與研究 The Design and Study of 990t/a Ammonia Recover Unit of The Rectifying Column 目 錄 摘要 ................................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................................II 引言 ................................................................................................................................................ 1 第 1 章 合成氨的生產(chǎn)與發(fā)展狀況 ..................................................................................... 2 合成氨的概述 ................................................................................................................... 2 合成氨的化學反應(yīng) .......................