合成氨裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、目錄第一章概述2一、精煉工段的任務(wù) 2二、工藝方法的選擇 3（1）銅氨液洗滌法3（2 ）甲烷化法3（3）液氮洗滌法3三、銅氨液洗滌法的吸收原理 41銅液的組成42銅液吸收原理43銅液的再生原理6四、銅洗操作和銅液再生工藝條件的選擇 6（一）銅洗部分6（二）再生部分8五、銅液的制備9六、生產(chǎn)制度：10七、原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 10第二章物料衡算和熱量衡算 11一、工藝計(jì)算11二、物料衡算121銅洗部分122.再生部分15三、熱量橫算181、銅洗部分182銅液再生部分20四、消耗定額的計(jì)算 22第三章 工藝流程圖23年產(chǎn)5萬噸合成氨裝置精煉工段的設(shè)計(jì)摘要：精煉工序是合成氨生產(chǎn)裝置中一個(gè)非常重要

2、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CQ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)過脫硫、變換、脫碳凈化后仍然具有較高含量的CO CO、H2S及Q和，對(duì)合成工序催化劑依然具有毒性，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，并通過物料衡算和熱量衡算確定了工藝過程中的消耗定額。關(guān)鍵字：精煉、銅液、吸收、游離氨、CO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)5萬噸合成氨裝置中的一個(gè)工序。 采用方法是原料煤通過固

3、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(C0W.1% CO2 <0.2% 其目的是去除原料氣中少量的 CO、CO2、H2S及02。 正文設(shè)計(jì)說明書第一章概述本設(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)5萬噸合成氨裝置中的一個(gè)工序。采用方法是原料煤通過固定 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&l

4、t;3.1% CO2<0.2%其目的是去除原料氣中少量的 CO、C02、H2S 及 02、精煉工段的任務(wù) 0.1%0.2%的C02,0.1%0.2%的02和微量的H2S等有害氣體，如果不徹底去除， 就會(huì)使氨合成催化劑中毒。因此，精煉工序的主要任務(wù)就是將脫碳工序來的原料 氣，通過化學(xué)或物理的方法清除，使(CO+CO2)<25mm3。半水煤氣經(jīng)過脫硫、變換和脫碳后，氣體中仍然含有約3%左右的C0、二、工藝方法的選擇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)方法要求來進(jìn)行選擇。目前常用的精煉方法有：(1) 銅氨液洗滌法：銅氨液洗滌法采用銅

5、鹽的氨溶液在高壓低溫下 吸收CO,C0,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(2) 甲烷化法： 在催化劑存在下，CO CO與H作用生成甲烷，使 C創(chuàng)CO總量小于10cm/m3由于反應(yīng)要消耗H，生成的CH又不利于氨合成反應(yīng)，因 此此法只能適用于(CO+COv 0.7%的原料氣精制，通常和低溫變換工藝配套。甲烷化法具有工藝簡單，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。(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

6、 C刖CK滌脫除，使COI至10cm/m3以下，這 是物理吸收過程，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。結(jié)論：綜合上述，本設(shè)計(jì)是小型合成氨無空分生產(chǎn)裝置，且脫碳后 CO勺含量 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。三、銅氨液洗滌法的吸收原理1. 銅液的組成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合銅 (I )Cu(NH3)2Ac，醋酸四氨合 銅(H ) Cu(NH 3)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

7、氧化碳，溶液中還含有碳酸氫銨(NH4 HCO)和碳酸銨(NH4 ) 2 CO 等成分。其中醋酸二氨合銅和游離氨是吸收 CO的主要成分。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，兩者濃度之和(Cu+Cu2+)稱為總銅氨在溶液中以三種形式存在：配合氨，有 Cu(NH3)2+、Cu(NH3)42+;固 定氨，呈NH4+形態(tài)；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。銅氨液的吸收能力主要決定于低價(jià)銅銅液呈堿性，pH值一般在910,并且有腐蝕性，特別對(duì)人的眼睛有

8、強(qiáng)烈的 傷害作用，操作時(shí)嚴(yán)加防護(hù)。2. 銅液吸收原理銅液對(duì)CO的吸收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：Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 = Cu(NH3)3Ac CO + Q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。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。銅

9、液吸收CO的過程是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)過程，可提高吸收CO的速度。銅液對(duì)C02、02、H2S的吸收銅液除了能吸收CO外，同時(shí)還可以吸收C02、02和H2S。 對(duì)CO2的吸收是依靠銅液中的游離氨，反應(yīng)式如下：2CO2 + NH3 + H2O = (NH3)2CO3 + Q(NH3)2CO3 + NH3 + H2O = 2NH3HCO3 + Q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，

10、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。 對(duì)H2S的吸收也是依靠銅液中的游離氨，反應(yīng)式如下：2NH3 H2O + H2S = (NH4)2S + 2H2O + Q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：2Cu(NH3)2Ac + 2H2S = CU2S J + 2NHAc + (NH 4)2S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，

11、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。 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：4Cu(NH3)2Ac + 4NH4Ac + 4NH3 H2O + O2 = 4 Cu(NH3)4Ac2 +6 H2O + Q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。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。3. 銅液的再生原理銅液在銅洗塔內(nèi)吸收了

12、 CO、CO2、H2S和02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。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；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 要適當(dāng)補(bǔ)充銅液在整個(gè)過程中所消耗的氨、銅、 HAc和水。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) 是吸收過程的逆過程。反應(yīng)式如下：Cu(NH3)3AcCO Cu(NH3)2Ac + CO T + NHsf Q(NH3)2CO3 2NH3T + CO2 t + H2O QNH3HCO3 NH3t + CO2 t

13、 + H2O Q(NH3)2S 2NH3t + H2S Q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。再生過程中，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。 反應(yīng)如下：Cu(NH3)2+ + CO + H2O 2Cu + CO2t + 2NH4+ + 2NH3t Q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：Cu + Cu2+ = 2Cu+ Q同時(shí)，高價(jià)銅也可以直接被 CO還原：2Cu(NH3)42+ + CO + H2O 2Cu(NH3)2+ + CO2 t + 2NH4+ Q由此可見銅比的提高主要是 CO的作用，如果銅液中的CO少，

14、還原作用弱， 銅比難以提高，所以要保證再生過程中的還原反應(yīng)，才能維持正常的生產(chǎn)銅比。四、銅洗操作和銅液再生工藝條件的選擇(一)銅洗部分1銅液的成分 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2.02.5mol/L之間比較適宜。本工藝選擇的總銅是 2.37mol/L。 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。但銅比過高，會(huì)出現(xiàn)金屬銅沉淀：2Cu = Cu + CuJ這樣不僅使溶液中總銅含量下降，降

15、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 57。本工藝選擇的銅比是6.16。 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CO的能力增加。但游離氨含量過高，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(NHhAc=CuAd +2NHT當(dāng)原料氣中CO含量高而銅液中游離氨含量不足時(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

16、8.512.5mol/L，游離氨控制在 2.02.5mol/L。 醋酸的含量：銅液中的醋酸主要形成Cu(NH)2Ac和Cu(NH)4Aa使銅液穩(wěn)定，并參與O的反應(yīng)。由于原料氣中含有CO,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CuCO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總銅含量的10%15較為合適，為2.23.0mol/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。 銅液中殘余的CO和CO2銅液中殘余CO和 CO含量高，則銅液吸收CO和 CO的量就會(huì)減少，銅洗氣中CO和CO含量就會(huì)升高，為保證銅液吸收效果，要求再生后銅液中的

17、CO<0.005riCO/nh銅液,CQ 殘余量 1.5mol/L。2. 銅液的溫度降低銅液吸收溫度，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15C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，增 加系統(tǒng)阻力，一般銅液溫度以812C為宜。本設(shè)計(jì)的吸收溫度為10C。3吸收塔的操作壓力提高銅洗操作壓力，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

18、種情況 下脫除CO并不經(jīng)濟(jì)，一般銅洗操作壓力控制在12.015.0Mpa左右。本設(shè)計(jì)的操 作壓力選擇12.767 MPa。（二）再生部分1. 溫度銅液再生溫度應(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 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CO解吸，為避免解吸過快，回流塔溫度控制低些，一般為4550C。然后在還原器中進(jìn)行還原反應(yīng)，

19、溫度控制在 6068C。最后在再生器中將溫度提高至 7578C，使殘余CO和 CO從銅液中充分解吸，但再生器溫度不能超過 80C,否 則，銅液的穩(wěn)定性將被破壞，析出金屬銅。2. 壓力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。但再生壓力過低，會(huì)使 CO過早解吸，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能力。 最終再生壓力 一般維持在300800Pa3. 再生時(shí)間銅氨液在再生器內(nèi)的停留時(shí)間即再生時(shí)間。 再生時(shí)間愈長，則CO和CO2解 吸愈完全，再生后銅

20、氨液的吸收能力就愈強(qiáng)。最終再生時(shí)間停留在25min左右。4. 氨的加入量在再生過程加氨的目的是補(bǔ)充銅氨液在使用過程中損失的氨，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 710Kg。5空氣加入量當(dāng)由于高價(jià)銅還原過度，使銅比過高時(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g量降低，減少了回收 價(jià)

21、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調(diào)節(jié)銅比。五、銅液的制備銅氨液的配制：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)：2Cu+4HAc+8NHQ=2Cu(NH)4Ac+2l40生成高價(jià)銅再把金屬銅氧化成低價(jià)銅，從而使銅逐漸溶解。反應(yīng)：2Cu(NH)4Ac2+Cu=2Cu(NH2Ac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)

22、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，就可停用蒸汽，改用冷卻水， 將溶液溫度控制在4550C。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。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。在還原過程中，銅氨液繼續(xù)循環(huán)，溫度維持在5565C。當(dāng)總銅上升到2.22.5mol / L ，高價(jià)銅下降到0.30.4mol / L 時(shí)，將銅氨液冷24卻至常溫，并調(diào)節(jié)氨和醋酸的含量，達(dá)到要求為止六、生產(chǎn)制度:

23、年產(chǎn)量：5萬噸年生產(chǎn)日：330天七、原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格脫碳?xì)獾慕M成：H2、2、CO CQ Q、Ar+CH、NH精煉氣的組成：H2、2、CH+Ar各組分所站的比例、一.成分 名稱 fH2N2CQCQ202CH 4+Ar合計(jì)脫碳?xì)?1.1823.533.50.300.141.35100精煉氣74.1024.510001.41100銅氨液的組成：總銅一價(jià)銅二價(jià)銅銅比總NH醋酸二氧化碳2.372.040.336.169.02.270.96危險(xiǎn)性物料的主要物理性質(zhì)分子量熔點(diǎn)沸點(diǎn)閃點(diǎn)燃點(diǎn)爆炸極限NH17-77.7-33.465163015.5%-28%13.5%-82%CQ28-205-191.56

24、4112.5-75H22-259.14-252.805804.1- 75CH16-182.48-161.49-1886505.0- 15六、生產(chǎn)流程及工藝流程簡述由壓縮來氣體（含 CO3.5% CO0.2%）在壓力為12.5Mpa下由塔底進(jìn)入與塔 頂灑下812°C的銅氨液在吸收塔中逆流接觸，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+CO 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。銅液經(jīng)加壓到3334Mpa加熱至2530C，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

25、，此時(shí)溶液溫度已達(dá) 50C，解吸出所吸收的大部分CO和CO2, 從回流塔出來的再生氣中，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 7679C，送入再生塔中繼續(xù)解吸CO CO。由再生塔出來經(jīng)水冷卻器，將銅氨液 溫度冷卻到30C，進(jìn)入氨冷卻器繼續(xù)降溫515C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。第二章物料衡算和熱量衡算、工藝計(jì)算已知條件：年產(chǎn)量5萬噸，每年生產(chǎn)330天生產(chǎn)能力 =50000= 6.31T/h = 8315.21m3/h330 乂 241000 漢 22 43生產(chǎn)1噸氨

26、所需要的脫碳?xì)饬浚?2799.93m317 江 2 乂 0.2353因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物料可能會(huì)有損失，所以脫碳?xì)饬咳?950 m3要求精煉氣中（CO+CO2） 25ml/m3。、物料衡算1.銅洗部分本課題計(jì)算是以1噸NH為基準(zhǔn)。(1)已知條件原料氣的組成和數(shù)量計(jì)算 1 噸 NH3勺體積1000/17*22.4=1317.65M脫 C氣量1000/17*22.4*1/2*1/0.2353=2800M精煉氣 3H 2+N2=2NHX 1000/17*22.4放空量3150180M脫C氣量32800+150=2950M所以氣體的體積為VH2 =2950*71.18%=2099.81用依次可以推求出其

27、他組分氣體的摩爾數(shù)為NH2=2099.81/22.4=93.74Kmol依次可以推求出其他組分 氣體的質(zhì)量為Hl =N*M=93.742*2=187.484kg依次可以推求出其他組分脫C氣成分H2N2COCO2O2CH4Ar合計(jì)%71.18023.5303.5000.3000.1401.1300.220100.000m3（標(biāo)）2099.810694.135103.2508.8504.13033.3356.4902950.000kmol93.74230.9884.6090.3950.1841.4880.290131.696kg187.483867.669129.06317.3845.90023.

28、81111.5891242.898銅液組成(單位為 mol/L)成份總CuCuCiTCU7Cu2+總NHHACCO銅氨液2.372.040.336.169.02.650.96銅液進(jìn)塔的T為10C進(jìn)塔氣的T為35 E銅液用量的計(jì)算設(shè)銅氨液出塔對(duì)溫度為26.5 C,則銅液對(duì)CO勺吸收系數(shù)可以用以下的公式計(jì)算loga =0.283*游離-氨濃液/ 一價(jià)Ci離子濃度一0.0295tNH3t _游離氨濃度mol/LCu + 一價(jià)Cu離子濃度 mol/LT 銅液的溫度C2+2+NH3 t =總NH2Cu+ 4Cu HAC Cu 2Cu CO=NH3t Cu+ 2Cu2+ HAC CO2=9-2.04-2*

29、0.33-2.65-0.96=2.69炯 a= (0.283*2.69 ) /2.04 0.0295*26.5=-0.409 a=0.39所以 反應(yīng)平衡時(shí)，1噸銅液溶液吸收的CO勺體積VcoVco =22.4A *(Pco+a)/1+ cPco=28.895其中A :銅液中一價(jià)銅離子的濃度 mol/LPco :體中Co的分壓a:吸收系數(shù)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銅液的質(zhì)量M=V * P2 6 . 5C時(shí)銅液密度為1.183kg/LM銅=1.183*1000*5.104=6038.211(3)溶液在銅液中的氣量和出塔氣量的計(jì)算由于出塔氣

30、中CO. CO2 O2的量是微量的所以可以忽略不計(jì)設(shè)：在26.5 C時(shí)銅液對(duì)f N 2 CH4 Ar的吸收可以近似看成與水中相在水中的吸收系數(shù) a H 2=0.0174Ml7(atm.m 3)a N30.0138 M3/(atm.m 3)a CH40.029 M3/(atm.m 3)a Ar=0.0307 M3/(atm.m 3)V吸收=V銅液*Pn *A nPH= 12.767 >0.7118 = 9.088 MPa = 89.709atmPN 2=12.767 >0.2353= 3.004 MPa = 29.655atmPCH 4=12.767 >.0.0293= 0.1

31、44MPa = 1.424atmPar= 12.767 >0307 = 0.028 MPa = 0.277atm被吸收的體積出：5.018 89.709 >0.0174 = 7.832m3N2：5.018 29.655 >0.0138 = 2.053m3CH4： 5.018 X.424 >0.0293 =0.213m3Ar:5.018 0.277 0.0307= 0.043m33CO 103.250 mCO2 8.850 m3總計(jì)=7.832+ 2.053+ 0.213+ 0.043+103.250+ 8.8503=126.543 m出塔氣的體積 =2950.00- 1

32、26.543 = 2823.457用出塔氣的組成和數(shù)量成分H2N2COCO2O2CH4Ar合計(jì)%74.08824.5110.0000.0000.0001.1730.228100.0003 m2091.843692.0460.0000.0000.00033.1226.4472823.457kmol93.38630.8950.0000.0000.0001.4790.288126.047kg186.772865.0580.0000.0000.00023.65911.5121087.000溶解在銅氨液中的氣體量為:成分H2N2COCO2O2CH4Ar合計(jì)3 m7.9672.089103.2508.85

33、04.1300.2130.043126.543kmol0.3560.0934.6090.3950.1840.0100.0025.649kg0.7112.611129.063 17.3845.9000.1520.078155.899物料衡算進(jìn)料出料成分3 mKg成分3 mKg原料氣29501242.898精煉氣2823.4571087銅氨液5.1046038.211銅氨液（包含溶解的氣體量155.899kg）5.1046194.110合計(jì)7281.1097281.112.再生部分由于再生過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，為了保證銅液的吸收能力，再生過程中應(yīng)

34、該及時(shí)補(bǔ)充水和氨銅液26.5 C再生氣35 C補(bǔ)充氨氣補(bǔ)充水再生后銅液(1)已知條件：再生壓力 6Kpa(表壓)回流塔的溫度為50C(2)物料橫算 進(jìn)入回流塔的銅氨液=出銅洗塔的銅液量 NH和HO的補(bǔ)充量用35C時(shí)NH和HO的平衡分壓來計(jì)算。隨著氣流出再生系統(tǒng)的NH和HO量T=35CIgP nh=7.896-1850/(273+T)=7.896-1850/(273+35)=1.8895P NH=77.536mmHg=77.536/(760 *101.325*1000)=10337.20palg ph2O=8.47-2150/(273+T)=8.47-2150/(273+35)=1.4895PH

35、2(=30.867mmHg=30.867/(760 *101.325*1000)=4115.26Pa實(shí)際吸收量是實(shí)際平衡的80% 二氣相中NH和H2O的實(shí)際分壓是P NH3=10337.20/0.8=12921.44PaP H2O=4115.26/0.8=5114.08Pa再生氣中NH和HO的含量再生壓力=101.325+6=107.325 KpaV 1/V2=n/n2=P/P2Vjh/ V 2 = Rh/ P 2V2是指除了水和氨以外的再生氣的體積。B是指除了水和氨以外的再生氣的壓力。VjH= P NH3/P 2 XV 2=(12921.44 X 126.543)/ (107325 -129

36、21.44-5114.08)3=18.319mrnh3=18.319/22.4 X 17=13.903KgVh2O= P H2o/ P 2XV 2=(5114.08 X 126.543) / (107325- 12921.44 - 5114.08)3=7.293mmH2O=7.293 / 22.4 X 18=5.806Kg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。 出料.再生氣量=銅氨液吸收的氣體量+ VNH3+ VH2O=126.543+18.319+7.293=152.155再生氣質(zhì)量=155.899+1

37、3.903+5.806=175.608銅氨液量=進(jìn)回流塔的銅液量-再生氣量（不含氨和水）再生部分物料衡算表進(jìn)料出料成分3 mKg成分3 mKg銅氨液5.1046194.110再 生 氣解吸氣126.543155.899水7.2935.860氨氣18.31913.903氨18.31913.903水蒸氣7.2935.860銅氨液5.1046038.211合計(jì)6213.873合計(jì)6213.873三、熱量橫算1、銅洗部分精煉氣帶走的熱量Q6脫碳?xì)鈳氲臒崃縌2CO氣體的吸收熱Q3銅洗塔C02氣體的吸收熱Q4銅液帶入的熱量Qi銅液帶走的熱量q5Q入=0出0入=銅液帶入的熱量Q什脫碳?xì)鈳氲臒崃縌2+C0

38、氣體的吸收熱Q3+CO2氣體的吸收熱Q4(1)物料帶入的熱量已知：銅液在10C時(shí)比熱容為3.200KJ /KmolC氣體在35C時(shí)比熱容為29.58KJ/Kmol CCO的吸收熱為52754 KJ /KmolCO的吸收熱為70129 KJ /KmolQi=氣體的摩爾數(shù)x比熱x溫度=(2950 X 29.58 x 35) /22.4=136345.313KJQ=銅液的質(zhì)量x比熱x溫度=6038.211 X 3.2 x 10=193222.752KJC3=CO的摩爾數(shù)x吸收熱=(103.250 x 52754) /22.4=243162.969KJQ4=8.85 x 70129 / 22.4=27

39、707.217KJQ 入=Q1+ Q2+ Q3+ Q4=600438.850KJ(2)物料帶出的熱量已知：銅液在26.5 C的比熱容為3.195KJ / Kg C精練氣在20C時(shí)的比熱為29.766 KJ / Kmol CQs= (6038.211+155.899 )x 3.195 x 26.5=524439.808KJQ=精練氣體積 x比熱x溫度/ 22.4=(2950- 126.543) x 29.766 x 20.2 / 22.4 =75783.703KJQ 出=Q5+ Q6=600223.513KJ銅洗部分熱量衡算表進(jìn)料帶入的熱量kJ出料帶入的熱量kJ銅液帶入的熱量Q1136345.3

40、13銅液帶走的熱量 Q5524439.808脫碳?xì)鈳氲臒崃?Q2193222.752精煉氣帶走的熱量 Q675783.703CO氣體的吸收熱Q3243162.969CO2氣體的吸收熱Q427707.217合計(jì)600438.850合計(jì)600223.5132銅液再生部分再生氣35 C再生氣帶出的熱量 Q4'銅液26.5 C銅液帶入熱量Q1 '回流塔熱量損失Q7水冷器:)冷卻水帶走的熱量 Q5氨冷器-.*/氨冷器帶走的熱量 Q6加熱器帶入的熱Q2再生后銅液帶出的熱 Q3銅液帶入熱量Q,Q為加熱器帶入的熱量Q為再生后銅液帶出的熱量，Q為再生 氣帶出的熱量 Q5為冷卻水帶走的熱量，Q為

41、氨冷氣帶走的熱量已知：銅液進(jìn)入?yún)R流塔的溫度為 26.5 C,比熱為3.195KJ/KgC銅液出加熱器時(shí)溫度為78C，比熱為3.182 KJ/Kg C冷卻水的溫度從32 C換熱后達(dá)38 CQi + Q2 =C3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q 損 Q的計(jì)算Q 1 =出銅洗塔的銅液的熱量=Q=524654.55KJ Q的計(jì)算銅液在再生氣中所具有的熱量=銅液量x比熱x溫度=(6038.211+155.899 155.899/2 )x 3.182 x 78 =1518006.556KJQ ' =1518006.556Q =993352.004KJ 的計(jì)算03=銅液進(jìn)入銅洗塔的熱量=193222.752KJ