氨合成的工藝流程概述目錄TOC\o"1-3"\h\u14700氨合成的工藝流程概述 1323921.1制備濃氨水 144561.2濃氨水碳化 3253081.3結(jié)晶分離 51.1制備濃氨水我國是一個資源比較缺乏的國家，所以，合理利用資源，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用是解決這一問題最基本、最有效的方略。那么如何制備合格的濃氨水就成為了這個工藝中最主要的問題了。在工藝設(shè)計(jì)和化工生產(chǎn)中，我們要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保。濃氨水的制備就需要在這一大前提下來思考設(shè)計(jì)。我們最基本的、最合理的方法就是回收在氨合成過程中產(chǎn)生的廢氣的稀氨水，通過提高稀氨水的濃度，實(shí)現(xiàn)濃氨水的制備。氨合成的生產(chǎn)工藝中，產(chǎn)生稀氨水的主要工段有兩個。其一，就是合成工段，我們在化工生產(chǎn)中，為了安全考慮和提高生產(chǎn)率考慮，在合成工段來說，合成尾氣以及液氨儲罐的弛放氣所排出的氣體中，都含有氨氣組分。氨氣具有容易揮發(fā)、有刺激性氣味的理化性質(zhì)。在保護(hù)環(huán)境，保護(hù)大氣的前提下，我們就要對這一部分含氨氣體進(jìn)行回收?；厥盏姆椒ㄒ话悻F(xiàn)在應(yīng)用比較多的就是通過水和這一部分含氨氣體充分逆流，使液體夾帶走氣體組分，生成濃度相對較低，大約為8%的氨水。其二，就是在精煉工段。精煉工段中，由于工藝本身的原因，銅液再生氨的回收塔中，其塔內(nèi)部是再生氣中，含有一定量的氨。制備碳酸氫銨，需要一定濃度的濃氨水。我們考慮將稀氨水逐級提純，制備成為所需要的濃氨水。在這里，我們選擇用噴射吸氨器來制取。噴射吸氨器的工作原理最核心的內(nèi)容就是提高稀氨水的流速，從而形成一個壓力減小的區(qū)域，舍得氨氣更容易被稀氨水所夾帶走。噴射吸氨器的示意圖如下：噴射吸氨器的組成，從圖中我們可以看出是由五部分組成的，首先是母液接管，接下來是噴嘴，混氣室，以及上方的氨氣入口和吸氣室組成。我們使用泵，將母液以一定的速度送入母液接管，此時，進(jìn)入母液接管的物料已經(jīng)具有了一定的速度。緊接著，母液接管的物料會繼續(xù)向前，進(jìn)入噴嘴。從圖中我們可以看出，噴嘴區(qū)域的流體出口呈現(xiàn)一個“漏斗”狀。越接近噴嘴末端，管道直徑越小。這樣，保證母液流出噴嘴時的速度足夠的快，在母液出口處，可以形成一個低壓的區(qū)域。這個低壓區(qū)域，我們可以認(rèn)為相當(dāng)于一個低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的負(fù)壓區(qū)。氨氣一直源源不斷的從氨氣入口進(jìn)入，到達(dá)噴嘴附近形成的低壓區(qū)。母液將氨氣夾帶在液體當(dāng)中，進(jìn)入到混合室。母液流出噴嘴速度可以到達(dá)15~30米每秒。母液和夾帶的氨氣組分可以在混合室內(nèi)混合的很均勻，接觸也是十分的充分。氣態(tài)的氨也成功的溶解在母液中，母液的濃度上升。由稀氨水制備濃氨水的任務(wù)也就實(shí)現(xiàn)了。噴嘴處的母液的流動速度越大，那么吸收氨的速度也就越大，在保證設(shè)備安全運(yùn)行，操作安全得當(dāng)?shù)那闆r下，為了加快生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)效率，適當(dāng)?shù)目s小噴嘴末端的橫截面積也是可以的。噴射吸氨器的應(yīng)用其實(shí)以及較為普遍了，但是，它也存在一些弊端。主要的問題就是操作的時候，它的表現(xiàn)不夠穩(wěn)定。噴嘴處高速噴出的母液夾帶氨氣進(jìn)入混合室，速度會變小，混合室中的濃氨水無法快速移出時，會使得噴嘴處出來的液體無處可去，母液就會進(jìn)入吸氣室，倒入氨氣入口管道處，堵塞氨氣的進(jìn)入。這中堵塞結(jié)果，會有三方面的弊端。一是會損壞設(shè)備，造成噴射吸氨器和冰機(jī)的損壞。二是會在操作過程中有安全隱患。三是會增加氨的消耗，提高了生產(chǎn)成本。任何機(jī)械都會在使用過程中受到損耗。對于噴射吸氨器來說，最大的損耗體現(xiàn)在噴嘴的位置上。在噴嘴處，橫截面積較小，母液的流速增大，使得對噴嘴處的磨損也變得更大。長時間的運(yùn)行，造成噴嘴處管壁變薄，母液的流速也無法到達(dá)理想的狀態(tài)，無法形成低壓區(qū)。這時候，母液夾帶氨的量就會減少。那么為了保證濃氨水的濃度達(dá)到要求，我們就需要改進(jìn)一下氨氣進(jìn)入吸氣室時候的狀態(tài)。通常我們是給進(jìn)入吸氣室的氨氣加壓。讓帶有一定壓力的氨氣進(jìn)入到吸氣室，保障母液夾帶的氨的量達(dá)標(biāo)。這樣，就解決了因?yàn)樵O(shè)備磨損而造成的濃氨水濃度不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。泵的局限性也限制了母液進(jìn)入噴射吸氨器的流速，所以，選擇合適的泵以及高壓送入氨氣，都是在保證濃氨水的質(zhì)量合格。也是對后續(xù)碳化過程的保障。1.2濃氨水碳化稀氨水提純成為濃氨水是整個碳化工段最為基礎(chǔ)的部分。那么濃氨水碳化就是整個碳化工段的核心部分。來自變換系統(tǒng)的變換氣中含有的二氧化碳的含量大概在20~25%之間。變換氣是變換工段的產(chǎn)物，變換氣在離開變換工段后，順勢進(jìn)入到碳化工段。變換氣首先進(jìn)入碳化塔的塔底，自此，碳化工藝開始進(jìn)行，此時發(fā)生的是碳化的第一階段，變換氣自下而上，氨水從塔頂向下。在碳化塔內(nèi)，變換氣與濃氨水逆流接觸，變換氣中的二氧化碳與濃氨水發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)預(yù)碳化液，預(yù)碳化液的成分組成，就是由二氧化碳和氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氨基甲酸銨。此時從主碳化塔塔頂出來的氣體中，已經(jīng)有大部分二氧化碳被反應(yīng)掉，二氧化碳的含量大幅度降低，含量大約保持在8~13%。從碳化塔頂排出的氣體，從預(yù)碳化塔的塔底進(jìn)入到預(yù)碳化塔。在預(yù)碳化塔中主要發(fā)生的是碳化的第二階段。即氨基甲酸銨與水和二氧化碳反應(yīng)，生成我們需要的碳酸氫銨。此時，二氧化碳的含量已經(jīng)很低了，但是由于塔效率和反應(yīng)中難以避免的問題，例如不能保證百分之百的接觸，接觸了也不能保證肯定會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等原因。使得從預(yù)碳化塔塔頂出來的氣體中仍然含有二氧化碳和被夾帶的氨氣組分。二氧化碳的含量約在0.5%以下。氨濃度基本保持在20~30克每立方米。預(yù)碳化塔塔頂出來的氣體進(jìn)入到固定副塔的底部，回收塔塔底流出的稀氨水會去吸收剩下的這一部分二氧化碳和氨組分?；厥账械囊合辔覀冏詈眠x擇軟水，這樣可以更好的吸收氣體組分。對于設(shè)計(jì)到的設(shè)備來說，首先來說碳化塔。碳化塔是為濃氨水和含二氧化碳的氣體提供反應(yīng)場所的設(shè)備。一般碳化流程有常壓碳化和加壓碳化。常壓碳化流程中，使用的碳化塔有菌帽型塔、S型泡罩塔、孔板塔等。加壓碳化流程所使用的碳化塔最常見的是空塔型的。對于塔器來說，塔高和塔徑的比值決定著塔的工作效率。對于碳化過程中所使用到的碳化塔，我們所送入的氣體的量和液體的量是一定的，那么決定了塔的容積的大小也是一定的。在塔的容積一定的情況下，塔的高徑比就成了塔設(shè)計(jì)過程中的一個重難點(diǎn)。塔的高徑比比較大一點(diǎn)的塔，它的吸收系數(shù)是比較大的，但這種特點(diǎn)的塔的阻力是比較大的。反之，塔的高徑比比較小一點(diǎn)的塔，它的吸收系數(shù)是比較小的，但這種特點(diǎn)的塔的阻力是比較小的。碳化過程中我們所使用的制造材料大多數(shù)使用的是鋼板。碳化塔塔頂一般我們設(shè)置有碳化塔的冷卻裝置，冷卻裝置使用最為簡潔的冷卻水箱。冷卻水箱可以說是碳化塔的主要裝置。之所以這兒說，原因就是冷卻水箱冷卻面積的大小，直接決定著碳化塔的生產(chǎn)能力的大小。例如，有的碳化塔的冷卻裝置采用的U型管抽屜式的水箱。至于水箱的生產(chǎn)中采用的材質(zhì)就要根據(jù)具體的情況來決定。碳化塔中，主要需要考慮的就是氨水介質(zhì)的性質(zhì)決定的。根據(jù)材料耐氨水介質(zhì)腐蝕性的程度，工業(yè)中使用的有碳鋼作為主要材料來制作冷卻裝置。另外也有使用不銹鋼、鑄鐵等來制作的。既然要保證在塔內(nèi)，氣體與液體要有充分的接觸，也為了使得塔內(nèi)氣體分布均勻一些，在碳化塔內(nèi)設(shè)置了分布板。作為塔器，自然少不了進(jìn)氣管，出料管這些。在塔頂，應(yīng)該設(shè)置除沫擋板。物料經(jīng)過主碳化塔和預(yù)碳化塔后，接著會進(jìn)入到固定副塔和回收塔中。其實(shí)固定副塔和回收塔也可以合起來稱之為尾氣洗滌塔。在上半段設(shè)置回收塔，在下半段設(shè)置固定副塔，固定副塔的塔型設(shè)計(jì)與碳化塔的塔型很是類似，它們的區(qū)別就在于固定副塔的塔高相比碳化塔比較小。回收塔則不然，在回收塔內(nèi)，是不會有晶體產(chǎn)生的，提高回收塔的回收效率，是回收塔的主要任務(wù)。在保證不會有晶體產(chǎn)生的情況下，回收塔采用泡罩塔板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下圖所示：對于這樣的泡罩塔板結(jié)構(gòu)來說，氣體可以從每個泡罩的中心位置上升，然后從泡罩的側(cè)面的側(cè)孔與液相組分完全接觸后流出，流向的下一塊目的地，是下一塊塔板。液相組分的流動情況，則是由塔頂向塔底的方向流動的，經(jīng)過每一塊塔板的時候，液體經(jīng)過溢流管這一結(jié)構(gòu)，流經(jīng)每一塊塔板，最終流到塔底的出口位置。沿著徑向的方向流動，于氣相組分充分接觸。在回收塔中氣相中的二氧化碳含量和氨含量都已經(jīng)很少了，所以，對于回收塔來說，冷卻裝置的任務(wù)負(fù)擔(dān)也就比較小了，所以就可以采用冷卻蛇管作為回收塔的冷卻裝置。冷卻蛇管的排布可以排布在泡罩的排與排之間就完全可以。1.3結(jié)晶分離結(jié)晶分離其實(shí)在工業(yè)發(fā)展中的突破并沒有出現(xiàn)跨越性的發(fā)展，這并不代表結(jié)晶分離技術(shù)沒有突破。結(jié)晶分離技術(shù)的發(fā)展突破是巨大的，但由于各種局限性，使得在目前化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用并不是特別的成熟。對于化工生產(chǎn)，提倡的是大型化，連續(xù)化，自動化。但是結(jié)晶分離這個單元操作，所涉及到的問題比較多，問題難度也比較大。所以，采用什么樣的分離技術(shù)，可以降低成本提高效率就成為了問題的關(guān)鍵。就對于年產(chǎn)十萬噸碳氨來說，碳化工段的結(jié)晶分離的物料來源主要是碳化塔中出來的結(jié)晶懸浮液。我們使用離心分離的方法來分離結(jié)晶，這種方法較比膜分離等分離方法來說，其成本較低，適合化工生產(chǎn)，可以達(dá)到生產(chǎn)所需要的工作效率，也符合生產(chǎn)中成本低的要求。結(jié)晶懸浮物，從碳化塔的塔底取出，第一個需要到達(dá)的設(shè)備就