年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨裝置精煉工段的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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(wàn)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CO2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、CO2、H2S及O2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(wàn)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≤3.1%CO2≤0.2%）其目的是去除原料氣中少量的CO、CO2、H2S及O2。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(wàn)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≤3.1%CO2≤0.2%）其目的是去除原料氣中少量的CO、CO2、H2S及O2一、精煉工段的任務(wù)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CO、0.1%~0.2%的CO2，0.1%~0.2%的O2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(lái)的原料氣，通過化學(xué)或物理的方法清除，使（CO+CO2）≤25ml/m3。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(lái)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鹽的氨溶液在高壓低溫下吸收CO,C02,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、CO2與H2作用生成甲烷，使CO和CO2總量小于10cm3/m3由于反應(yīng)要消耗H2，生成的CH4又不利于氨合成反應(yīng)，因此此法只能適用于（CO+CO2）＜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(jiǎn)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CO和CH4洗滌脫除，使CO降至10cm3/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(wú)空分生產(chǎn)裝置，且脫碳后CO的含量在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(Ⅱ)[Cu(NH3)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氧化碳，溶液中還含有碳酸氫銨（NH4HCO3）和碳酸銨[(NH4)2CO3]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：⑴配合氨，有Cu(NH3)2+、Cu(NH3)42+；⑵固定氨，呈NH4+形態(tài)；⑶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9~10，并且有腐蝕性，特別對(duì)人的眼睛有強(qiáng)烈的傷害作用，操作時(shí)嚴(yán)加防護(hù)。⑴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?！ゃ~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。⑵銅液對(duì)CO2、O2、H2S的吸收 銅液除了能吸收CO外，同時(shí)還可以吸收CO2、O2和H2S。①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，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。②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↓+2NH4Ac+(NH4)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，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。③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=4Cu(NH3)4Ac2+6H2O+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。銅液在銅洗塔內(nèi)吸收了CO、CO2、H2S和O2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(lái)；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↑+NH3↑－Q(NH3)2CO3→2NH3↑+CO2↑+H2O－QNH3HCO3→NH3↑+CO2↑+H2O－Q(NH3)2S→2NH3↑+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+CO2↑+2NH4++2NH3↑－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↑+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，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2.0~2.5mol/L之間比較適宜。本工藝選擇的總銅是2.37mol/L。②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+=Cu2++Cu↓這樣不僅使溶液中總銅含量下降，降低吸收能力，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5~7。。③NH3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CO2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(NH3)2Ac=CuAc↓+2NH3↑當(dāng)原料氣中CO2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，游離氨控制在。④醋酸的含量：銅液中的醋酸主要形成Cu(NH3)2Ac和Cu(NH3)4Ac2使銅液穩(wěn)定，并參與O2的反應(yīng)。由于原料氣中含有CO2，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CuCO3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2.2~3.0mol/L,但有些工廠提高到3.5mol/L。本設(shè)計(jì)中選擇2.65mol/L。⑤銅液中殘余的CO和CO2 銅液中殘余CO和CO2含量高，則銅液吸收CO和CO2的量就會(huì)減少，銅洗氣中CO和CO2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3CO/m3銅液,CO2殘余量。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15℃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8~12℃為宜。本設(shè)計(jì)的吸收溫度為10℃。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，這種情況下脫除CO并不經(jīng)濟(jì)，一般銅洗操作壓力控制在左右。本設(shè)計(jì)的操作壓力選擇MPa。（二）再生部分銅液再生溫度應(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CO2解吸，為避免解吸過快，回流塔溫度控制低些，一般為45~50℃。然后在還原器中進(jìn)行還原反應(yīng)，溫度控制在60~68℃。最后在再生器中將溫度提高至75~78℃，使殘余CO和CO2從銅液中充分解吸，但再生器溫度不能超過80℃，否則，銅液的穩(wěn)定性將被破壞，析出金屬銅。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300~800Pa。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(zhǎng)，則CO和CO2解吸愈完全，再生后銅氨液的吸收能力就愈強(qiáng)。最終再生時(shí)間停留在25min左右。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7~10Kg。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O含量降低，減少了回收價(jià)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(lái)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+8NH3+O2=2Cu(NH3)4Ac+2H20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(NH3)4Ac2+Cu=2Cu(NH3)2Ac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)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45~50℃。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55~65℃。當(dāng)總銅上升到2.2~2.5mol/L，高價(jià)銅下降到0.3~0.4mol/L時(shí)，將銅氨液冷卻至常溫，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：年產(chǎn)量：5萬(wàn)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、N2、CO、CO2、O2、Ar+CH4、NH3精煉氣的組成：H2、N2、CH4+Ar各組分所站的比例成分名稱H2N2COCO2O2CH4+Ar合計(jì)脫碳?xì)?SUM(LEFT)100精煉氣000=SUM(ABOVE)100銅氨液的組成:總銅一價(jià)銅二價(jià)銅銅比總NH3醋酸二氧化碳9.0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NH317-33.465163015.5%-28%13.5%-82%CO28-205-191.564112.5-75H22-252.805804.1-75CH416-1886505.0-15六、生產(chǎn)流程及工藝流程簡(jiǎn)述由壓縮來(lái)氣體（含CO3.5%，CO20.2%）在壓力為下由塔底進(jìn)入與塔頂灑下8~12℃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+CO2）〈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33~34Mpa，加熱至25~30℃，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，此時(shí)溶液溫度已達(dá)50℃，解吸出所吸收的大部分CO和CO2，從回流塔出來(lái)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76~79℃，送入再生塔中繼續(xù)解吸CO，CO2。由再生塔出來(lái)經(jīng)水冷卻器，將銅氨液溫度冷卻到30℃，進(jìn)入氨冷卻器繼續(xù)降溫5~15℃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一、工藝計(jì)算已知條件：年產(chǎn)量5萬(wàn)噸，每年生產(chǎn)330天。生產(chǎn)能力=3/h生產(chǎn)1噸氨所需要的脫碳?xì)饬浚?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?950m3。要求精煉氣中（CO+CO2）≤25ml/m3。二、物料衡算本課題計(jì)算是以1噸NH3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的體積3脫C氣量1000/17*22.4*1/2*1/0.2353=2800M3精煉氣3H2+N2=2NH312放空量150~180M3脫C氣量2800+150=2950M3所以氣體的體積為VH23依次可以推求出其他組分氣體的摩爾數(shù)為NH2=依次可以推求出其他組分氣體的質(zhì)量為mH2=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))2099.810694.135103.2508.8504.13033.3356.4902950.000kmol93.74230.9884.6090.3950.1841.4880.290131.696kg187.483867.669129.06317.3845.90023.81111.5891242.898銅液組成(單位為mol/L)成份總CuCu+Cu2+Cu+/Cu2+總NH3HACCO2銅氨液72.04銅液進(jìn)塔的T為10℃進(jìn)塔氣的T為35℃⑵銅液用量的計(jì)算設(shè)銅氨液出塔對(duì)溫度為℃，則銅液對(duì)CO的吸收系數(shù)可以用以下的公式計(jì)算㏒ɑ=0.283*游離—氨濃液/一價(jià)Cu離子濃度[NH3]t_——————游離氨濃度mol/LCu+——————一價(jià)Cu+離子濃度mol/LT——————銅液的溫度℃[NH3]t=總NH2—2[Cu+]—4[Cu2+]—{[HAC]—[Cu+]—2[Cu2+]}—[CO]=[NH3]t—[Cu+]—2[Cu2+]—[HAC]—[CO2]㏒ɑ=（） ɑ所以反應(yīng)平衡時(shí)，1噸銅液溶液吸收的CO的體積VcoVco=22.4A*（Pco+ɑ）/[1+ɑ其中A：銅液中一價(jià)銅離子的濃度mol/LPco：體中Co的分壓ɑ：吸收系數(shù)由于吸收率為70%，所以所須氨的體積數(shù)為：銅液的質(zhì)量Ｍ＝Ｖ*Ｐ２６.５℃時(shí)銅液密度為M銅（3）溶液在銅液中的氣量和出塔氣量的計(jì)算由于出塔氣中CO.CO2O2的量是微量的所以可以忽略不計(jì)設(shè)：在℃時(shí)銅液對(duì)H2N2CH4Ar的吸收可以近似看成與水中相同在水中的吸收系數(shù)aH233)aN30.0138M33)aCH40.029M33)aAr=0.0307M33)V吸收=V銅液*Pn*AnPH2=12.767×0.7118=MPa=atmPN2=12.767×0.2353=MPa=atmPCH4=12.767×0.44MPa=atmPar=12.767×MPa=atm被吸收的體積H2××0.0174=m3N2：×m3CH4×1.424293=m3Ar×307=m3m3CO2m3總計(jì)＋＋0.213＋0.043+＋=m3出塔氣的體積=0－m3出塔氣的組成和數(shù)量成分H2N2COCO2O2CH4Ar合計(jì)%m3kmolkg溶解在銅氨液中的氣體量為：成分H2N2COCO2O2CH4Ar合計(jì)m37.9672.089103.2508.8504.1300.2130.043126.543kmol0.3560.0934.6090.3950.1840.0100.0025.649kg0.7112.611129.06317.3845.9000.1520.078155.899物料衡算進(jìn)料出料成分m3Kg成分m3Kg原料氣2950精煉氣1087銅氨液銅氨液（包含溶解的氣體量155.899kg）合計(jì)=SUM(ABOVE)=SUM(ABOVE)2.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(lái)，為了保證銅液的吸收能力，再生過程中應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充水和氨。銅液銅液℃再生氣35℃回流塔再生器還原器再生后銅液水冷器氨冷器補(bǔ)充氨氣補(bǔ)充水（1）已知條件：再生壓力6Kpa(表壓)回流塔的溫度為50℃（2）物料橫算①進(jìn)入回流塔的銅氨液=出銅洗塔的銅液量②NH3和H2O的補(bǔ)充量用35℃時(shí)NH3和H2O的平衡分壓來(lái)計(jì)算。隨著氣流出再生系統(tǒng)的NH3和H2O量T=35℃lgPNH3//(273+35)PNH3=77.536mmHg=77.536/(760**1000)lgPH2O=8.47-2150/(273+T)=8.47-2150/(273+35)PH2O=30.867mmHg=30.867/(760**1000)實(shí)際吸收量是實(shí)際平衡的80%∴氣相中NH3和H2O的實(shí)際分壓是PNH3PH2O再生氣中NH3和H2O的含量再生壓力=101.325+6=107.325KpaV1/V2=n1/n2=P1/P2VNH3/V2=PNH3/P2V2是指除了水和氨以外的再生氣的體積。P2是指除了水和氨以外的再生氣的壓力。VNH3=PNH3/P2×V2=(12921.44×126.543)/(107325-12921.44-5114.08)3mNH3=18.319/22.4×17VH2O=PH2O/P2×V2×126.543)/(107325－－5114.08)3mH2O=7.293/22.4×18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。③出料.再生氣量=銅氨液吸收的氣體量+VNH3+VH2O再生氣質(zhì)量銅氨液量=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m3Kg成分m3Kg銅氨液再生氣解吸氣水氨氣氨水蒸氣銅氨液合計(jì)=SUM(ABOVE)合計(jì)=SUM(ABOVE)三、熱量橫算1、銅洗部分銅洗塔銅洗塔銅液帶入的熱量Q1脫碳?xì)鈳氲臒崃縌2銅液帶走的熱量Q5精煉氣帶走的熱量Q6CO氣體的吸收熱Q3CO2氣體的吸收熱Q4Q入=Q出Q入=銅液帶入的熱量Q1+脫碳?xì)鈳氲臒崃縌2+CO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10℃時(shí)比熱容為3.200KJ/Kmol·℃氣體在35℃時(shí)比熱容為·℃CO的吸收熱為52754KJ/KmolCO2的吸收熱為70129KJ/KmolQ1=氣體的摩爾數(shù)×比熱×溫度Q2=銅液的質(zhì)量×比熱×溫度Q3=CO的摩爾數(shù)×吸收熱×52754)／Q4Q入(2)物料帶出的熱量已知：銅液在℃的比熱容為3.195KJ/Kg·℃精練氣在20℃時(shí)的比熱為29.766KJ/Kmol·℃Q5=（）××Q6=精練氣體積×比熱×溫度=（2950－）××Q出=Q5+Q6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Q1銅液帶走的熱量Q5脫碳?xì)鈳氲臒崃縌2精煉氣帶走