年產(chǎn)50噸水合肼（40%）裝置工藝設(shè)計

1、目 錄摘 要IAbstractII第1章 概 述11.1 原料規(guī)格11.2 產(chǎn)品規(guī)格11.3 設(shè)計依據(jù)11.4 產(chǎn)品主要用途4第2章 生產(chǎn)原理及工藝流程敘述62.1 生產(chǎn)原理62.2 工藝流程7第3章 物料衡算和熱量衡算93.1 水合肼生產(chǎn)過程物料衡算93.2 水合肼生產(chǎn)過程熱量衡算16第4章 主要設(shè)備的設(shè)計與選型254.1 液堿貯槽254.2 次鈉貯槽254.3 尿素高位槽254.4 氧化液貯槽254.5 氧化反應(yīng)管254.6 精餾塔254.7 五層塔蒸發(fā)器30第5章 環(huán)境污染及治理315.1三廢的來源及數(shù)量315.2 治理措施31參考文獻(xiàn)33致 謝34年產(chǎn)50噸水合肼（40%）裝置工藝設(shè)計

2、摘 要針對我國水合肼生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計采用尿素法生產(chǎn)工藝，設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)量50噸，產(chǎn)品類型為40%水合肼。生產(chǎn)過程為原料配備、氧化合成、氧化液析堿、精肼液蒸發(fā)、水合肼精溜，以及三廢處理等過程。在設(shè)計中，對原料配備、氧化合成、氧化液析件堿、精肼液蒸發(fā)、水合肼精溜以及后處理工序進(jìn)行了物料衡算和能量衡算，為設(shè)備的選型和設(shè)計提供了依據(jù)，并確定了單位產(chǎn)品的原材料消耗。在設(shè)備設(shè)計和選型階段，對主要過程設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計計算。在生產(chǎn)過程中采用了堿貯槽，設(shè)計規(guī)格為22202000；次鈉貯槽，設(shè)計規(guī)格為19001700；尿素高位槽，設(shè)計規(guī)格為24001200；氧化液貯槽，設(shè)計規(guī)格為24001760；氧化反應(yīng)管，設(shè)計規(guī)格

3、為1084/763，L=6500；五層塔蒸發(fā)器，設(shè)計規(guī)格為480500，數(shù)量為一臺。對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢進(jìn)行了計算，并設(shè)計了處理流程。關(guān)鍵詞：水合肼；工藝；尿素法；物料恒算Annual output of 50 tons of hydrazine hydrate (40%) device process designAbstract In view of the hydrazine hydrate production status, designed with urea production process, design for the annual production scale o

4、f 50 tons, product type is 40 percent hydrazine hydrate. With raw materials for the production process, oxidation of, out of liquid alkali, refined hydrazine of evaporation, hydrazine hydrate fine slip, and waste treatment process. In the design, with the raw materials, of Synthesis, Analysis of pie

5、ces of liquid alkali, refined hydrazine of evaporation, hydrazine hydrate fine slip and post-treatment processes were material balance and energy balance for equipment selection and design of the Basis, and to identify the unit of raw material consumption products.In equipment design and selection p

6、hase, the main process equipment design and calculation. In the production process used in the base receptacle, the design specifications for 22202000; the sodium tank, the design specifications for 19001700; urea high slot, the design specifications for 24001200; oxide liquid storage tanks, the des

7、ign specifications for 24001760; oxidation of the design specifications for 1084/763，L=6500; five-story tower evaporation, the design specifications for 480500, as the number one. The production process of the waste was calculated and designed the process.Key words: Hydrazine hydrate； process； Urea

8、method； Material is constant 第1章 概 述1.1 原料規(guī)格1.1.1 NaOH(30%)溶液組成 NaOH 30% NaCl 5% Na2CO3 1% Fe2O3 0.01% H2O 63.99%1.1.2 干燥氯氣（含氯95%）組成 Cl2 95% H2O 0.04% 其他氣體 4.96%1.1.3 尿素 含N46.3%，即含(NH2)2CO99.2%1.1.4 添加劑MgSO47H2O，含量99.5%1.2 產(chǎn)品規(guī)格1.2.1 分子式：N2H4H2O1.2.2 結(jié)構(gòu)式：H2NNH2H2O1.2.3 分子量：50.061.2.4 水合肼(Hydrazine Hy

9、drate)又名水合聯(lián)氨，是肼的一種水化合物(N2H4H2O)，純品為無色透明的油狀液體。工業(yè)上一般應(yīng)用含量為40%-80%的水合肼水溶液或肼的鹽。水合肼具有強(qiáng)堿性和吸濕性。水合肼是一種無色透明油狀液體，有淡氨味，在濕空氣中冒煙，具有強(qiáng)堿性和吸濕性。冰點-51.7，熔點小于-40，沸點118.5，相對密度為1.032(21/4，指21的水合肼與4的水的密度比)，表面張力(25)74.0N/m，折光指數(shù)1.4284，生成熱-242.71kJ/mol，閃點(開杯法)72.8。水合肼液體以二聚物形式存在，與水和乙醇混溶，不溶于乙醚和氯仿；它能侵蝕玻璃、橡膠、皮革、軟木等，在高溫下分解成N2、NH3和

10、H2；水合肼還原性極強(qiáng)，與鹵素、HNO3、KMnO4等激烈反應(yīng)，在空氣中可吸收CO2產(chǎn)生煙霧。1.3 設(shè)計依據(jù)1.3.1設(shè)計條件選廠地址：湖南省吉首市吉鳳工業(yè)園最高氣溫：38C 最低氣溫：-2C平均溫度：20C 相對濕度：80%夏 季: 東南風(fēng) 冬 季: 西北風(fēng)1.3.2 水合肼在國內(nèi)外的消費(fèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景國外生產(chǎn)和消費(fèi)概況水合肼是應(yīng)用十分廣泛的有機(jī)精細(xì)化工原料，目前全球水合肼產(chǎn)能已達(dá)20多萬噸/年（按含肼量100%折算），其中歐洲約占總產(chǎn)能35%，亞洲約為34%，美洲約為30%，其他地區(qū)1%，主要生產(chǎn)企業(yè)有美國的奧林公司(甲酮連氮法)、德國拜耳公司(甲酮連氮法)、法國阿托公司(過氧化氫法)、

11、日本三菱瓦斯化學(xué)公司(過氧化氫法)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，世界消費(fèi)市場對肼的需求不斷減少。目前世界水合肼市場估計約8萬9萬噸(不計中國)，消費(fèi)領(lǐng)域大致為農(nóng)藥32、發(fā)泡劑33、水處理劑20、其它15。今后國外水合肼新的消費(fèi)發(fā)展方向主要是ADC發(fā)泡劑和汽車氣囊發(fā)生劑疊氮化鈉將增加。 目前全球水合肼市場年需求量約8萬-9萬噸，目前世界水合肼市場估計約8萬9萬噸(不計中國)，消費(fèi)構(gòu)成大致為農(nóng)藥32%、發(fā)泡劑33%、水處理劑20%、其他15%。發(fā)達(dá)國家需求量逐年降低，發(fā)展中國家尤其是亞洲國家需求增長迅猛，已成為全球最重要的消費(fèi)市場之一。我國的生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景我國從20世紀(jì)50年代開始生產(chǎn)水合肼

12、， 2006年生產(chǎn)能力達(dá)到約8.5萬噸/年，是世界上最主要的水合肼生產(chǎn)國家之一。我國生產(chǎn)水合肼的廠家約有20多家，生產(chǎn)規(guī)模(按100水合肼計)超過20萬噸年，現(xiàn)在大部分生產(chǎn)的水合肼裝置均為制造ADC發(fā)泡劑配套的淡肼裝置。主要的生產(chǎn)廠家有朗盛亞星化學(xué)(維坊)有限公司(生產(chǎn)能力為1.2萬噸/年)、湖南株洲化工集團(tuán)有限責(zé)任公司(生產(chǎn)能力為0.6萬噸/年)、浙江巨化股份有限公司(生產(chǎn)能力為0.5萬噸/年)、四川宜賓天原股份有限公司(生產(chǎn)能力為1.0萬噸/年)、河北滄州大化股份有限公司(生產(chǎn)能力為0.5萬噸)、河北冀衡集團(tuán)有限公司(生產(chǎn)能力為0.5萬噸/年)、華南珠化集團(tuán)公司(生產(chǎn)能力為0.5萬噸/年)

13、、江蘇索普集團(tuán)公司(生產(chǎn)能力為0.5萬噸/年)等。除此之外，國內(nèi)還有一些中小型企業(yè)依托附近的氯堿企業(yè)或者尿素生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)水合肼，生產(chǎn)規(guī)模大都在0.1- 0.3萬噸/年之間。這些ADC企業(yè)主要集中在河北、河南、江蘇、浙江和福建等地。另外，中原大化集團(tuán)公司、黑龍江黑化集團(tuán)公司、青海黎明化工有限公司、山西豐喜集團(tuán)公司等大型化工企業(yè)也計劃建設(shè)萬噸級水合肼生產(chǎn)裝置。我國水合肼的生產(chǎn)絕大多數(shù)采用改性尿素法生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格除國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的含水合肼40、80兩種外，還根據(jù)用戶要求生產(chǎn)35、55、60、85等非國標(biāo)要求的不同規(guī)格的商品水合肼。目前我國水合肼生產(chǎn)廠家多、布點分散、規(guī)模小、能耗高、效益低下，產(chǎn)品

14、質(zhì)量不穩(wěn)定，與國際水平差距較大，無法參與國際競爭及滿足國內(nèi)外市場需求。對高品質(zhì)的電子用和醫(yī)藥用產(chǎn)品仍需要較大量的進(jìn)口，國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)不能滿足。目前，我國水合肼的總消費(fèi)量約為8.5萬噸，其中ADC、發(fā)泡劑消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的69.0%，醫(yī)藥和農(nóng)藥占23%，電廠鍋爐水除氧劑的用途占消費(fèi)量的5%，其他占3%。肼系農(nóng)用化學(xué)品涉及殺菌劑、殺蟲劑、除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑，近幾年的需求增速達(dá)到年均20。用肼及肼系中間體制備的藥物品種繁多，2007年后的需求增長率每年都超過25。肼用作水處理劑的需求在不斷擴(kuò)大。主要用于大型電站鍋爐、核電站的水處理、熱水循環(huán)系統(tǒng)、油井套管，其需求近幾年的需求增長也在20年以上。

15、隨著農(nóng)藥、醫(yī)藥、水處理等方面需求量的不斷增加, 預(yù)計到2013 年,我國對水合肼的總需求量將達(dá)到約15.7萬噸/年。前幾年，由于日本、韓國、美國和法國等國家和地區(qū)擁有較大的水合肼生產(chǎn)能力，而這些國家的需求量有限，因此具有較強(qiáng)的出口能力，而我國水合肼的需求量穩(wěn)步增加，逐漸成為全球重要的消費(fèi)市場，因此日本和韓國的水合肼大量出口到我國，美國和法國也看好我國的良好市場前景。2001年我國水合肼的進(jìn)口量為6123噸，2003年增加到7857 噸，2004年隨著國內(nèi)產(chǎn)量的增加，進(jìn)口量有所減少, 但也達(dá)到4374噸。基于此種情況，我國水合肼生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受到很大影響。為此，自2005年6月17日起，我國針

16、對進(jìn)口的水合肼反傾銷措施，仍將持續(xù)。根據(jù)中華人民共和國反傾銷條例第四十八條規(guī)定，商務(wù)部決定自2010年6月17日起，對原產(chǎn)于日本、韓國、美國和法國的進(jìn)口水合肼所適用的反傾銷措施進(jìn)行期終復(fù)審調(diào)查。繼續(xù)實施反傾銷措施。水合肼下游產(chǎn)品國內(nèi)需求量不斷增加，特別是三氮唑類產(chǎn)品大量依賴進(jìn)口，價格不斷上漲，而國內(nèi)生產(chǎn)三氮唑類產(chǎn)品的廠家不多，進(jìn)一步開發(fā)和研制水合肼的下游產(chǎn)品，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近年來國內(nèi)水合肼市場供需缺口較大，致使價格不斷上漲，隨著國內(nèi)工程塑料、醫(yī)藥、農(nóng)藥的迅速發(fā)展及鍋爐除氧劑需求的不斷增長，水合肼需求仍將保持增長勢頭，加之由于我國反傾銷措施的實施，國外產(chǎn)品進(jìn)入我國的準(zhǔn)入門檻變高，水合肼

17、(80)價格一直處于較高的狀態(tài)，自2008年以來一直保持在2萬元噸左右。因此，大力發(fā)展水合肼產(chǎn)業(yè)勢在必行。1.3.3 產(chǎn)品的理化性能、包裝運(yùn)輸物理性質(zhì)水合肼又稱水合聯(lián)氨，具有強(qiáng)堿性和吸濕性。純品為無色透明的油狀液體，有淡氨味，在濕空氣中冒煙，具有強(qiáng)堿性和吸濕性。工業(yè)上一般應(yīng)用含量為40%-80%的水合肼水溶液或肼的鹽。熔點：-40，沸點：118.5，閃點(開杯法)：72.8，相對密度(水=1)：1.032(21/4，指21的水合肼與4的水的密度比)，蒸汽壓：72.8，比 重：1.03（21） ，表面張力(25)：74.0mN/m ，折光指數(shù)：1.4284，生成熱：-242.71kJ/mol。

18、化學(xué)性質(zhì)水合肼液體以二聚物形式存在，與水和乙醇混溶，不溶于乙醚和氯仿；它能侵蝕玻璃、橡膠、皮革、軟木等，在高溫下分解成N2、NH3和H2；水合肼還原性極強(qiáng)，與鹵素、HNO3、KmnO4等激烈反應(yīng)，在空氣中可吸收CO2，產(chǎn)生煙霧。 外觀與性狀：無色透明的油狀發(fā)煙液體，微有特殊的氨臭味，在濕空氣中冒煙，具有強(qiáng)堿性和吸濕性。 包裝及運(yùn)輸、貯存危險標(biāo)記：20(堿性腐蝕品)用鐵桶包裝，內(nèi)涂環(huán)氧樹脂或襯聚乙烯，每桶凈重200kg或由供需雙方商定。包裝前鐵桶內(nèi)必須用水洗凈、干燥,以免桶內(nèi)雜質(zhì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)貯存在陰涼、通風(fēng)、干燥的庫房中，不得與氧化劑、植物纖維混貯，庫溫在40以下。運(yùn)輸過程中應(yīng)遠(yuǎn)離明火、火花

19、,不得與氧化劑、植物纖維混運(yùn)。應(yīng)避免陽光照射。容器必須密封。裝卸時要輕拿輕放,防止包裝破損。屬無機(jī)堿性腐蝕物品，危規(guī)編號：GB 8.2類82020。UN NO.2030;IMDG CODE 8182頁。8.2類。副危險6.1類。失火時,可用水、砂土及各種滅火器撲救。1.4 產(chǎn)品主要用途由于肼有兩個親核的氮和四個供置換的氫原子，它可合成許多衍生物，它能與氧、硫、磷、氨結(jié)合為37個原子的雜環(huán)?？梢园岩粋€雜環(huán)變成另一個雜環(huán)，也能供單雜環(huán)生成多環(huán)的結(jié)構(gòu)。因此可制備多種物質(zhì)，用途極其廣泛。其中ADC、發(fā)泡劑消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的69.0%，醫(yī)藥和農(nóng)藥占23%，電廠鍋爐水除氧劑的用途占消費(fèi)量的5%，其他占3

20、%。1.4.1 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用由1-氯酞嗪與水合肼反應(yīng)得到的肼苯噠嗪(Hgdralazine)為抗高血壓藥物，主要是直接擴(kuò)張血管，降低動脈平滑肌對各種激動劑的反應(yīng)，常用于中度高血壓的治療；由異煙酸與水合肼縮合生成的異煙肼(又名雷米封，Isoniazid)，主要用于抗結(jié)核桿菌感染， 能治療浸潤性肺結(jié)核病，結(jié)核性淋巴腺濃瘍。其毒性小，口服易于被吸收，穿透性強(qiáng)。水合肼與鄰苯二甲酸酐以及三氯氧磷等反應(yīng)制得的雙肼嗪(Dirhydralazine)可直接用于周圍血管，降低血壓，通常用于治療高血壓，尤其是適用于腎功能不全和舒張壓高的患者。水合肼與乙酸乙酯以及二硫化碳等反應(yīng)制得噻二唑，是一種重要的醫(yī)藥中間體

21、，主要用于生產(chǎn)抗菌素類藥物，如唑啉頭孢菌素、頭孢替安、頭孢唑啉鈉、頭孢孟多等。3,4,5-三甲氧基苯甲酸甲酯與水合肼反應(yīng)生成的3,4,5-三甲氧基苯甲酰肼是一種重要的醫(yī)藥中間體，主要用于生產(chǎn)抗菌增效素TMP，TMP是一種新型口服光譜抗菌藥物，為二氫葉酸還原酶抑制劑。由水合肼合成的阿普唑侖，又名三唑安寧，用于焦慮不安、頑固性失眠及癲癇，其作用與地西泮相似，但安眠、鎮(zhèn)靜作用較地西泮強(qiáng)3-5倍，且具有抗抑郁作用、抗驚厥和肌松作用。由對乙酰氨基苯甲酸與水合肼以及硫氰酸在冰醋酸中合成的氨硫脲能抑制結(jié)核菌、麻風(fēng)菌，使菌體形態(tài)發(fā)生變化、染色質(zhì)改變, 對結(jié)核型麻風(fēng)治療效果好。1.4.2 在農(nóng)藥上的應(yīng)用由水合肼

22、合成硫酸肼后，再與硫氰銨反應(yīng)得到雙硫脲，再在鹽酸中閉環(huán)而得2-氨基-5-巰基-1,3,4-噻二唑，最后與甲醛縮合而制得的葉枯寧，又名葉青雙，是一種安全高效的內(nèi)吸性殺菌劑，用于防治早、中、晚稻秧田和本田的白葉枯病，具有優(yōu)良的預(yù)防和治療效果，持效期在15天以上。由4-甲基-2-氨基苯并噻唑鹽酸鹽在乙二醇中與水合肼中反應(yīng)生成4-甲基-2-肼基苯并噻唑，再在二甲苯溶劑中加入甲酸擴(kuò)環(huán)制得的三環(huán)唑(Tricy- clazole)，是一種內(nèi)吸性殺菌劑，對水稻稻瘟病有特殊的防效，防治效果優(yōu)良。由氨基腈與水合肼在甲酸中縮合環(huán)化而得的氨基三唑，是一種性能優(yōu)良的除草劑。由順丁烯二酸酐與水合肼反應(yīng)而制得的馬來酰肼(M

23、aleic Hydrazide)，是一種選擇性除草劑和暫時性植物生長抑制劑，用于防止土豆、洋蔥、大蒜、蘿卜儲藏期發(fā)芽，并有延長作物開花的作用，也可以用于非耕地除草。1.4.3 在塑料、橡膠和染料工業(yè)中的應(yīng)用由水合肼、尿素與硫酸縮合而得中間體聯(lián)二脲，再經(jīng)氧化而得的偶氮二甲酰氨，是通用型發(fā)氣量大的發(fā)泡劑，廣泛應(yīng)用于聚乙烯、聚丙烯、ABS樹脂、氯丁橡膠等多種材料的合成。由苯磺酰氯與水合肼反應(yīng)制得的苯磺酰肼，可作為制鞋工業(yè)用的泡沫材料的發(fā)泡劑，也可以廣泛應(yīng)用于聚氯乙烯、聚酯、聚酰胺、丁苯橡膠、丁基橡膠等的發(fā)泡。由2-氨基苯并噻唑用硫酸二甲酯甲基化后再與水合肼縮合而得的3-甲基-2-苯并噻唑酮腙，是生產(chǎn)

24、陽離子深黃色GL、陽離子熒光黃4GL、陽離子紫2RL的中間體。以水合肼、石灰氮和碳酸氫銨(鈉)為原料，可以制得合成染料用中間體氨基胍碳酸鹽。1.4.4用于合成分析試劑和燃料由3-硝基苯二甲酸與水合肼環(huán)合、還原制得的3-氨基苯二甲酰肼，可用作分析試劑和指示劑。由水合肼與二硫化碳在堿性條件下反應(yīng)制得的2,5-二巰基- 1,3,4-巰代二氮唑，是一種重要的分析試劑，與鉍反應(yīng)呈現(xiàn)紅色，與銅反應(yīng)呈現(xiàn)褐色，與鉛反應(yīng)呈現(xiàn)黃色沉淀，用于比色測定鉍，光度測定銻、鈀。由水合肼、苯甲醛為原料，經(jīng)縮合、甲基化而制得的甲肼, 是一種高能火箭燃料, 其燃燒性能比偏二甲肼和肼更為優(yōu)越。第2章 生產(chǎn)原理及工藝流程敘述2.1

25、生產(chǎn)原理2.1.1 反應(yīng)原理水合肼工業(yè)生產(chǎn)方法主要有拉西法、尿素法、酮連氮法和過氧化氫法4種，拉西法環(huán)境污染嚴(yán)重，設(shè)備投資大，產(chǎn)品收率低，在國外已經(jīng)基本上被淘汰。尿素法能耗和物耗高，生產(chǎn)的粗肼中含有大量的氯化鈉、碳酸鈉及氫氧化鈉等雜質(zhì)，環(huán)保壓力比較大。酮連氮法明顯優(yōu)于拉西法，其合成收率接近理論值，能耗約為拉西法的13。雙氧水法是酮連氮法的改進(jìn)，即采用雙氧水替代次氯酸鈉作為氧化劑，從而避免了次氯酸鈉作為氧化劑帶來的副產(chǎn)大量鹽的問題，是一種清潔生產(chǎn)工藝，目前國外重要的水合肼生產(chǎn)商多采用此法。空氣氧化法目前還沒有實現(xiàn)工業(yè)化。目前國內(nèi)主要采用尿素法(Schestator法)工藝。 合成反應(yīng)如下 NH2

26、CONH2+NaClO+2NaOH NH2NH2+NaCl+ Na2CO3+H2O該反應(yīng)屬于霍夫曼酰胺降解反應(yīng)。在這個反應(yīng)中，尿素（即碳酰胺）的分子中氮原子上的一個氫原子被氯取代，生成N-氯代酰胺，N-氯代酰胺在堿的作用下失去了一個分氯化氫，生成一個含六個價電子一價氮原子的中間體，這種中間體稱為氮烯，由于氮烯的結(jié)構(gòu)決定了它是一種極活潑的反應(yīng)中間體，能發(fā)生多種類型的反應(yīng)。由于它存在時間極短，一般是在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，之后即進(jìn)行下一步反應(yīng)。它在堿的作用下，發(fā)生重排生成異腈酸酯水解生成水合肼和鹽。該法實質(zhì)上是拉西法的改進(jìn)，用尿素代替氨作氮源，避免了大量的氨循環(huán)。過程簡單，合成收率比拉西法高(大于72%

27、)，方法成熟，技術(shù)易掌握。每回收lkg水合肼，需蒸出2025kg水，其主要反應(yīng)歷程如下：NH2CONH2+OCl NH2CONHCl + OH （1）NH2CONHCl NH2CONCl NH2CON（2）NH2CON O=C=NNH2 （3）O=C=NNH2 + NaOH NH2NH2 + Na2CO3（4）本階段主要副反應(yīng)有: (NH2)2CO+2NaOH 2NH3+Na2CO3(NH2)2CO+3NaClO+2NaOH N2+3NaCl+2H2O+Na2CO3 (NH2)2H2O+2NaOH N2+2NaCl+3H2O另外，氧化反應(yīng)所需的次氯酸鈉采取自行配置的方法，由燒堿與氯氣反應(yīng)所得，

28、反應(yīng)式如下： 2NaOH+Cl2 NaClO+NaCl+H2O同時，在通氯過量及溫度過高時，發(fā)生如下副反應(yīng)： 3NaClONaClO3+2NaCl所以整個生產(chǎn)系統(tǒng)水合肼收率的高低取決于次鈉合成反應(yīng)和水合肼合成反應(yīng)的控制好壞。2.1.2 精肼液蒸發(fā)為了將水和鹽從精肼液中分離出來，處理精肼液的蒸發(fā)裝置，一是采用連續(xù)蒸發(fā)器；二是采用五層塔蒸發(fā)器。鑒于水合肼生產(chǎn)過程中采用一般蒸發(fā)器蒸發(fā)的工藝不成熟，在操作上有許多問題難以解決，所以本設(shè)計水合肼的蒸發(fā)系統(tǒng)采用五層塔蒸發(fā)。通過五層塔蒸發(fā)，精肼液中的水合肼以氣態(tài)形式從塔頂排出經(jīng)絲網(wǎng)除霧后進(jìn)入精餾塔，且為了降低五層塔中的固相含濕量，在每層板上設(shè)計了耙齒以提高氣

29、體擴(kuò)散速率。塔板上留下的鹽堿渣停機(jī)后打開入孔用水沖洗。2.1.3 水合肼精餾水合肼精餾塔屬于減壓操作，它與蒸發(fā)系統(tǒng)一起，由兩臺噴射泵并聯(lián)抽真空，使蒸發(fā)系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)維持真空狀態(tài)。本工藝精餾塔屬物料的沸點氣進(jìn)料系統(tǒng)，由塔釜得成品，設(shè)計回流比為1:1(為了較好控制回流比，塔頂冷凝器排放的廢水也裝一流量計)。精餾塔提餾段及精餾段均采用填料散堆，填料高度，提餾段4米，精餾段6米。2.2 工藝流程2.2.1 工藝流程圖本工段的生產(chǎn)工藝流程圖如下：混合氣 循環(huán)上水 循環(huán)下水緩沖罐緩沖槽塔頂冷凝器 水蒸氣低壓蒸汽再沸器40%精餾塔精餾塔成品貯槽成品泵 循環(huán)水槽 成品水合肼2.2.2 工藝流程敘述蒸發(fā)得到的水

30、合肼和水的混合氣進(jìn)入精餾塔，在-0.08MPa的真空下精餾。在精餾塔內(nèi)含肼液體經(jīng)再沸器升溫進(jìn)一步分離，塔頂餾分為含微量水合肼的水蒸氣，水蒸氣經(jīng)塔頂冷凝器冷卻后，一部分回流（精餾塔的回流比為1:1），一部分排放。塔釜的餾分即為水合肼，到一定時間后經(jīng)計量槽計量后進(jìn)入成品貯槽，最后計量包裝。低壓蒸汽經(jīng)再沸器升溫進(jìn)入精餾塔。循環(huán)水進(jìn)入塔頂冷凝器然后再從塔頂冷凝器出去。 從塔頂冷凝器出來的水蒸氣先到緩沖槽，再由水噴射泵轉(zhuǎn)入循環(huán)水槽中。第3章 物料衡算和熱量衡算 40%水合肼生產(chǎn)過程分為原料配置（次氯酸鈉配置和尿素液配置），水合肼合成，冷凍析堿，蒸發(fā)，精餾等5個主要工序。3.1 水合肼生產(chǎn)過程物料衡算3.

31、1.1 次氯酸鈉配置物料衡算原料1NaOH(30%)溶液組成NaOH 30%、NaCl 5%、Na2CO3 1%Fe2O3 0.01%、 H2O 63.99%2干燥氯氣（含氯95%）組成 Cl2 95% H2O 0.04% 其他氣體 4.96%物料衡算設(shè)生成100kg次氯酸鈉溶液，含有效氯7.5%，同時考慮次氯酸鈉分解，收率定為95%。反應(yīng)式： 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O 71 74.51.次氯酸鈉溶液中NaClO的量：1007.5% = 7.8697 kg考慮到95%的收率，則NaClO的量為：7.869795% = 8.2839 kg2.反應(yīng)物 (1)

32、NaOH的量： 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O 402 74.5 m1 8.2839 m1 = =8.8955 kg 折30%的燒堿液量為：8.895530% = 29.6517 kg(2)氯氣量： 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O 71 74.5 58.5 18 m2 8.2839 m3 m4 m2 = = 7.8947 kg 析含量95%的干燥氯氣為：7.894795% = 8.3102 kg3.生成物 (1)NaClO的量為：7.8697 kg (2)NaCl的量為：m3 = = 6.5048 kg (3)H2O的量為：m

33、4 = = 2.0015 kg4.游離堿量 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，游離堿含量為11%左右，則游離堿量為：10011% = 11kg 折30%的燒堿溶液為：1130% = 36.6667 kg5.30%燒堿帶入的組分 30%燒堿總量為：29.6517+ 36.6667 = 66.3184 kg。其中各組分為： (1)NaCl: 66.31845% = 3.3159 kg (2)Na2CO3: 66.31841% =0. 6632 kg (3)Fe2O3: 66.31840.01% = 0.0066 kg(4)H2O: 66.318463.99% = 42.4371 kg 6.干燥氯氣帶入的水為： 8.3

34、1020.04% = 0.0033 kg 7.為配置100kg含有效氯為7.5%的次鈉溶液，配堿加入的水為： 100-7.8697-11-3.3159-6.5048-0.0066-42.4371-2.0015-0.6632-0.0033=26.1979 kg物料平衡表 1.投入量 1008.265kg (1)30%燒堿 663.184 kg (反應(yīng)需要堿296.517 kg，游離堿366.667 kg) (2)干燥氯氣(含氯95%) 83.102 kg (3)配堿加入的水 261.979 kg 2.產(chǎn)出量 1000 kg (1)游離堿(100%) 110 kg (2)NaCl 98.207 k

35、g (其中30%堿液帶入的33.159kg,反應(yīng)生成54.048 kg) (3)Na2CO3 6.632 kg (30%堿液帶入) (4)H2O 706.398 kg (其中30%堿液帶入 424.371 kg,氯氣帶入0.033 kg,配堿加入261.979 kg,反應(yīng)生成20.015 kg) (5)Fe2O3 0.066 kg (30%堿液帶入) (6)NaClO 78.697 kg (反應(yīng)生成) 3.氣體逸出及其它損耗量 8.264 kg (1)干燥氯氣帶入其它氣體:83.1024.96% = 4.122 kg (2)NaClO分解生成物的總量：82.8395% = 4.142 kg3.

36、1.2 水合肼合成物料衡算原料 1.NaClO溶液，有效氯含量7.5% 2.尿素含N46.3%，即含(NH2)2CO99.2% 3.添加劑MgSO410H2O，含量99.5% 重量為尿素重量的2%物料衡算以1000kg粗肼液為計算基準(zhǔn)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，用含有效氮7.5%左右的次氯酸鈉溶液合成水合肼，所得粗肼液組成為：N2H4H2O 2.9%、 Na2CO3 9.6%、 NaCl 12.8%NaOH 1%、 (NH2)2CO 1%、 H2O 72.7%水合肼合成反應(yīng)式： (NH2)2CO + NaClO + 2NaOH = (NH2)2H2O + NaCl + Na2CO3 60 50 m 1000

37、2.9%1.反應(yīng)物 (1).(NH2)2CO: 70% = 49.714kg 折商品尿素為:49.71499.2% = 50.115kg (2)尿素:有效氯=1:1.17 則NaClO為:50.1151.17 = 61.525kg 折含有效氯7.5%的次氯酸鈉溶液為: 61.5257.5% = 820.333kg (3).添加劑MgSO47H2O 50.1152% =1.002kg 折含量為99.5%的商品MgSO47H2O為:1.00299.5% = 1.007kg2.生成物 (1)(NH2)2H2O:10002.9%=29kg (2)NaCl:61.52558.774.5=48.312kg

38、 (3)Na2CO3: 61.52510674.5=87.539kg3.配尿素加水量 粗肼液除水外其它組分總量為:1000(1-72.7%)=273kg 則加水量為:1000-273-820.33370.64%=147.517 kg物料平衡表1.投入量 1018.972kg (1)次氯酸鈉溶液 820.333kg (2)尿素 50.115kg (3)添加劑MgSO47H2O : 1.007kg (4)配尿素加水 147.517 2.產(chǎn)出量 1000 kg (1)(NH2)2H2O 29kg (2)Na2CO3 96kg (3)NaCl 128kg (4)NaOH 10kg (5)(NH2)2C

39、O 10kg (6)H2O 727kg3.添加劑及尿素發(fā)生副反應(yīng)的損失量: 18.972 3.1.3 冷凍析堿物料衡算合成的粗肼合組成 N2H4H2O 2.9%、 Na2CO3 9.6%、 NaCl 12.8%NaOH 1%、 (NH2)2CO 1%、 H2O 72.7%物料衡算1.本工序的物料衡算以1000 kg粗肼為計算基準(zhǔn),各種組分的量為:(1)(NH2)2H2O 29 kg (2)Na2CO3 96 kg (3)NaCl 128 kg (4)NaOH 10 kg (5)(NH2)2CO 10 kg (6)H2O 727 kg2.冷凍析堿過程中析出的Na2CO310H2O為X 100%=

40、5% X=170.872kg3.純堿析出后溶液量為 1000-170.872=829.128kg(1)(NH2)2H2O 29kg (2)Na2CO3 96-170.872106/286=32.67kg (3)NaCl 128kg (4)NaOH 10kg (5)(NH2)2CO 10kg (6)H2O 727-170.872180/286=619.458kg4.該溶液的重量組成分別為(1)(NH2)2H2O 3.5% (2)Na2CO3 3.94% (3)NaCl 15.44% (4)NaOH 1.21% (5)(NH2)2CO 1.21% (6)H2O 74.7%5.設(shè)析出的純堿分離出來時

41、帶出的水溶液量為Y Y/(170.872+Y)100%=5% Y=8.993kg 則分離純堿帶出的各組分的量為： (1)(NH2)2H2O 0.315kg (2)Na2CO3 0.354 kg (3)NaCl 1.388 kg (4)NaOH 0.109 kg (5)(NH2)2CO 0.109kg (6)H2O 6.718kg6.析堿后溶液中各組分的剩余量為: (1)(NH2)2H2O 29-0.315=28.685kg (2)Na2CO3 32.67-0.354=32.316kg (3)NaCl 128-1.388=126.612kg (4)NaOH 10-0.109=9.891kg (5

42、)(NH2)2CO 10-0.109=9.891kg (6)H2O 619.458-6.718=612.74kg 合計: 820.135kg(分離純堿帶出的水合肼,造成水合肼?lián)p耗為1.09%,分離出的純堿含水量水合肼0.2%)3.1.4 五層塔的物料恒算以1000kg精肼液為計算基準(zhǔn)。本生產(chǎn)系統(tǒng)的蒸發(fā)裝置采用五層塔蒸發(fā)器。經(jīng)五層塔蒸發(fā)，水合肼絕大部分蒸發(fā)出來，少量的水合肼殘留在固體之中。根據(jù)其它單位的生產(chǎn)測定，無冷凍析堿的水合肼生產(chǎn)工藝中，五層塔的洗液中含碳酸鈉135g/l時，洗液中帶有4g/l的水合肼，推算出100g總固量帶水合肼1.166g。對有冷凍析堿的水合肼生產(chǎn)工藝，也按此計算總固量中

43、的含肼量。按析堿后的精肼液組成得出1000kg精肼液蒸干后，固體總量為218kg，從而得殘留水合肼量為：218/1001.166=2.542kg則蒸發(fā)出的水合肼量為： 35-2.542=32.458kg即1000kg 精肼液蒸發(fā)后可得含水合肼的蒸汽量為：779.458kg，其中： 水合肼 32.458kg 水 747kg (五層塔蒸發(fā)造成的水合肼?lián)p耗7.3%) 3.1.5 精餾物料衡算根據(jù)各生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)控制指標(biāo)，精餾過程中廢水中的水合肼含量為0.1g/l，以1000kg水合肼蒸氣為計算基準(zhǔn)設(shè)精餾塔頂廢水量為P，塔底產(chǎn)品為W，則總物料衡算式為： P+W=1000對水合肼組分的衡算為： P+40

44、%W=100032.458/779.458 得：P=895.87kg W=104.13kg（精餾過程中的水合肼?lián)p耗0.22%，廢水中的水合肼含量為0.01%）3.1.6單位產(chǎn)品原料消耗推算推算物料衡算生產(chǎn)50t水合肼產(chǎn)品消耗的原料。本推算從產(chǎn)品倒推原料消耗。1.50t水合肼(40%)消耗水合肼蒸汽為：1000/104.1350=480.169kg精餾塔排放的廢水量為：480.169895.87/1000=430.169kg2.水合肼蒸汽消耗精肼液量：430.3381000/779.458=552.099kg3.精肼液消耗粗肼液量： 552.0991000/820.135=673.181kg4.

45、粗肼液消耗的原料量：(1)消耗次氯酸鈉溶液量： 673.181820.333/1018.972=541.951kg(2)消耗尿素量： 673.18150.115/1018.972=33.108kg(3)消耗添加劑MgSO47H2O量： 673.1811.007/1018.972=0.665kg(4)配尿素加水量： 673.181147.517/1018.972=97.457kg尿素液濃度：33.108/(33.108+97.457)100%=25.36%5.次氯酸鈉溶液消耗的原料：(1)消耗30%的燒堿： 541.951663.184/1000=359.413kg(2)消耗氯氣： 541.95

46、183.102/1000=45.037kg(3)配堿加入的水： 541.951261.979/1000=141.980kg配堿濃度：359.41330%/(359.413+141.980)100%=21.13%3.1.7 根據(jù)以上計算得出50t40%水合肼消耗為1.燒堿(30%) 359.413103kg2.氯氣(含氯95%) 45.037103kg3.尿素(含N46.3%) 33.108103kg4.添加劑(MgSO47H2O) 0.665103kg5.工藝水 239.437103kg （其中配燒堿用水141.980103kg，配尿素用水97.457103kg）3.2 水合肼生產(chǎn)過程熱量衡算

47、3.2.1 次鈉反應(yīng)槽熱量衡算及換熱面積計算次氯酸鈉的小時流量：541.951103/(30024)=0.0753103kg/h;燒堿的小時流量：359.413103/(30024)=0.0499103kg/h;氯氣的小時流量：45.037103/(30024)=0.00626103kg/h;配堿冷凝水小時流量：141.980103/(30024)=0.01972103kg/h;次鈉液的小時流量：541.951103/(30024)= 0.0753103kg/h;尿素的小時流量：(33.108+0.665+97.457) /(30024) 103=0.01823103kg/h;粗肼液的小時流量

48、：673.181/(30024) 103=0.0935103kg/h.收入熱1.反應(yīng)熱 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O + 24.7Kcal/mol Q1=0.07537.5%74.5/71103103/74.5) 24.7=1964.69Kcal/h2.稀釋熱燒堿溶液稀釋熱：30%為868.5310-2J/kg(262.5cal/KgNaOH) 20%為-34.8910-2J/kg(-290cal/kgNaOH) Q2=0.049910330%(290-262.5) =411.675cal/h =0.41kcal/h3.30%燒堿帶入熱 30%液堿40時的比

49、熱，0.856kcal/kg 氯堿工業(yè)理化常數(shù) Q3=0.04991030.85640=1708.58kcal/h4.氯氣帶入熱 40時氯氣的比熱8.276cal/mol氯堿工業(yè)理化常數(shù) Q4=0.0062610008.2767140=29.19kcal/h5.配堿冷凝水帶入熱 Q5=0.01972103180=1577.6kcal/h6.總收入 Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=5280.47kcal/h支出1.次鈉液帶走熱 次鈉液的比熱 0.886kcal/kg Q6= 0.07531030.88620=1334.32kcal/h2.惰性氯體移走熱，及自然散熱在計算中忽略不計。3.需移走的

50、熱量 Q=Q-Q6=5280.47-1334.32=3946.15kcal/h4.換熱面積計算 冷凍鹽水 -10 10 t1 = 20 次 鈉 20 10 t2 = 10 tm =(t1t2)/ln(t1/t2)=14.43 帶攪拌器的蛇管換熱器，k取值范圍為396610kcal/m2h 取500kcal/ m2h 根據(jù)q=kFtm 得F=q/ktm=3946.15/(50014.4)=0.548m2 考慮操作波動，取20%的富余量，則換熱面積為0.685m25. 冷凍量，考慮10%的冷損 則冷凍量為 Q冷=3946.151.1=4340.765kcal/h=0.434萬kcal/h6. 冷凍鹽水量及流速 (1)冷凍鹽水量 Q冷=m 0.64810-(-10)=0.434104m=334.88kg/h=0.3349t/h 體積流量 V=0.3349/1.286=0.2604m3/h=0.m3/s (2).管內(nèi)流速 選用蛇管換熱器,盤管選 573.5 S=0.00196m2 則流速 v=0./0.00196=0.0369m/s3.2.2 氧化反應(yīng)管熱量衡算及換熱面積計算反應(yīng)熱計算1. 根據(jù)反應(yīng)熱導(dǎo)出HfNaClO(l)2NaOH(l) + Cl2(g) = NaClO(l) + NaCl(l) + H2O(l) + 24.7kcal/mol