CN104016372B

CN104016372B - 热量自交换翅片式氨水制备装置

Info

Publication number: CN104016372B
Application number: CN201410227463.1A
Authority: CN
Inventors: 李景峰
Original assignee: Inner Mongolia Normal University
Current assignee: Inner Mongolia Normal University
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: CN104016372A

Abstract

本发明公开了一种热量自交换翅片式氨水制备装置，其主要由两个半圆形筒状吸收反应器构成。吸收反应器的内侧可以与液氨钢瓶外壁紧密接触，能将液氨钢瓶包夹在两个吸收反应器中间，两个半圆形筒状吸收反应器内部装有气体分散管和翅片。本发明根据氨溶于水吸收反应过程中放出热量、液氨气化过程中吸收热量这一机理，采取将氨水制备吸收反应放出的热量与液氨气化吸收的热量相互自行直接交换的方法，既可以将反应过程产生的热量移走，保证吸收反应向产物生成的方向进行，又可以供给液氨气化稳定的气化温度，实现了反应进程的放热与液氨气化的吸热在体系内热量的直接自行交换，使得氨水制备过程在高效、稳定、不需要冷却水和电的条件下进行与完成。

Description

热量自交换翅片式氨水制备装置

技术领域

本发明属于化工生产设备及化工产品制备技术领域，尤其是涉及一种无需冷却水、无需用电的热量自交换翅片式氨水制备装置。

背景技术

氨水是实验室重要的试剂，试剂氨水的国标含量为25％。工业上用作烟气脱硫脱硝的还原剂。农业上经稀释后可用作化肥。无机工业用于制选各种铁盐。军事上作为一种碱性消毒剂，用于消毒沙林类毒剂。毛纺、丝绸、印染等工业用于洗涤羊毛、呢绒、坯布，溶解和调整酸碱度，并作为助染剂等。有机工业用作胺化剂，生产热固性酚醛树脂的催化剂。医药上用稀氨水对呼吸和循环起反射性刺激，医治晕倒和昏厥，并作皮肤刺激药和消毒药。也用作洗涤剂、中和剂、生物碱浸出剂。还用于制药工业、晒图等。

氨水制备基本原理：氨溶于水形成的水溶液叫做氨水。其反应方程式为：NH₃+H₂O→NH₃·H₂O；氨很容易溶解于水，在20℃时，一体积的水可溶解约700体积的氨；从化学平衡观点看，NH₃(气)+H₂O(液)＝NH₃·H₂O+Q，这个反应是可逆放热反应。在绝热过程中，随着反应过程的进行，溶液的温度随之升高，逆向反应速率加大，平衡氨的含量下降，当溶液温度上升到35℃时，在1大气压下，溶液稳定氨含量是25％，当温度高于35℃时，1大气压下溶液稳定氨的含量就小于25％，即在1大气压，溶液温度高于35℃情况下是无法制取合格的氨水。因此，在生产氨水过程中，必须及时移走反应过程中所放出的热量，使生产操作控制在1大气压小于35℃的情况下进行。

工业生产中反应过程所放出的热量是用水进行冷却，其操作是氨由液氨钢瓶供给，而液氨钢瓶是受环境温度控制，液氨吸热气化，通入吸收反应器内进行反应，在反应过程中用冷却水移走热量，使反应过程得以正常进行。但是，由于环境温度很不稳定，它随着季节的不同而不同，在一天中随着早、中、晚、夜的变化温度变化很大，因此，液氨钢瓶内的液氨气化速率随环境温度变化也大，也就是反应器内进氨量波动较大，当冷却水不变的情况下，使吸收反应器内的温度变化也大。另外所用的冷却水随着来源的不同，季节和早、中、晚、夜的不同，冷却水进口温度变化幅度也比较大，这也直接影响反应器内的反应温度。由于吸收反应器内温度产生大的波动，其结果，不仅影响产品质量的稳定，而且造成氨的大量浪费，使氨的利用率大幅度下降，造成环境污染，给操作带来很大困难。

目前，氨水的制备工艺主要有：鼓泡吸收、泡罩塔吸收和液氨直接吸收法。CN2873744Y实用新型公开了一种速成工业氨水制备装置，采用多个换热器，合理安排氨介质流道和水介质流道，充分利用氨水制备过程中的吸热和放热，在一个单元设备中最大限度地增大换热面积，提高换热效果，完成多次吸收反应。CN201148352Y实用新型公开了一种配制氨水的装置，大大缩短了氨水的配制时间，降低了生产成本，还避免了空气污染，改善了生产操作环境。CN101863495B发明公开了一种高效的将液氨与水配置成氨水的设备，克服了现有技术氨水配置效率低、配置所需设备多、噪音大、成品氨水浓度低、氨水浓度不均匀等缺陷。CN201940202U实用新型公开了一种由液氨制备氨水的装置，针对液氨与水混合制备氨水过程存在的问题，克服过程噪音和震动问题，同时解决热氨水的问题，提供一种高效、稳定和可靠的由液氨制备氨水的装置。CN102701233B发明公开了一种液氨吸收器及其氨水制备系统，提供一种液氨吸收器，采用新型的液氨直接吸收法制备氨水，其配套设备少，其系统投入设备少，工艺简单，自产氨水综合成本低。CN203183930U公开了一种氨水制备装置，提供了一种氨水浓度均匀、冷却效果好、节省能源、安全可靠的氨水制备装置。CN202336300U实用新型公开了一种释氨装置，具有工艺流程筒单容易操作，氨水浓度均匀并且可根据需要控制出口氨水浓度，氨损失率较低，对环境影响较小，能够连续运行，生产效率高等优点。CN103285755A发明公开了一种盘管式氨水制备一体机，具有结构设计合理，操作安全性高，氨水浓度均匀，节约能源，氨的损失较小，对环境影响小，能够连续运行，结构紧凑，换热效率高，操作更加方便等优点。

以上技术方案都针对原有不同技术缺陷做出了不同程度改进，但都没有脱离用冷却水移走反应过程释放热量这一环节，仍然存在液氨钢瓶内的液氨气化速率随环境温度变化、吸收反应器内进氨量波动、吸收反应器内产生温度波动、及水资源和能源浪费等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是根据氨溶于水反应过程中放出热量，而液氨气化过程中吸收热量这一机理，采取将氨水制备吸收反应放出的热量与液氨气化时吸收的热量进行相互自行直接交换的方法，既可以将反应过程产生的热量移走，保证吸收反应向产物生成的方向进行，又可以供给液氨气化稳定的气化温度，提供一种热量自交换翅片式氨水制备装置。

实现本发明的技术方案是：一种热量自交换翅片式氨水制备装置，主要由两个半圆形筒状吸收反应器构成。所述两个半圆形筒状吸收反应器的内侧可以与液氨钢瓶外壁紧密接触，能将液氨钢瓶包夹在两个吸收反应器中间；所述两个半圆形筒状吸收反应器的一侧由转轴相连接，吸收反应器底部装有可使其移动的万向轮，两个吸收反应器可以通过转轴做开合移动；所述两个半圆形筒状吸收反应器内部装有翅片，还装有进气管和与之相连接的气体分散管；氨水制备过程中，氨气被水吸收时反应产生的热量通过吸收反应器内的翅片及内壁传导于两个吸收反应器中间液氨钢瓶上，被钢瓶内的液氨气化过程所吸收；既可以有效地移走吸收反应所放出的热量，又可以不断地供给液氨气化所需的热量，不但使反应向产物生成的方向进行，而且为液氨提供了稳定的气化温度；实现了吸收反应的放热与液氨气化的吸热在体系内热量的直接自行交换，使得氨水制备过程在高效、稳定、不需要冷却水和电的条件下进行与完成。

所述两个半圆形筒状吸收反应器的顶部装有进气阀、排气阀，侧面装有进液阀，底部装有排液阀；两个半圆形筒状吸收反应器内部装有的翅片分布于吸收反应器内壁上，并与吸收反应器内壁相焊接；两个半圆形筒状吸收反应器内部装有的气体分散管置于吸收反应器底部，气体分散管呈半圆形弯曲，并分布有散发气体的小孔。

本发明产生的有益效果是：

1.实现了吸收反应的放热与液氨气化的吸热在体系内热量的直接自行交换，使得氨水制备过程在高效、稳定、节能的体系中进行与完成。有效地利用了体系自身放出与吸收的热量能源，避免了环境温度变化的影响，提高了反应体系中反应进程的稳定性，使生产稳定正常进行，从而保证了产品质量，节约了冷却水资源并省去水泵机械与电能的投入。

2.以热量自交换翅片式氨水制备装置生产氨水，使液氨的汽化温度与吸收反应产生的温度相适应，氨的总吸收率可提高到98％以上，大大降低了氨耗，提高了产品质量，操作简便，设备简单，不仅改善了操作条件，减少了环境污染，而且有效合理利用能源，显著提高了经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的装置结构图。

具体实施方式

为了对本发明能够详细的了解，根据实施例并结合附图作进一步详述。如图1所示，本发明的吸收反应器1主要由两个半圆形筒状吸收反应器1-1、1-2构成，1-1作为一级吸收反应器，1-2作为二级吸收反应器；两个半圆形筒状吸收反应器的内侧可以与液氨钢瓶2的外壁紧密接触，并将液氨钢瓶2包夹在1-1、1-2两级吸收反应器中间；两级吸收反应器的一侧由转轴1-3相连接，两级吸收反应器底部装有可使其移动的万向轮1-6，两级吸收反应器可以通过转轴做开合移动；两级半圆形筒状吸收反应器内部装有分布于内壁的翅片1-1-5、1-2-5，还装有进气管1-1-3、1-2-3和与之相连接的气体分散管1-1-4、1-2-4；两级吸收反应器的顶部装有进气阀1-1-1、1-2-1，排气阀1-1-2、1-2-2；侧面装有进液阀1-1-6、1-2-6，底部装有排液阀1-1-7、1-2-7；一级吸收反应器1-1顶部装有的进气阀1-1-1与液氨钢瓶的气相瓶阀2-1用导管1-4相连接，排气阀1-1-2与二级吸收反应器1-2的进气阀1-2-1用导管1-5相连接。

生产时首先将气体导管1-4连接于液氨钢瓶2的气相瓶阀2-1与一级吸收反应器1-1的进气阀1-1-1上，气体导管1-5连接于一级吸收反应器1-1的排气阀1-1-2与二级吸收反应器1-2的进气阀1-2-1上；并将进气阀1-1-1、1-2-1排气阀1-1-2、1-2-2处于开启状态；两级吸收反应器的排液阀1-1-7、1-2-7处于关闭状态；然后由两级吸收反应器1-1、1-2的进液阀1-1-6、1-2-6通入吸收反应器容积2/3～3/4的纯水；最后打开液氨钢瓶2的气相瓶阀2-1，液氨开始气化，氨气经过气体导管1-4、进气阀1-1-1进入一级吸收反应器1-1，由进气管1-1-3经气体分散管1-1-4的小孔分散于水中被水所吸收生成氨水；一级吸收反应器1-1内氨气溶于水中所放出的热量通过吸收反应器内的翅片1-1-5及内壁被与之紧密接触的液氨钢瓶2液氨汽化时要吸收的热量所交换，从而既达到了移走反应过程产生的热量，又提供了液氨气化所需的气化温度。氨气由第一级吸收反应器大部分被吸收后，少量未被吸收的氨气经排气阀1-1-2、导气管1-5通过的进气阀1-2-1进入二级吸收反应器1-2，由进气管1-2-3经气体分散管1-2-4的小孔分散于水中再次被水所吸收生成氨水；待一级吸收反应器内的吸收程度达到要求后，关闭液氨钢瓶2的气相瓶阀2-1，打开一级吸收反应器的排液阀1-1-7放出成品氨水，重新注入纯水，将二级吸收反应器1-2的排气阀1-2-2与一级吸收反应器1-1的进气阀1-1-1用导气管1-4相连接，改为二级吸收反应器，原来的二级吸收反应器1-2的进气阀1-2-1与液氨钢瓶2的气相瓶阀2-1用导气管1-5相连接，改为一级吸收反应器，继续进行吸收反应。

以下为用本发明吸收反应装置与一般方法生产氨水产量的比较，对于一个800升的液氨钢瓶，其最大充装量为400千克，生产含氨量为25％的氨水。

生产方法

氨的总吸收率

每瓶液氨可利用量

氨水产量(25％)

冷却水

水泵

电

本发明方法

98％

392千克

1568千克

×

一般方法

60％

240千克

960千克

√

由此看出以本发明的热量自交换翅片式氨水制备装置生产氨水，合理地利用自身能源的相互交换，不仅提高了液氨的利用率、增加了氨水的产量，而且节约了冷却水资源，并省去水泵机械与电能的投入，改善了操作条件，减少了尾气排放造成的环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种热量自交换翅片式氨水制备装置，主要由两个半圆形筒状吸收反应器构成，其特征是：所述两个半圆形筒状吸收反应器的内侧可以与液氨钢瓶外壁紧密接触，能将液氨钢瓶包夹在两个吸收反应器中间；所述两个半圆形筒状吸收反应器的一侧由转轴相连接，吸收反应器底部装有可使其移动的万向轮，两个吸收反应器可以通过转轴做开合移动；所述两个半圆形筒状吸收反应器内部装有翅片，还装有进气管和与之相连接的气体分散管；氨水制备过程中，氨气被水吸收时反应产生的热量通过吸收反应器内的翅片及内壁传导于两个吸收反应器中间液氨钢瓶上，被钢瓶内的液氨气化过程所吸收；既可以有效地移走吸收反应所放出的热量，又可以不断地供给液氨气化所需的热量，不但使反应向产物生成的方向进行，而且为液氨提供了稳定的气化温度；实现了吸收反应的放热与液氨气化的吸热在体系内热量的直接自行交换，使得氨水制备过程在高效、稳定、不需要冷却水和电的条件下进行与完成。

2.根据权利1所述的热量自交换翅片式氨水制备装置，其特征是：所述两个半圆形筒状吸收反应器的顶部装有进气阀、排气阀，侧面装有进液阀，底部装有排液阀。

3.根据权利1所述的热量自交换翅片式氨水制备装置，其特征是：所述两个半圆形筒状吸收反应器内部装有的翅片分布于吸收反应器内壁上，并与吸收反应器内壁相焊接。

4.根据权利1所述的热量自交换翅片式氨水制备装置，其特征是：所述两个半圆形筒状吸收反应器内部装有的气体分散管置于吸收反应器底部，气体分散管呈半圆形弯曲，并分布有散发气体的小孔。