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摘 要

本设计提供了一种对靛蓝生产过程钠氨工段产生的尾气进行回收再利用的工艺方案。过程将尾气经过加压、降温处理后，用循环的工艺水吸收尾气获得稀氨水和浓度较高的氢气。稀氨水通过精馏塔获得纯氨并再生循环的工艺水。为充分实现氨氢分离，在吸收塔中分别使用了常温和低温两股工艺水，后者充分利用了靛蓝生产钠氨工段气化液氨产生的冷量来冷却常温水获得，吸收后的尾气可实现充分的氨氢分离（含氨lt;0.1%）。从吸收塔顶获得的氢气中还含一定量的水汽（2.6%），本工艺采用低温干燥的方法去湿，通过控制工艺条件可获得高纯氢(gt;99.9%)。本文利用Aspend软件对全过程进行了模拟，并据此对工艺参数进行了优化选择，以使工艺过程具有较高的经济性和稳定性，该过程具有很大的实际价值。

关键词 合成染料 高纯氢 ASPEN模拟 氨回收

Process design of the preparation of Hi-purity hydrogen from the offgas of indigo production

ABSTRACT

This design provides a hydrogen recycling technology process for the production of indigo exhaust generated by sodium ammonia plant .Recycling water is used to absorb the exhaust, after it being pressurized and cooled,to obtain low concentration of ammonia sollution and high concentration of hydrogen. Dilute aqueous ammoniawill be distillated into pure ammonia and recycling water In order to fully realize the separation of

ammonia and hydrogen , two shares of process water were used in the absorber :normal temperature water and low temperature water , which is obtained by making full use of ammonia vaporization cooling water in the sodium ammonia plant of indigo production. Ammonia and hydrogen will be fully separated after being absorbered(concentration of ammonia lt;0.1%).Hydrogen obtained from the top of the absorption -tower contains some ammount of water gas(2.6%). The low-temperature drying process is used to dehumidify by controlling the process conditions to obtai-n high purity hydrigen (gt; 99.9%). In this paper, ASPEN PLUS software is used to simulate the whole process, and accordingly the process parameters were optimized to make the process has a high economic and st-ability.Therefore the process has great practical value.

Key Words Synthetic dyestuff Hi-purity hydrogen ASPEN simulation Recovery of ammonia

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 吸附法 1

1.1.1吸附分离法的原理及特点 1

1.1.2变压吸附法 2

1.2膜分离法 3

1.3氨氢分离工艺优化 3

第二章 高纯氢制备的工艺模拟 5

2.1 工艺流程简介 5

2.2 工艺过程模拟 5

2.2.1吸收部分模拟 5

2.2.2精馏部分模拟 7

2.2.3闪蒸部分模拟 9

2.2.4低温工艺模拟 11

第三章 主要设备的设计和选型 14

3.1塔设备的设计与选型 14

3.1.1 吸收塔的设计与选型 14

3.1.2 粗馏塔的设计与选型 15

3.2 换热器的设计与选型 18

3.2.1 设计条件 18

3.2.2 估算换热面积 18

3.2.3 计算传热系数及核算传热面积 21

第四章 设计总结 27

4.1 总结与讨论 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 文献综述

合成染料生产过程中会产生大量尾气，尾气中富含氨和氢气，极具利用价值。且由于化工、石油、冶金及电子工业的飞速发展， 对氢气特别是高纯氢的需求量日益增多，氢气不仅是重要的化工原料， 大量用于半导体工业、光导纤维制造非晶太阳能电池制造以及作为大型现代化工业生产的标准气川， 而且还是重要的二次能源。由于它不污染环境， 被认为是21 世纪最有应用前景的洁净能源， 因此， 氢气的制取， 特别是高纯氢气的制取成为当前的研究热点， 而氢气分离过程作为高纯氢气制备技术中一个重要且十分关键的环节， 更是引起众多研究者的兴趣， 并越来越受到重视^[1]。

目前，氢气分离的主要方法有吸附法、膜分离法、深冷法等.这三种方法各具特色，在分离效果方面存在一定的差异，三种方法的对比如表1-1所示^[2]：

表1-1 三种氢气分离方法的比较

下面将对前两种方法作详细的介绍：

1.1 吸附法

1.1.1吸附分离法的原理及特点

当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。一般说来具有吸附作用的物质是密度较高的多孔固体，叫做吸附剂如硅铝酸盐等；而被吸附的物质是密度相对较小的气体或液体，叫做吸附质。吸附按其性质不同可以分成：化学吸附、活性吸附、毛细管吸附和物理吸附^[3]。

吸附过程没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。在物理吸附中，一般来说处于气相中的气体分子所受的来自各个方向的分子吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分子运动到气、固相分界面时，气体分子将受到固相和气相中分子的引力，而来自固相分子的引力会更大，当气体分子的分子动能不足以克服这种分子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。被吸附在固体吸附剂的表面的气体分子又被称为吸附相，其分子密度远大于气相，可接近于液态的密度。对于不同的气体组分，由于其分子的大小、结构、极性等各不相同，固体吸附剂对其吸附能力和吸附容量也就各不相同；除了氢气外，其它的组分(C1 ～C 6 等)和各种杂质(CO、CO2、H2O等)被吸附下来，得到提纯的氢气(99.99% )^[4] 。吸附方法分为低温吸附法、变压吸附法、低温吸收法^[5]。

1.1.2变压吸附法

变压吸附按照操作压力的变化方式可以分为常压吸附、真空解吸，加压吸附、

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