氨水配製裝置的製作方法

2023-04-26 23:17:56

本實用新型涉及一種氨水配製裝置，主要用於工業氨水的生產，屬於化工生產技術領域。

背景技術：

氨是一種無色氣體，有強烈的刺激氣味。其極易液化，在常壓下冷卻至-33.5℃或在常溫下加壓至700～800KPa，氣態氨就液化成無色液體。液氨加熱或減壓就可氣化，氣化時吸收大量的熱(20℃，1187.2kj/kg)。氨極易溶於水，常溫常壓下1體積水可溶解700倍體積氨，溶於水時放出巨大的熱(20℃，764.1kj/kg液氨)。氨的水溶液俗稱氨水。市售工業氨水的濃度為25％～28％。

氨水呈弱鹼性，廣泛應用於化工、化肥等行業。在化工上主要用於中和酸，或用於吸收含有酸性氣體的尾氣，使用數量巨大。有時，市售氨水的濃度不符合使用要求，在使用時還需要稀釋配製稀氨水。另外，運輸同等質量的有效氨，市售氨水運輸費用約是液氨運輸費用的四倍。可見，採用液氨配製氨水的方法務實而經濟。

液氨溶於水配製氨水，並非易事，一是因為液氨壓力高，二是氣化吸熱，溶解放熱，如果裝置設計不合理或操作不當，有可能發生安全事故。近年，國內出現了多種配製氨水的裝置，但都存在很多問題。

中國專利公開的一種內循環冷卻氨水製備裝置(CN204563951U)和氨水製備系統(CN205288123U)，都採取先將液氨氣化再溶解的方式，存在鋼瓶內的氨不能徹底用盡，浪費部分原料，更換鋼瓶時難免部分逸出，汙染環境，安全風險高的問題。

中國專利公開的一種配製氨水的裝置(CN201148352Y)，採用液氨直接溶解的方式，同樣存在著鋼瓶內的氨不能徹底用盡，浪費部分原料，更換鋼瓶時難免部分逸出，汙染環境的問題。另外，尾氣採用循環水吸收，而循環水無冷卻設施，在夏季溫度較高時，吸收塔頂難免有氨氣逸出，汙染環境。

中國專利公開的一種液氨稀釋裝置及其使用方法(CN105561818A)，採用「超級吸氨器」使液氨直接溶於水。上海威亮化工科技有限公司推出的液氨製備氨水的超級吸氨新工藝，與該專利報導的技術類似。該裝置生產能力大，但結構複雜，投資費用高，且要準確計量液氨與軟水的流量，操作難度高，靈活性差，此外，同樣存在著液氨鋼瓶或槽車內的氨不能徹底用盡，浪費部分原料的問題。

一些中小企業使用不同濃度的氨水，而且每種濃度的氨水需求數量不多，這就要求氨水配製裝置操作靈活。目前，尚無合適的氨水配製裝置及方法。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於解決現有技術中存在的上述問題，研究設計了一種氨水配製裝置，徹底用盡液氨鋼瓶內的氨，充分利用液氨的氣化熱，節約能耗，操作簡單、靈活，成本低，過程安全。

本實用新型的技術方案是：一種氨水配製裝置，包括循環泵和冷卻器，循環泵的出口與冷卻器的管程入口連接，其中，還包括液氨鋼瓶、緩衝罐、噴射器和配氨罐，液氨鋼瓶設有氣氨出口和液氨出口，氣氨出口位於液氨出口的上方，氣氨出口與緩衝罐的氣氨入口連接，液氨出口與緩衝罐的液氨入口連接，緩衝罐的出氨口與噴射器的真空口連接，噴射器的入口與冷卻器的管程出口連接，噴射器的出口與配氨罐頂部的循環入口連接，配氨罐底部的出料口與循環泵的入口連接；

所述緩衝罐的外部設有夾套Ⅰ，配氨罐的外部設有夾套Ⅱ，夾套Ⅰ的出口與夾套Ⅱ的入口連接，夾套Ⅱ的出口與冷卻器的殼程入口連接；

所述循環泵的出口分別連接氨水管和取樣管。

本實用新型中，所述液氨鋼瓶的液氨出口依次通過液氨瓶閥、液氨管、液氨閥和壓力管道視鏡與緩衝罐的液氨入口連接，液氨鋼瓶的氣氨出口依次通過氣氨瓶閥、氣氨管和氣氨閥與緩衝罐的氣氨入口連接；

所述緩衝罐的出氨口通過加氨閥連接噴射器的真空口；

所述配氨罐底部的出料口通過泵前閥與循環泵的入口相連，循環泵的出口通過泵後閥與冷卻器的殼程入口相連接；

所述循環泵的出口通過氨水閥連接氨水管，通過取樣閥連接取樣管。

所述緩衝罐的內部設有插底管，插底管的頂部連接出氨口，緩衝罐的頂部設有放空口和測壓口，放空口通過放空閥Ⅰ連接放空管Ⅰ，測壓口連接壓力-真空兩用計Ⅰ。

所述配氨罐的內部設有溫度計套管和導筒，溫度計套管內插入溫度計，導筒內插入液位計的浮筒，配氨罐的頂部設有放空口、測壓口和加水口，其中放空口通過放空閥Ⅱ連接放空管Ⅱ，測壓口連接壓力-真空兩用計Ⅱ,加水口通過加水閥連接供水管。

所述噴射器為水噴射真空泵。

所述循環泵為無洩漏泵，循環泵的出口處連接壓力表。

所述冷卻器為列管式換熱器，其中冷卻器的管程走循環氨水，冷卻器的殼程走冷卻水，冷卻器的殼程出口通過循環水回水閥連接循環水回水管。

本實用新型的有益效果：

(1)液氨鋼瓶內的氨通過自身壓力流出，並結合真空吸出，無殘留，無浪費；

(2)循環水依次流經緩衝罐的夾套、配氨罐的夾套和體外強化換熱的冷卻器的殼程，利用液氨氣化吸熱先冷卻自身，再用於冷卻溶解放熱升溫的氨水，節能降耗；

(3)裝置全封閉操作，避免氨氣揮發逸出汙染環境，並設有多種儀表監測操作過程，過程安全；

(4)裝置投資省，間歇操作，可用於配製各種濃度不同數量的氨水，操作靈活。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖中：1液氨鋼瓶；2緩衝罐；3噴射器；4配氨罐；5循環泵；6冷卻器；7液氨瓶閥；8氣氨瓶閥；9液氨管；10氣氨管；11循環水上水管；12循環水上水閥；13插底管；14夾套Ⅰ；15壓力管道視鏡；16液氨閥；17氣氨閥；18放空閥Ⅰ；19放空管Ⅰ；20壓力-真空兩用計；21加氨閥；22出氨口；23夾套Ⅱ；24導筒；25溫度計套管；26浮筒；27溫度計；28液位計；29放空管Ⅱ；30壓力-真空兩用計Ⅱ；31供水管；32放空閥Ⅱ；33加水閥；34循環水回水管；35循環水回水閥；36氨水管；37泵後閥；38氨水閥；39取樣閥；40取樣管；41壓力表；42泵前閥。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。

如圖1所示為本實用新型的氨水配製裝置，包括液氨鋼瓶1、緩衝罐2、噴射器3、配氨罐4、循環泵5和冷卻器6。液氨鋼瓶1下部的液氨出口依次通過液氨瓶閥7、液氨管9、液氨閥16和壓力管道視鏡15與緩衝罐2上部的液氨入口連接，液氨鋼瓶1上部的氣氨出口依次通過氣氨瓶閥8、氣氨管10和氣氨閥17與緩衝罐2上部的氣氨入口相連連接，其中氣氨出口位於液氨出口的上方。緩衝罐2上部的出氨口22通過加氨閥21連接噴射器3側部的真空口，噴射器3底部的出口與配氨罐4頂部的循環入口連接，配氨罐4底部的出料口通過泵前閥42與循環泵5的入口連接，循環泵5的出口通過泵後閥37與冷卻器6的管程入口相連接，冷卻器6的管程出口與噴射器3頂部的入口連接。緩衝罐2的外部設有夾套Ⅰ14，配氨罐4的外部設有夾套Ⅱ23，夾套Ⅰ14上部的出口連接配氨罐4的夾套Ⅱ23底部的入口，配氨罐4的夾套Ⅱ23上部的出口連接冷卻器6下部的殼程入口。

本實施例中，液氨鋼瓶1用於盛裝液氨，採用標準的工業液氨鋼瓶，有400L(裝200kg)和800L(裝400kg)兩種規格，液氨鋼瓶1臥式放置，兩個瓶閥垂直於地面，液氨瓶閥7位於氣氨瓶閥8的正下方。為協助控制氨水濃度，設置與地面齊平的地磅，將液氨鋼瓶1置於其上。

緩衝罐2採用HG/T 3109-2009規定的立式橢圓形封頭、可拆蓋的儲罐，容積100L，滿足低壓操作的要求。夾套Ⅰ14底部的入口通過循環水上水閥12連接循環水上水管11，緩衝罐2內設有插底管13，用於抽吸液氨或倒入的氨水。插底管13的頂部連接出氨口22。緩衝罐2的頂部設有放空口和測壓口，放空口通過放空閥Ⅰ18連接放空管Ⅱ19，放空閥Ⅰ18平時處於關閉狀態，只在事故時視情打開。測壓口安裝量程為-0.1～2.5MPa的壓力-真空兩用計Ⅰ20，壓力-真空兩用計Ⅰ20用於檢測供氨系統的壓力狀態，判斷液氨鋼瓶1的氨用完與否，確保操作安全。緩衝罐2起緩衝作用使加氨平穩進行，暫時盛裝倒吸的氨水，使部分液氨氣化，並通過夾套Ⅰ14內的循環水暫時儲存液氨氣化釋放的冷量。

本實施例的噴射器3為單級水噴射泵，其型號為ZSL-1-60型，抽氣量為60m3/h。噴射器3的材質可選碳鋼或不鏽鋼。噴射器3用於噴射產生真空，把液氨鋼瓶1和緩衝罐2及其連接管路中的氨全部吸入，使之與水混合溶於水。

本實施例的配氨罐4採用HG/T 3109-2009規定的立式橢圓形封頭儲罐，容積1000L，滿足低壓和負壓操作的要求。其外部的夾套Ⅱ23用於冷卻罐內的氨水。配氨罐4的頂部設有液位口、測溫口、放空口、測壓口和加水口，液位口位於中心位置。液位口處安裝套筒24，套筒24內插入液位計28的浮筒26，液位計可以採用頂裝式磁翻板或錶盤式液位計，本實施例採用頂裝式、量程為0～1650mm的錶盤液位計。測溫口處安裝有溫度計套管25，溫度計套管25內插有溫度計27，溫度計27可以採用熱電阻或熱電偶溫度計，本實施例採用量程為-20～100℃的熱電阻溫度計。放空口通過放空閥Ⅱ32連接放空管Ⅱ29，放空閥Ⅱ32處於常關狀態，只在首批加水、排淨體系內的空氣時才打開。測壓口連接量程為-0.1～0.6MPa的壓力-真空兩用計Ⅱ30，加水口通過加水閥33連接供水管31。液位計28、溫度計27和壓力-真空兩用計Ⅱ30分別監測配氨罐4內氨水的液位、溫度及氣相壓力，確保操作安全。配氨罐4用於配製、混勻、儲存氨水，並提供氣相空間，避免氨氣壓力過高，確保安全。同時夾套Ⅱ23內的循環水對配氨罐4起到冷卻作用，避免配氨罐4內溫度過高。

循環泵5採用無洩漏的磁力驅動離心泵或屏蔽泵，避免洩漏汙染環境，具體的可選擇CQB65-50-125型磁力驅動離心泵，流量25m3/h，揚程20m。循環泵5出口為四個分支：一分支連接量程為0～0.25MPa的壓力表41；一分支通過氨水閥38連接氨水管36；一分支通過取樣閥39連接取樣管40；另一分支通過泵後閥37與冷卻器6的管程入口連接。實現了氨水的測壓、循環、取樣和成品氨水的輸出。循環泵5用於輸送氨水，使其循環或輸送至體系外使用氨水的設備或氨水儲罐。

冷卻器6為GB151-1999規定的單管程單殼程的列管式換熱器，面積60m2。循環氨水走管程，循環冷卻水走殼程，加工、使用、維修方便，採取管程走循環氨水、殼程走循環冷卻水的換熱方式有利於強化冷卻，其上部的殼程出口通過循環水回水閥35連接循環水回水管34。冷卻器6用於冷卻氨水，增大氨的溶解度，減少揮發，並提高噴射器3的抽氣量。

本實用新型中，通過液氨鋼瓶1、緩衝罐2與噴射器3之間的連接，組成供氨系統，液氨管9和氣氨管10為帶快接頭的耐壓軟管。通過噴射器3、配氨罐4、循環泵5和冷卻器6之間的連接，組成循環系統，連續不斷地吸氨、溶氨、混合、冷卻，直至氨水濃度和溫度符合要求。通過緩衝罐2的夾套Ⅱ14、配氨罐4的夾套Ⅱ23與冷卻器6之間的連接，使循環冷卻水先接收液氨氣化放出的冷量，再冷卻氨水，使汽化熱部分抵消溶解熱，實現節能降耗。

本實用新型的配製方法包括以下步驟：

(1)準備工序：

a、檢查確認液氨鋼瓶1已連接並固定好，確認放空閥Ⅰ18、氨水閥38和取樣閥39處於關閉狀態，打開加水閥33，向配氨罐4加水使裝料係數為0.01～0.8，加畢關閉加水閥33；

b、打開泵前閥42和泵後閥37，啟動循環泵5，打開加氨閥21，當壓力-真空兩用計Ⅰ20顯示的壓力不再降低時，關閉加氨閥21和放空閥Ⅱ32，打開循環水上水閥12、循環水回水閥35，向夾套Ⅰ14、夾套Ⅱ23和冷卻器6的殼程通入循環水；

(2)配製工序：

a、打開液氨瓶閥7和液氨閥16，通過加氨閥21控制向配氨罐4加氨的速度，使溫度計27顯示的溫度在20～60℃；

b、觀察壓力管道視鏡15，當無液氨流出時關閉液氨瓶閥7和液氨閥16，打開氣氨瓶閥8和氣氨閥17，切換氣氨管10加氨；

在加氨過程中通過液氨瓶閥7或氣氨瓶閥8控制緩衝罐2內壓力≤1.6MPa，當壓力-真空兩用計Ⅰ20顯示的真空度達最大時表明液氨鋼瓶1內的氨已用完，關閉氣氨瓶閥8和氣氨閥17，更換新的液氨鋼瓶，重複本步驟的操作；

(3)檢測工序：

在配製過程中，適時取樣檢測氨水濃度，當氨水濃度超過規定的範圍下限時，關閉液氨瓶閥7或氣氨瓶閥8，關閉加氨閥21，停止加氨；當氨水濃度超過規定的範圍上限時，打開加水閥33補充適量的水；

(4)輸送工序：

當溫度計27顯示的溫度在20～40℃時，打開氨水閥38，將配好的氨水輸出，輸送完畢關閉氨水閥38，重複步驟(1)～(4)的操作。

首批加水前，打開放空閥Ⅱ32，加水完畢打開加氨閥21，通過水循環噴射產生的真空抽吸排出體系內的空氣，關閉放空閥Ⅱ32和加氨閥21；自第二批起，體系空間存在氨氣，開始全封閉操作，加水前不再打開放空閥Ⅱ32，加水後可不打開加氨閥21。

液氨鋼瓶1內存在液氨和氣氨，液氨經液氨管9供氨，氣氨經氣氨管10供氨，各行其道，利於節能。當液氨鋼瓶1內液氨液位高於液氨出口時，氣氨壓力推動液氨經液氨管9流入緩衝罐2；當液氨鋼瓶1內液氨液位低於液氨插底管入口時，液氨不能流出，切換氣氨管10供氨，殘餘液氨在減壓下氣化自然流入緩衝罐2。