【正文】 42 結(jié)束語 43 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 前 言 合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。以其為原料可制 化肥、 塑料、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品。作為生產(chǎn)氨的原料氣 CO 和 H2 合成氣，可進(jìn)行綜合利用，以聯(lián)產(chǎn)甲醇及羰基合成甲酸、醋酸等一系列碳化工產(chǎn) 品。物盡其用，減少排放物對(duì)環(huán)境的污染，提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，已成為當(dāng)今合成氨工藝生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。 國(guó)際上對(duì)氨的需求，隨著人口的增長(zhǎng)和對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)的需求和環(huán)境綠化面積的擴(kuò)大而不斷增加。 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 第 1 章 總 論 節(jié) 設(shè)計(jì)依據(jù)與指導(dǎo)思想 設(shè)計(jì)依據(jù) 本設(shè)計(jì)以北京化工大 學(xué)下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，見畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。 指導(dǎo)思想 (1) 本設(shè)計(jì)力求做到技術(shù)先進(jìn)，切合實(shí)際，經(jīng)濟(jì)核算，安全適用，在以上前提下提出的專業(yè)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)積極采用 國(guó)內(nèi)的技術(shù)革新成果，努力開發(fā)新技術(shù)，貫徹工藝與設(shè)備共舉的方針，加強(qiáng)了工藝流程與裝備的配套開發(fā)設(shè)計(jì)。整體貫徹 “工廠布置一體化，專業(yè)生產(chǎn)露天化，建筑物輕型化，公用工程社會(huì)化，引用工程國(guó)產(chǎn)化 ”的 “五化 ”設(shè)計(jì)原則。 (2) 氨合成工段的設(shè)計(jì)原則 ① 以節(jié)能為中心，采用有效地的節(jié)能措施，提高余熱的回收利用率，降低各項(xiàng)消耗，通過合成氨蒸汽自給提高經(jīng)濟(jì)效益。 ② 采用各項(xiàng)節(jié)能措施，力求技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，簡(jiǎn)單易行，用材省投資少。 ③ 減少環(huán)境污染，加大環(huán)境力度。 ④ 設(shè)計(jì)的流程必須符合工業(yè)生產(chǎn)的目的和要求，以確保生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。 ⑤ 充分利用原料，未反應(yīng)物要從生產(chǎn)的產(chǎn)品中分離出來，回收并循環(huán)使用副產(chǎn)物要加工成產(chǎn)品，并盡量減少?gòu)U物的產(chǎn)生和排放。 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 節(jié) 設(shè)計(jì)范圍與技術(shù)要求 設(shè)計(jì)范圍 本設(shè)計(jì)是中小型合成氨廠氨合成工段的工藝設(shè)計(jì)，其中主要合成工藝設(shè)計(jì)和主要設(shè)備設(shè)計(jì)。 生產(chǎn)規(guī)模 根據(jù)任務(wù)書，本設(shè)計(jì)采用年產(chǎn) 6 萬噸的生產(chǎn)規(guī)模。 原料動(dòng)力消耗定額和消耗量 原料動(dòng)力消耗定額和消耗量 如表 表 原料動(dòng)力消耗定額和消耗量表 名稱 規(guī)格 / 3Nm/h 消耗定額 / 3Nm/h 消耗量 / 3Nm/h 備注 新鮮氣 2H :％ 300 天 /年 節(jié) 原理說明 生產(chǎn)原理說明 氨合成反應(yīng)的基本原理 氨合成反應(yīng)的化學(xué)方程式為： 3 2H + 2N ≒ 2 3NH +Q 由反應(yīng)式可以看出以下特點(diǎn) ⑴ 氨合成反應(yīng)是可逆反應(yīng) 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 ⑵ 這是一個(gè)放熱反應(yīng) ⑶ 由三個(gè)分子的氫和一個(gè)分子的氮（共四個(gè)氣體分子）合成得到二個(gè)分子的氨。因此，氨合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的過程，也就是體積縮小的過程。從平衡觀點(diǎn)出發(fā)，溫度愈底，壓力愈高則反應(yīng)愈趨向合成氨的方向移動(dòng)，達(dá) 到平衡時(shí)混合氣體中的氨含量達(dá)到最大值。 氨合成的機(jī)理 有固體觸媒存在下，氣體之間的反應(yīng)可按次序分為七個(gè)步驟 a. 氫和氮的絕大部分，自外表向催化劑的毛細(xì)口內(nèi)部擴(kuò)散，到達(dá)內(nèi)表面； b. 氫和氮（個(gè)別或同時(shí)）被催化劑表面（主要是內(nèi)表面 ）的活性吸附； c. 吸附后的氣體，反應(yīng)氣體混合物氫和氮從氣象主體擴(kuò)散到鐵催化劑的外表； d. 在表面上起化學(xué)反應(yīng)，生成一系列中間化合物后，形成吸附態(tài)的氨； e. 氨從催化劑表面上的脫吸； f. 脫吸后的氨從毛細(xì)孔組織內(nèi)部向外表面擴(kuò)散； g. 氨從催化劑表面擴(kuò)散到氣體主體； 以上七步中， a 和 g 為擴(kuò)散過程， b 和 f 是內(nèi)擴(kuò)散過程， c， d， e總稱化動(dòng)力學(xué)過程。 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 第 2 章 工藝流程的選擇確定 由氨合成的主要特點(diǎn)進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)選擇 因?yàn)榘钡暮铣墒芑瘜W(xué)平衡的限制，單程合成效率較低，所以分氨后未反應(yīng)的氣體必須返回合成塔，進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。由于氨的合成過程是一個(gè)放熱過程，反應(yīng)后塔壁的溫度會(huì)升高，為保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能量的充分利用，原料氣分主，副兩條線進(jìn)入合成塔，主線氣體從熱交換器換熱后進(jìn)入合成塔，副線氣體直接進(jìn)入合成塔，與主線氣體混和后進(jìn)行反應(yīng)。 該流程具有以下特征 1. 氨合成反應(yīng)熱未充分予以回收，利用副產(chǎn)蒸汽。 2. 流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資低。 3. 放空位置設(shè)在惰性氣含量最高，氨含量較低處以減少氨和原料損失。 4. 新鮮氣和循環(huán)氣中油，水分及雜質(zhì)可通過氨冷卻器降溫，從油分離器中除去。 催化劑的選用 近年來國(guó)產(chǎn)氨合成催化劑發(fā)展很快，小合成氨廠使用的氨催化劑絕大部分是國(guó)產(chǎn)系列，主要有 A106， A110， A 2110? ， A 3110? ， A 4110? ，A201， A301等催化劑。 小型合成塔催化劑容積利用系數(shù)高，空速大，若采用小顆粒催化劑將使阻力增大。一般情況下用 ～ 和 ～ mm 的顆粒為宜。催化劑筐上層反應(yīng)速度快，則上層可裝小顆粒催化劑，下層反應(yīng)速度減慢，內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 內(nèi)擴(kuò)影響小，宜裝大顆粒催化劑。本設(shè)計(jì)選用 A 2110? 型催化劑，在反應(yīng)溫度范圍內(nèi)活性大，易還原。 第 3 章 化工工藝設(shè)計(jì)說明 節(jié) 生產(chǎn)工藝流程的說明 氣體走向： 由壓縮機(jī)六段來的新鮮氣和冷交二出（熱出）出來的氣體匯合一起進(jìn)入臥式氨冷器管內(nèi)被殼程液氨冷卻降溫，進(jìn)入氨分，分離下的液氨去中間槽，分離后的氣體進(jìn)入冷交，由下沿冷交中心管上行至冷交上部換熱器管內(nèi)，與管外冷交熱進(jìn)氣換熱提高溫度后，由上管口導(dǎo)出，去循環(huán)機(jī)提壓，經(jīng)循環(huán)油分分離油水后，分為三路 。一路為系統(tǒng)近路去熱交二次出口，另一路約 30%循環(huán)氣由合成塔上部進(jìn) 入塔內(nèi)件與外筒環(huán)隙下行，升高溫度，并降塔壁溫度，由塔底出來，溫度 ~90℃。塔底出來的氣一部分為 f3 冷激氣進(jìn)入徑向混合器調(diào)節(jié)徑向段溫度，另一部分塔底出來的氣與第三路 70%的循環(huán)氣匯合，與熱交管內(nèi)的熱氣進(jìn)行熱交換，提高溫度 ~178℃從熱交下部導(dǎo)出并分為四路：一路做 f1 冷激氣調(diào)節(jié)二軸床層溫度