【正文】 寧夏大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)fdfsafh工藝設(shè)計(jì)姓 名： 王康洲 指導(dǎo)教師： 陳學(xué)文 院 系： 化工學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 提交日期： 目 錄中文摘要………………………………………………………………2外文摘要……………………………………………………………………………31．總論…………………………………………………………………………4 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)………………………………………………………………4 概述…………………………………………………………………………… 設(shè)計(jì)題目…………………………………………………………7 設(shè)計(jì)具體類容范圍及設(shè)計(jì)階段………………………………………用途及市場需要…………………………………8………………………………………8………………………………………………………………………來源……………………………………8 ………………………………………8………………………………………8……………………………………………8 ………………………………………………………………8 ………………………………………………………………82．生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定……………………………………………83．生產(chǎn)流程簡述…………………………………………………………………144．工藝計(jì)算……………………………………………………………………16 原始條件…………………………………………………………16 物料衡算…………………………………………………………16 合成塔物料衡算……………………………………………………18 ………………………………………………19 …………………………………………………19 …………………………………………………25 ………………………………………………………29 熱交換器熱量計(jì)算…………………………………………………35 水冷器熱量計(jì)算………………………………………………………36 氨分離器熱量核算……………………………………………………39 5. 主要設(shè)備選型…………………………………………………………………39 廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算………………………………………………………40 計(jì)算條件…………………………………………………………………40 官內(nèi)給熱系數(shù)α計(jì)算……………………………………………………41 管內(nèi)給熱系數(shù)αi計(jì)算…………………………………………………42 總傳熱系數(shù)K 計(jì)算……………………………………………………43 平均傳熱溫差m Δt 計(jì)算………………………………………………44 傳熱面積…………………………………………………………………45 ……………………………………………………………466. 環(huán)境保護(hù)與安全措施……………………………………………………………47 ………………………………………………………………………48 化學(xué)沉淀—A/ O 工藝處理合成氨廢水………………………………49 合成氨尾氣的回…………………………………………………………50………………………………………………………………………51 防毒…………………………………………………………………52 防火……………………………………………………………………53 防爆……………………………………………………………………54 …………………………………………………………………55…………………………………………………………………56 ……………………………………………………………………57結(jié)束語……………………………………………………………………………40注釋………………………………………………………………………………40參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………42致謝…………………………………………………………………………………43附錄…………………………………………………………………………………43年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：詹益民（黃山學(xué)院化學(xué)系，黃山，安徽 245000）摘 要：介紹合成氨合成生產(chǎn)工藝流程，著重通過對此工藝流程的物料衡算，能量衡算確定主要設(shè)備選型。關(guān)鍵詞：氨合成； 生產(chǎn)工藝； 物料衡算； 能量衡算； 設(shè)備選型 PRODUCES 80,000 TONS OF AMMONIA SYNTHESIS PROCESS DESIGNDirector：XXX Associate Director：XXX（Dept. of Chemistry，HuangShan College, China, 245000）Abstract：Introduction of ammonia synthesis production process, highlighted by this process of material balance calculate, energy calculation confirming the main equipment selection.Key Words：Ammonia synthesis, Production process, Material calculation, Energy calculation, Selection of equipment1 總論氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。 同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè),合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70 %的比例，稱之為“化肥氨”；同時氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30 %的比例,稱之為“工業(yè)氨”。世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個階段。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析, 未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會出現(xiàn)原則性的改變, 其技術(shù)發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期, 改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo), 進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)[1]。(1) 大型化、集成化、自動化, 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg 公司的“基于釕基催化劑KAAP 工藝”,將會在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。氨合成工藝單元主要以增加氨合成轉(zhuǎn)化率(提高氨凈值) ,降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量為主，開發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更加合理的合成塔及其內(nèi)件。 開發(fā)低壓、高活性合成催化劑, 實(shí)現(xiàn)“等壓合成”。(2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的有效途徑。實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,延長運(yùn)行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長運(yùn)行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來越受到重視。設(shè)計(jì)任務(wù)書是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目的和依據(jù)：產(chǎn)量：80 kt/a 液氨放空氣（惰性氣Ar +CH4 ）：17% 原料：新鮮補(bǔ)充氣N2 24%，H2 %，Ar %，CH4 % 合成塔進(jìn)出口氨濃度：%，% 放空氣:（惰性氣Ar +CH4 ）～17% 合成塔操作壓力 32 MPa （絕壓） 精練氣溫度 40℃ 水冷器出口氣體溫度 35 ℃ 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差 年工作日 310 d計(jì)算基準(zhǔn) 生產(chǎn)1t氨：年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容范圍及設(shè)計(jì)階段本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為合成氨合成工段的設(shè)計(jì)，具體包括以下幾個設(shè)計(jì)階段： 1. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。 2. 進(jìn)行化工計(jì)算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計(jì)算。 3. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（PID）。 4. 進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)備平立面布置圖。 5. 進(jìn)行管路配置設(shè)計(jì)，并繪制管路布置圖。 6. 撰寫設(shè)計(jì)說明書。、用途及市場需要 (1) 氨的物化性能合成氨的化學(xué)名稱為氨，%。氨是一種無色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕，熔點(diǎn)－℃；沸點(diǎn)－℃。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，；。極易溶于水，常溫（20℃）常壓下，一個體積的水能溶解600個體積的氨；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個體積水能溶解1300個體積的氨氨的水溶液稱為氨水，呈強(qiáng)堿性。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果[2]。氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。氨在高溫下(800℃以上)分解成氮和氫；氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。氨的自燃點(diǎn)為630℃，氨在氧中易燃燒，燃燒時生成藍(lán)色火焰。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。～28％，～82％。液氨或干燥的氣氨，對大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對銅、銀、鋅等有腐蝕作用[3]。(2) 氨的用途氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。還可以將氨加工制成各種含氮復(fù)合肥料。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨。可見，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無機(jī)鹽等工業(yè)部門。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料?，F(xiàn)代國防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。此外，氨還是常用的冷凍劑。合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動了許多科學(xué)技術(shù)部門的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等。同時，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個重要部門[4]。市場需要據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997 。2000 。%%。我國1996 ,2000 年將達(dá)36Mt,2020 年將增加至45Mt。即今后20 倍。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長的路要走。未來我國合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會超過石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。它的發(fā)展將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此,我國現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。我國七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30 多套大化肥裝置,耗費(fèi)巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時,也受到國外的制約。今后應(yīng)利用國內(nèi)開發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù),自力更生,立足國內(nèi),走出一條具有中國特色的社會主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。過去引進(jìn)建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。當(dāng)今走老廠改造擴(kuò)建的道路,可使投資節(jié)省1/2—2/3。節(jié)省的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。 氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過精制的氫氮混合氣在催化劑的作用下多快好省地合成為氨。對于合成系統(tǒng)來說，液體氨即是它的產(chǎn)品。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來分類[3]。(1)高壓法操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。故流程、設(shè)備都比較緊湊。但因?yàn)楹铣尚矢?，放出的熱量多，催化劑溫度高，易過熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮?，對設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。(2)中壓法操作壓力為20～60MPa，溫度450～550℃，其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。因?yàn)楹铣蓧毫Φ拇_定，不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來考慮。從動力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。但功耗決不但取決于壓力一項(xiàng)，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況?？偟膩砜?，在1