【正文】 年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨合成工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 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(chǎng)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(jiǎn)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(yǔ)……………………………………………………………………………40注釋………………………………………………………………………………40參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………42致謝…………………………………………………………………………………43附錄…………………………………………………………………………………431 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(shí)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(shí)氨也是重要的無(wú)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(gè)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(huì)出現(xiàn)原則性的改變, 其技術(shù)發(fā)展將會(huì)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(zhǎng)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(dòng)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(huì)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(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)運(yùn)行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)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)：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)10萬(wàn)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(gè)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(chǎng)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(wú)色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無(wú)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(gè)體積的水能溶解600個(gè)體積的氨；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個(gè)體積水能溶解1300個(gè)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(shí)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?！?8％，～82％。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)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(guó)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(guó)家已大量使用液氨?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)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(wú)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。現(xiàn)代國(guó)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(dòng)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(shí)，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(guó)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(gè)重要部門[4]。市場(chǎng)需要據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997 。2000 。%%。我國(guó)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(zhǎng)的路要走。未來我國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無(wú)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(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此,我國(guó)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(guó)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(shí),也受到國(guó)外的制約。今后應(yīng)利用國(guó)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(guó)內(nèi),走出一條具有中國(guó)特色的社會(huì)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(duì)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?，?duì)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(dòng)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15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。因此，本次設(shè)計(jì)選用32MPa壓力的合成氨流程。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃。由于操作壓力和溫度都比較低，故對(duì)設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點(diǎn)。但此法所用催化劑對(duì)毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對(duì)原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。 產(chǎn)品方案產(chǎn)品的名稱：氨(NH3)；產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：液體純氨；產(chǎn)品的包裝方式：氨為高壓低溫液體，合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn)，多余部分設(shè)立氨儲(chǔ)槽儲(chǔ)存起來。、來源生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣。氮?dú)鈦碓从诳諝?，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過程中直接加入空氣來解決。氫氣來源于水或含有烴類的各種燃料，它取決于用什么方法制取。最簡(jiǎn)便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗大、成本高而受到限制?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。 主要原料規(guī)格 (1) 合成塔進(jìn)口氣體組成合成塔進(jìn)口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會(huì)積累起來，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。惰性氣體(CHAr)來源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。惰性氣體的存在，無(wú)論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)上考慮均屬有弊。但是，維持過低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。因此，循環(huán)氣中惰性