【正文】 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工藝設(shè)計 姓 名： 趙營 指導(dǎo)教師： 詹益民 院 系： 化學(xué)系 專 業(yè)： 制藥工程 提交日期： 2020年 3 月 19 日 目 錄 中文摘要 ??? ?? ??? ??? ??? ??? ??? ?? ?? 2 外文摘要 ????????????????????????????? 3 1． 總論 ???????????????????????????? 4 設(shè)計任務(wù)的依據(jù)???????????????????????? 4 概述 ??? ??????????????????? ? ?????? 設(shè)計題目 ?????? ?????????????? ?? 7 設(shè)計具體類容范圍及設(shè)計階段 ?????????????? ? 7 設(shè)計的產(chǎn)品的性能、用途及市場需要????????????? 8 簡述產(chǎn)品的幾種 生產(chǎn)方法及特點??????????????? 8 產(chǎn)品方案??????????????????????????? 8 設(shè)計產(chǎn)品所需要的主要原料規(guī)格、來源?????????????? 8 設(shè)計產(chǎn)品所需要的主要原料來源??????????????? 8 涉及產(chǎn)品所需要的主要原料規(guī)格??????????????? 8 生產(chǎn)中產(chǎn)生有害物質(zhì)和處理措施????????????????? 8 氨氣和液氨???????????????????????? 8 合成氨廢水 ???????????????????????? 8 2． 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定 ??????????????? ?? 8 3． 生產(chǎn)流程簡述 ????????????????????????? 14 4． 工藝計算 ?????????????????????????? 16 原始條件?????????????????????? 16 物料衡算?????????????????????? 16 合成塔物料衡算???????????????????? 18 氨分離器氣 液平衡計算?????????????????? 19 冷交換器氣液平衡計算??????????????????? 19 液氨貯槽氣液平衡計算??????????????????? 25 液氨貯槽物料計算????????????????????? 29 熱交換器熱量計算??????????????????? 35 水冷器熱量計算????????????????????? 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)備工藝計算????????????????????? 40 計算條件????????????????????????? 40 官內(nèi)給熱系數(shù)α計算???????????????????? 41 管內(nèi)給熱系數(shù)α i 計算??????????????????? 42 總傳熱系數(shù) K 計算??????????? ????????? 43 平均傳熱溫差 m Δ t 計算?????????????????? 44 傳熱面積????????????????????????? 45 主要設(shè)備選型匯總??????????????????????? 46 6. 環(huán)境保護與安全措施 ??????????????????????? 47 環(huán)境保護??????????????????????????? 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 安全措施??????????????????????????? 51 防毒????????????????????????? 52 防火?????????????????????????? 53 防爆?????????????????????????? 54 防燒傷????????????????????????? 55 防機械傷???? ????????????????????? 56 防觸電?????????????????????????? 57 結(jié)束語 ????????????????????????????? 40 注釋 ?????????????????????????????? 40 參考文獻 ??????????? ???????? ?????? ??? 42 致謝??????????????????????????????? 43 附錄 ??????????????????????????????? 43 年產(chǎn) 8萬噸合成氨合 成工藝設(shè)計 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 DESIGN Director： 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 equipment 1 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化學(xué)和有機 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、提高運行周期 , 改善經(jīng)濟性”的基本目標(biāo) , 進一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運行”等方面進行技術(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)濟性、增強競爭力”的有效途徑。 實施與環(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)運轉(zhuǎn)的可靠性 ,延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟性、增強競爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù) ,包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進控制技術(shù)等將越來越受到重視。 設(shè)計任務(wù)的依據(jù) 設(shè)計任務(wù)書是項目設(shè)計的目的和依據(jù)： 產(chǎn)量： 80 kt/a 液氨 放空氣 （惰性氣 Ar +CH4 ）： 17% 原料：新鮮補充氣 N2 24%， H2 %， Ar %， CH4 % 合成塔進出口氨濃度： %， % 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)機進出口壓差 年工作日 310 d 計算基準(zhǔn) 生產(chǎn) 1t 氨 概述 設(shè)計題目：年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計 設(shè) 計具體內(nèi)容范圍及設(shè)計階段 本次設(shè)計的內(nèi)容為合成氨合成工段的設(shè)計，具體包括以下幾個設(shè)計階段： 1. 進行方案設(shè)計，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。 2. 進行化工計算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計算。 3. 繪制帶控制點的工藝流程圖 （ PID） 。 4. 進行車間布置設(shè)計，并繪制設(shè)備平立面布置圖。 5. 進行管路配置設(shè)計，并繪制管路布置圖。 6. 撰寫設(shè)計說明書。 設(shè)計的產(chǎn)品的性能、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，氮含量為 %。氨是一種無色具有強烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕，相對密度 ，熔點－ ℃；沸點－℃。標(biāo)準(zhǔn)狀況下， 1 米 3氣氨重 公斤； 1 米 3液氨重 公斤。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)。氨的自燃點為 630℃，氨在氧中易燃燒，燃燒時生成藍色火焰。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常溫下氨在空氣中的爆炸范圍為 ～ 28％，在氧氣中為 ～ 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?？梢?，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 :1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達 。 2020 年產(chǎn)量將達 。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量的 %和 %。我國 1996 年合成氨產(chǎn)量已達,2020 年將達 36Mt,202