【正文】 .............................. 換熱器 2 物料衡算 ............................................................................................ 閃蒸罐物料衡算 ............................................................................................... 循環(huán)混合 器物料衡算 ........................................................................................ 30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 3 3 循環(huán)壓縮機物料衡算 ........................................................................................ 第三章 能量衡算 .................................................................................................... 全流程的能量衡算 ................................................................................................... 單個單元的能量衡算 ............................................................................................... 鼓風機熱量衡算 ............................................................................................... 換熱器 1 能量衡算 ............................................................................................ 反應器能量衡算 ............................................................................................... 換熱器 2 能量衡算 ............................................................................................ 閃蒸罐能量衡算 ............................................................................................... 循環(huán)壓縮機能量衡算 ........................................................................................ 第四章 設備的選型和計算 .................................................................................... 設備選型 .................................................................................................................. 設備簡述 .......................................................................................................... 合成塔設計 ............................................................................................................. 合成塔筒體設計 ............................................................................................... 催化劑層設計 ................................................................................................... 下?lián)Q熱器 ........................................................................................................... 層間換熱器 ....................................................................................................... 文獻引用 .................................................................................................................. 安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計 4 4 30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 摘要 ：氨是人體的基本元素之一，在糧食生產中占據(jù)著重要地位，是重要的基礎化工產品，在國民經(jīng)濟中有重要地位。 以煤炭為原材料進行合成氨的工藝流程包括原料氣的制備、凈化、壓縮合成、氨分離、原料氣循環(huán)等步驟。合成塔的主要部分為內件。氨主要用于農業(yè) ,合成氨是氮肥工業(yè)的基礎，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和有機化學工業(yè)基礎原料，用于生產銨、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。 和碳反應 : NH3+C=HCN+H2 條件加熱 （氰化氫劇毒）。 這一鮮明特點經(jīng)過 “十二五” 發(fā)展將更加突出 [3]。近年全世界合成氨供需基本趨于平衡，發(fā)展趨勢是合成氨生產轉向低價合成氨生產區(qū)， PotashCorp 公司使特立尼達 Point Lisas 合成氨生產能力達到 223 萬 t/a。 流程示意圖間圖 1 圖 1 H2 N2 原料氣的制備 凈化 壓縮 合成 分離 液氨 合成部分演示圖見圖 2 圖 2 30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 11 11 生產規(guī)格 年產量為 30萬 t,設計年生產時間 300d。一共分為三個大的部分，分別為制氣，凈化，合成。所以 ,采用中壓法是最合理的 ,也是現(xiàn)在大部分氨合成通常采用的方法。 高壓法：操作壓力 70～ 30 MPa,溫度為 550 ℃～ 650 ℃。 室溫和常壓下仿生合成氨 生物固氮是指生物體內的固氮菌通過固氮酶中特定的結構同時完成對氮分子的吸附、活化和反應的過程，在常溫、常壓下將空氣中的氮氣轉化為含氮化合物。 常溫常壓下合成氨技術還不太成熟，難以大規(guī)模商業(yè)應用。二、三、四層 (觸媒 )溫度 ,一路作為塔底副線調節(jié)一層溫度；另一路為二入主線氣體 ,通過下部換熱器管間與反應后的熱氣 體換熱、預熱后沿中心管進入觸媒層頂端 ,經(jīng)過四層觸媒的反應后進入下部換熱器管內 ,從二次出口出塔、出塔后進入廢熱鍋爐進口 ,在廢熱鍋爐中副產 25 MPa蒸氣送去管網(wǎng) ,從廢熱鍋爐出來后分成二股 ,一股進入氣氣換熱器管內與管間的冷氣體換熱 。在此基礎上，完成繪制物料流程圖（ PFD）、帶控制點的工藝流程圖（ PID）、主要設備圖、車間平面布置圖。 通過鼓風機加壓。 循環(huán)混合器物料衡算 設置參數(shù)： 物料衡算： 0108=0109+0110 0108 的物料量： Kmol/h 0109 的物料量： Kmol/h 0110 的物料量： Kmol/h 0109+0110=+==0108 物料守恒。 換熱器 2 能量衡算 換熱器 2 單元流程 能量衡算： 0105+E0102=0106 0105 的能量： 10313600 cal/sec E0102 的能量： cal/sec 0106 的能量： 16180000 cal/sec 0105+E0102===0106 能量守恒。 安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計 32 32 第四章 設備的選型和計算 設備簡述 在生產合成氨的過程中，最主要的設備為合成塔，此次設計經(jīng)過多方驗證最終選用冷激－間冷式內件，它是基于托普索節(jié)能型氨合成塔內件開發(fā)的一種高效節(jié)能的反應器。 塔厚設計： 設計溫度為 755K 即 482℃，壓力為 270atm,即 27MPA，由于合成氨有一定腐蝕性，同時反應條件為高溫高壓，所以材料的選擇必須耐腐蝕，耐高溫高壓。計算如下。 51110= hkmol/ 出口處氨的含量 由公式 ：0,00,01,011,01,03333 NHNHNHNH yyVMyy ?????? = 247。 (1+)] － 247。 表 各段催化劑床層尺寸及參數(shù)表 下?lián)Q熱器 (1) 選列管式換熱器，換熱管選擇 ，長度為 4m的無縫鋼管 冷氣進口溫度 ℃ ，出口溫度 325℃ 熱氣進口溫度 480℃ ，出口溫度 355℃ (2) 換熱負荷為第三段絕熱層生成的熱 ?? 1 2 3 絕熱層高度 1200 2340 3790 催化劑用量 催化劑活性系數(shù) 進口溫度 390 400 410 出口溫度 480 480 480 進口氨含量 出口氨含量 氨產量 催化劑反應熱 107 107 107 ,nL mm?3, ,KnVm?6 3 3, , 1 0 ( ) /nnA m h m???fE,1,KnT ? ℃,n,KT ℃3,1,%NH ny ?3, ,%NH ny3 , ,/NH nM kmol h?hKJ/30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 41 41 Q=107KJ/h (3) 傳熱系數(shù)的求取 根據(jù)設計要求，查閱《小氮肥設計手冊》， K 的取值在 350500 則取 K 的值為 2091 (4) 的計算 根據(jù)熱氣體及冷氣體的溫度，計算如下： =[(480－ )－ (355－ 325)]247。ln[(480－ 325)247。 封頭的設計 選擇橢圓形的封頭，材料為 16MnR，壁厚為反應器厚度 14mm，查表的封頭的直邊高度為 40mm，筒體外徑 2200mm，設計壓力 27Mpa，許用應力 [σ]T=110 Mpa。 （ 2） 產生高壓氣體，許多化學反應必須在高壓下反應，而氨的合成就是高壓反應。 換熱方案的確定 根據(jù)設計工藝要求，由于物流溫差較大，故選擇浮頭式換熱器。工廠管道布置需要避免各專業(yè)管網(wǎng)間的擁擠和沖突，確定 合理的間距和相對位置，使之與工廠總體布置協(xié)調，并減少生產過程中的動力消耗，節(jié)約投資、節(jié)約用地、保證安全、方便施工和檢修、便于擴建。由于 本項目物流較多，涉及到設備間的輸送也較多，為了合理的利用全廠的熱量，不同車間之間的換熱使整個工廠管網(wǎng)的復雜性進一步增加，故設計好管網(wǎng)有著非常重要的意義。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)生產中占有重要地位，其在化工生產中換熱器可作為 加熱器 、 冷卻器 、 冷凝器 、 蒸發(fā)器 和 再沸器 等，應用廣泛。 壓縮機的選型 設備簡介 氣體輸送和壓縮機械在化工生產中應用廣泛，其作用主要體現(xiàn)在以下三個方面。 出口管的設計 反應器出口總流量為 Vin=5083??3/?=??3/?? 選進入反應器之前的運輸速度為 30m/s則管道的直徑為： 計算得 d 進 =，經(jīng)過圓整取公稱直徑 300mm，選擇 300mm14mm的無縫鋼管作為反應器的進料管 (根據(jù)國標 GB/T10571995)。千卡 ??)/( 2 Chm 。 2=445℃ 由 31KT平， =445℃， 2,3NHy= 查 ? HT3=? M3 = o l / h5 4 5 . 2 2 0 1 k m14101 141019501 1950422 4542 9 7 8 7 6 ????????? ????