【正文】 .............................................27 對氣 —氣換熱器作熱量衡算 ..............................................................................28 對水冷器作熱量衡算 .........................................................................................29 對氨分離器作熱量衡量 .....................................................................................31 循環(huán)機熱量衡算 ................................................................................................31 第五章 設(shè)備選型及設(shè)計計算 .................................................................................................33 合成塔的設(shè)備計算 .....................................................................................................33 對觸媒筐的設(shè)備計算 ......................................................................................33 廢鍋的設(shè)備計算 ...............................................................................................33 第六章 車間布置 ..................................................................................................................38 第七章 ―三廢 ‖治理及綜合利用 .................................................................................................39 ―三廢 ‖的產(chǎn)生及污染 ...................................................................................................39 廢氣污染危害 ...................................................................................................39 廢水污染危害 ...................................................................................................40 工業(yè)廢渣對環(huán)境的污染 .....................................................................................41 ―三廢 ‖治理原則 ..........................................................................................................41 第八章 結(jié)束語 ..................................................................................................................43 第九章 致謝 ......................................................................................................................44 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................45 附 錄 ....................................................................................................................................47 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計 （ 論文 ） 報告紙 4 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計 學(xué)生姓名： **** 指導(dǎo)老師： **** 摘要 合成氨生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計決定了生產(chǎn)合成氨的規(guī)模，設(shè)備的要求 以及工藝流程的狀況。本書內(nèi)容是根據(jù) ************化工股份有限公司合成車間的生產(chǎn)實際情況而編著的，確定優(yōu)化的工藝流程、工藝條件、設(shè)備選型及其他非工藝專業(yè)等內(nèi)容。在工藝計算過程中，包含物料衡算，熱量衡算及設(shè)備選型計算等。氨主要用來制作化肥。 氨的性質(zhì) 氨的物理性質(zhì) 氨在常溫下是無色氣體，比空氣輕，具有刺激性臭味，能刺激人體感官粘膜空氣中，含氨大于 ％時即會引起人體慢性中毒。 氨的化學(xué)性質(zhì) ⑴ 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物 ,并能進一步與水作用 ,制得硝酸： 4NH3+5O2 4NO+6H2O ⑵ 氨與酸或酐反應(yīng)生成鹽類 ,是制造氮肥的基本反應(yīng)： 2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 NH3+HNO3= NH4NO3 NH3+HCl= NH4Cl NH3+H3PO4 =NH4H2PO4 ⑶ 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨 ,進一步脫水成為尿素： 2NH3+CO2 =NH4COONH2 NH4COONH2 =CO(NH2)2+H2O ⑷ 氨與二氧化碳和水作用 ,生成碳酸氫銨： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 氨可與鹽生成各種絡(luò)合 物 ， 如 CuCl2?6NH CuSO4?4NH3。 煤氣的成分取決于燃料和汽化劑的種類以及進行汽化的條件。 半水煤氣生產(chǎn)的工藝流程：在吹風(fēng)階段中，空氣由煤氣發(fā)生爐的底部吹入，由爐頂排出吹風(fēng)氣。 在二次上吹階段中，空氣 水蒸氣混合氣由爐底吹入，流向與上吹階段完全 相同。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，世界合成氨產(chǎn)能已超過 億噸 /年，主要生產(chǎn)能力分布在俄羅斯約有 35 家氮肥廠，合成氮平均規(guī)模為 40 萬噸；美國有 50 多家氮肥廠，合成氨平均規(guī)模在 30 萬噸以上。在氮肥行業(yè)，要推廣新型煤氣化技術(shù)，包括粉煤氣化、水煤漿氣化技術(shù)等；新型凈化技術(shù)，如低溫變換、低溫甲醇洗 MDEA 等凈化技術(shù)；新型氨合成塔及大型低壓合成的成套技術(shù)和裝備。 到 2021 年，力爭組建 50 家大型企業(yè)集團，大型氮肥廠合成氨平均規(guī)模達(dá) 40萬噸 /年以上，中型氮肥廠平均規(guī)模達(dá) 20 萬噸 /年以上。 各生產(chǎn)方法及特點 合成氨的生產(chǎn)主要包括三個步驟 ： 第一步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；第二步是凈化，不論選擇什么原料，用什 么方法造氣，都必須對原料氣進行凈化處理，以除去氫、氮以外的雜質(zhì)；第三步是壓縮和合成，將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下合成為氨。由于壓力高，一般用水冷的方法氣體中的氨就能得到完全的分離，而不需要氨冷。本設(shè)計采用中壓法，操作壓力為 32 MPa。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加，合成氨凈值增高，單位氨所需要的循環(huán)氣量減少，因而循環(huán)氣壓縮功減少，同時壓力高也有利于氨的分離，在較高氣溫下，氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。實際生產(chǎn)中還要考慮反應(yīng)速率的要求。 反應(yīng)溫度的控制還與催化劑的使用時間有關(guān)。但空間速度增大，將使系統(tǒng)阻力增加，壓縮循環(huán)氣功耗增加，分離氨所需的冷凍量也增大，因此冷凍襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計 （ 論文 ） 報告紙 14 功耗增加。 從氫氮混合氣體中分離氨的方法大致有兩種：水吸收法、冷凝法。在實際生產(chǎn)中，進塔氣體的氫氮比控制在 ~ 比較適宜。操作壓力比較高，及催化劑活性比較好時，惰性氣體的含量可以高一些。 進口氨含量還與合成操作壓力和冷凝溫度有關(guān)。h1 ⑵ 計算基準(zhǔn) 本計算中以 kmol 計算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 x ⑴ 化學(xué)反應(yīng)方 程式 N2 + 3H2 → 2NH 3 ⑵ H2轉(zhuǎn)化率的計算 X = 反應(yīng)消耗的 H2的量 /未反應(yīng)時 H2的總量 = [(F1 – F3)/F1]100％ = [(1714 – 183)/1714]100％ = 90％ 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計 （ 論文 ） 報告紙 20 熱量衡算 計算依據(jù)： 圖 41 計算依據(jù) 對氨冷器的熱量衡算 從氨分離器出來的氣體： F15=F1+F2F3F4=1714+44183647 = 928kmolK)1 ∴ Q’11 = F17 = 2642(23+) = 19991043 kJ(molh1) 支 方 (kJK)1 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計 （ 論文 ） 報告紙 24 Q22 = ℃ t= 928(+47)= kJh1F7 = F6 = kmolh1 ⒊ 由冷凝塔直接帶進的熱量 Q33 Q33 = (F8/F7)Q22 =(F8/) = 7275 F8 KJ/h = kJh1 Q35 Q35 = 56207647 = kJ(kmolh1 表 414 廢熱鍋爐熱量匯總表 收 方 (kJh1 ⒊ 由廢鍋進氣 —氣換熱器 帶進的熱量 Q53 Q53 = Q42 = kJkg1 Q 冷 = F4MINH3 = 64717 = kJh1 ⒍ 冷卻水量計算 令冷卻水上進口溫度為 ta=15 ℃ ，冷卻水出口溫度為 tb=65 ℃ ，取冷卻水比熱容 Cpl= kJ/kg,令冷卻水流量為 W，則 △ Q = WCpl(tbta)1000 由 W = △ Q/[1000Cp(tbta)]= [1000(6515)] =120 m3 冷卻水進口帶進熱量 Q 進 = 120100015 = 7524000 kJh1 表 419 氨分離器熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1) 氣 —氣換器 → 水冷器帶入熱量 Q61 熱氣體帶出熱量 Q62 9829002 氨冷凝熱 Q 冷 冷卻水進口帶進熱 Q 進 7524000 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 32604000 小 結(jié) 小 結(jié) 對氨分離器作熱量衡量 氨分離器進出口溫度沒有發(fā)生變化，由氣體熱量平衡 ⒈ 由水冷器 → 分離器帶進熱量 Q71 Q71 = Q62 = 9829002 kJK)1 Q62 = = 1111(+35) = 9829002 kmolh1 表 416 氣 —氣換熱器熱量匯總表 收方 (kJ(kmolkg1 蒸汽焓 I2 = kJh1) 支 方 (kJkmol1 = kJh1 YH2,11 = (2860％ +18360％ )/1758 = ％ 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計 （ 論文 ） 報告紙 25 YO2,11 = (928+183)5％ /1758 = YNH3,11= [647+(928+183)6％ ]/1758 = ％ YN2,11 = (928+183)26％ /1758 = ％ YAr,11 = ％ ％ ％ ％ = ％ 表 411 氣體進合成塔是不同溫度時的 因子 物料 a b103 c107 25 350℃ H2 NH3 N2 O2 ⒈ 從合成塔出來的氣體帶出的熱量 Q31 = ％ +％ +％ +％ = kJK)1 Q23 = 928(+23)