【導(dǎo)讀】學(xué)生應(yīng)在教師指導(dǎo)下按時(shí)完成所規(guī)定的內(nèi)容和工作量，最好是獨(dú)立完成。選題有一定的理論意義與實(shí)踐價(jià)值，必須與所學(xué)專業(yè)相關(guān)。主題明確，思路清晰。文獻(xiàn)工作扎實(shí)，能夠較為全面地反映論文研究領(lǐng)域內(nèi)的成果及其最新進(jìn)展。格式規(guī)范，嚴(yán)格按系部制定的論文格式模板調(diào)整格式。所有學(xué)生必須在月日之前交論文初稿。1學(xué)習(xí)態(tài)度努力學(xué)習(xí)，遵守紀(jì)律，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，按期完成規(guī)定的任務(wù)。息并從中獲取新知識的能力。3工作量內(nèi)容充實(shí)，工作飽滿，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。大戶，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。比例,稱之為“工業(yè)氨”。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?！按笮突?、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)。合成氨生產(chǎn)過程中，換熱器應(yīng)用十分廣泛，主要用于熱量的交換和回收。變換工段中主要涉及一氧。器，而本設(shè)計(jì)主要對該換熱器進(jìn)行相關(guān)選計(jì)算。

　　

【正文】 用全低溫變換，加入軟水取代蒸汽，節(jié)省變換用工藝蒸汽，變換余熱加熱軟水。 脫 CO2 用物理吸收。 合成選用適當(dāng)壓力的廢熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽在工藝中使用。 合成吹除氣用氫回收裝置回收氫氣，其余 CH4等作為燃料氣。 全裝置熱能綜合利用，如合成廢熱產(chǎn)飽和蒸汽供變換，變換、造氣產(chǎn)低壓蒸汽供造氣，全裝置做到 蒸汽自給。 綜合考慮，在我國已建成的合成氨廠中，大多以煤為原料，且各地根據(jù)需求還可能新建一批以煤為原料的裝置，近年來合成氨技術(shù)發(fā)展很快，可供選擇的技術(shù)很多，應(yīng)實(shí)事求是地根據(jù)裝置所在地的特點(diǎn)綜合考慮，主要應(yīng)考慮節(jié)能降耗、工藝流程，做到配套合理、投資省、操作穩(wěn)定可靠。 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 5 世界合成氨工業(yè)近期進(jìn)展及前景展望 由于生態(tài)和環(huán)保的原因，今后發(fā)達(dá)國家化肥用量將減少，世界合成氨生產(chǎn)能力將緩慢增長。雖然使用“無機(jī)”氮的生物農(nóng)業(yè)將會有所發(fā)展，但是，在以后的 15— 20年內(nèi)，生物技， (如固定氮工藝 )還不可能取代合成氨作為化學(xué)肥料的 主要來源?，F(xiàn)今所有的合成氨消費(fèi)中，只有 13％是用在化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用上，其他 87％都用于生產(chǎn)化肥。因此，氮肥的供應(yīng)還得繼續(xù)依靠合成氨的生產(chǎn)。近幾年來，世界合成氨工業(yè)的技術(shù)進(jìn)展主要有以下幾方面： 1．英國 ICI 公司采用 LCA 工藝流程，在英國的 Severance 氨廠建了兩套并列的產(chǎn)量各為 450 噸／天，但只有一套公用工程系統(tǒng)的合成氨裝置。這種生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠從某些方面來說，仍是有吸引力和競爭力的，如建 3個(gè) LCA 流程的 500 噸／天工廠就比建一個(gè)日產(chǎn) 1500 噸的傳統(tǒng)世界規(guī)模工廠的投資要低些。 LCA 流程與當(dāng)今的大型裝置流 程不同，該法的噸氨能耗為 30． 1GJ，采用氣熱轉(zhuǎn)化爐取代通用的轉(zhuǎn)化爐，在隔熱管式變換器中進(jìn)行變換，反應(yīng)熱用于制備原料氣與蒸汽的飽和氣。變壓吸附脫除二氧化碳。用含鈷催化劑作氨合成觸媒，合成壓力為 8MPa。 2．美國凱洛格公司對氨廠的某些工藝單元及設(shè)備的傳統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行了改革，開發(fā)出了合成氨生產(chǎn)的 4種新技術(shù)，即用于氨合成回路的 KAAP 工藝，用于工藝氣轉(zhuǎn)化換熱的KRES 系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的氨廠節(jié)能降耗動(dòng)態(tài)控指 KDAC 技術(shù)和公用工程蒸汽系統(tǒng)的冷凝液汽提 KICS 技術(shù)。其中 KAAP 工藝將是未來一個(gè)很有前途的氨廠改造方案， 其合成壓力為 7— 9． 1MPa，采用以石墨為載體，涂釘并用銣鹽活化的氨合成催化劑，比通常的催化劑活性高 20 倍，合成轉(zhuǎn)化率也隨之顯著提高，能增產(chǎn) 40％左右。 1992 年，采用 KAAP工藝的氨合成塔已在加拿大 Ocelot 制氨公司的 Kismet 廠進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。 3．德國伍德公司經(jīng)二十多年來對工藝效率、工廠安全、能量總消耗等方面連續(xù)研究結(jié)果，推出了低能耗工藝，并于 1991 年在德國 BASF 公司建立了一個(gè)日產(chǎn) 1800 噸的工廠。該廠采用了伍德公司開發(fā)的組合自熱式轉(zhuǎn)化爐，與傳統(tǒng)的二段轉(zhuǎn)爐不同之處在于：轉(zhuǎn)化反應(yīng)管安裝于一個(gè)有 內(nèi)襯里的加壓設(shè)備中，管內(nèi)裝有一段轉(zhuǎn)化催化劑，管下端開口，原料工藝氣溫度升高到 580℃，自上而下通過管內(nèi)。燃料氣經(jīng)水冷噴嘴加氧并進(jìn)入燃燒室中，通過調(diào)整噴嘴的位置和燃燒室的形狀設(shè)計(jì)，使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生渦流，以保證轉(zhuǎn)化反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的高溫氣又用于加熱轉(zhuǎn)化管，以節(jié)省能源和投資。目前，該新型轉(zhuǎn)化爐的工業(yè)示范裝置的生產(chǎn)能力已達(dá) hm/3 ，加壓設(shè)備內(nèi)部裝有 19根轉(zhuǎn)化管。 雖然合成氨生產(chǎn)技術(shù)的更遠(yuǎn)的改變時(shí)是可以預(yù)見的，但是，就目前來說， 除對氨廠的個(gè)別傳統(tǒng)工藝程序、催化劑和設(shè)備的較小改進(jìn)外，至少在今后 10~15 年內(nèi)，合成氨生產(chǎn)技術(shù)還不會發(fā)生根本的改變。世界許多合成氨專家對此意見是一致的，并對今后合成氨工業(yè)的發(fā)展前景作出如下展望： 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1． 生產(chǎn)規(guī)模不會再擴(kuò)大 80年代世界共建成了 110 套合成氨裝置，平均生產(chǎn)規(guī)模為 1120 噸／天。目前的裝置規(guī)模多為 1500 噸／天， 1800 噸／天的生產(chǎn)也在日益增加。但考慮到規(guī)模過大，會造成設(shè)備制造和運(yùn)輸、開停車復(fù)雜化和長期可靠的原料保證等方面的問題，使整套生產(chǎn)裝置的投資費(fèi)用大幅度上升。今后世界合成氨產(chǎn)量的大部分都將由規(guī) 模為日產(chǎn) 1000~2020 噸的工廠所生產(chǎn)。 2． 天然氣依然是合成氨生產(chǎn)的主要原科 目前全世界合成氨的年產(chǎn)量約為 1． 45 億噸，其中采用原料重油 3％，煤和焦 13％，天然氣 84％。從長遠(yuǎn)來看，原料路線改為油或煤是可以考慮的，但據(jù)預(yù)測，在未來 20年內(nèi)，合成氨生產(chǎn)原料的情況會維持上述百分比例不變，天然氣仍是能被利用的比較好的合成氨生產(chǎn)原料。 3． 降低能耗的潛力已基本得到發(fā)揮 以天然氣為原料的合成氨能耗設(shè)計(jì)值為27GJ，目前有些生產(chǎn)裝置的最低能耗已達(dá) 28GJ，只比理論值高出 20％左右而與設(shè)計(jì)值相接近。其他幾種生產(chǎn)方法，重油或 渣油氣化法噸氨能耗為 35— 36GJ，煤氣化法的噸氨能耗為 ，噸氨能耗也都在日漸降低，但不可能再有進(jìn)一步的顯著減少。 4． 降低投資和提高操作可靠性問題日益受到重視 鑒于節(jié)能降耗已無太多的潛力可挖，今后的技術(shù)發(fā)展將通過減少費(fèi)用的較小的集成化工藝部分、簡化管道系統(tǒng)相儀器儀表、改進(jìn)催化刑，提高設(shè)備的制造和維修質(zhì)量以及安裝先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)來進(jìn)行，同時(shí)也將更加主重采用各種現(xiàn)代化的技術(shù)管理手段，來保證生產(chǎn)裝置盡量減少停車損失，始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 6 總結(jié) 氨的合成反應(yīng)式： N2+3H2=2NH3 合成 氨的化學(xué)原理，寫出來，不過這樣一個(gè)方程式；但就是這樣一個(gè)簡單的化學(xué)方程式，從實(shí)驗(yàn)室研究到最終成功、實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，卻經(jīng)歷了約 150 年的艱難探索。 氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。液氨常用作制冷劑 氨合成 是 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn) 行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有 %20~%10 ，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。氮跟氫化合成氨是一個(gè)放熱的可逆反應(yīng)。 工業(yè)生產(chǎn)中常用的壓強(qiáng)為 Pa1056001200 ?? ，溫度為 C??600450 ，用金屬鐵作催化劑，轉(zhuǎn)化率可提高到約 %8 。在實(shí)驗(yàn)室里一般是在較低的溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行的，只能了解氮?dú)夂蜌錃庠诖呋瘎┳饔孟履苌砂睔?。 增加壓力將使反應(yīng)移向生成氨的方向，提高溫度 會將反應(yīng)移向相反的方向，但溫度過低又使反應(yīng)速度過小。 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 參考文獻(xiàn) 1． 北京大學(xué)研究中心 .世界文明百科全書 .山西 :太原出版社 ,1992. 2． 劉俊蘭 . 以煤為原料的合成氨工藝選擇 [J]. 化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù) ,2020,21(4):16. 3． 趙忠祥 . 氮肥生產(chǎn)概論 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 .1995. 4． 朱世勇 . 環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù) .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .2020. 5． 史克昕 ,任畢龍 . 影響一氧化碳變換率因素的淺析 [J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù) ,2020,27(3). 6． 徐躍華 . 化工裝置節(jié)能技術(shù)與實(shí)例分析 .北京 :中國石化出版社 .2020. 7． 周旭美 ,姚飛編等 .合成氨仿真實(shí)習(xí)教材 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 .2020. 8． 龔紹英 .工業(yè)化學(xué) .北京 :中國輕工業(yè)出版社 .1998. 9． 王瑾 .節(jié)能型合成氨工藝與技術(shù) [J].貴州化工 ,2020,33(1). 10． 汪家銘 .世界合成氨工業(yè)近期進(jìn)展及前景展望 [J].化工科技動(dòng)態(tài) ,1995(7). 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 致 謝 本 次論文設(shè)計(jì) 是在我的 指 導(dǎo) 老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)業(yè)和論文中受導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎 實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們對化工工藝的認(rèn)識有了一個(gè)里程碑式的突破，同時(shí)我們還認(rèn)識到理論實(shí)際是密不可分的，在今后的設(shè)計(jì)中，它給我們一個(gè)很好的警示：任何一個(gè)設(shè)計(jì)路線必須結(jié)合實(shí)際中的理論依據(jù)才能得到很好的結(jié)果。 我 之所以能完成這份畢業(yè)設(shè)計(jì) 與 老 師的熱情關(guān)懷和精心指導(dǎo)是分不開的， 在畢業(yè)設(shè)計(jì) 完成之際，特別向 幫助我的老師和同學(xué) 致以衷心的感謝和崇高的敬意。在本課題的完成過程中，我還得到了其它各方面的支持和幫助 。 在日常學(xué)習(xí)和生活 中，我的同學(xué)及校友給予了我很大幫助。 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 張陽 2020．