【導讀】設(shè)備布置圖、說明書整理、答辯?！哆^程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南》、《過程裝備成套技術(shù)》、《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》。本設(shè)計采用常壓固定床間歇制氣法。根據(jù)有關(guān)合成氨廠現(xiàn)場實習及有關(guān)文獻資料，完成物料、熱量的計算。②以含甲烷為主的氣體烴制氫。如天然氣一般含甲烷在90％以上，焦爐氣含甲烷在25％以上、氫氣在50％以上，石油加工廢氣也含有大量氫或甲烷。利用水蒸氣或氧將甲烷轉(zhuǎn)化，或利用氧將甲烷不完全氧化等方法均可獲得氫氣。因此，當原料路線確定后，市場規(guī)模和所采用的先進技術(shù)營役總體生產(chǎn)節(jié)能為目標，即能耗是評價合成氨

　　

【正文】 以看出，氨產(chǎn)率是隨著壓力的升高而上升的，同時壓力高也有利于氨的分離且平衡氨含量并不與壓力成正比的增高，壓力越高，平衡氨含量增加越緩慢。同時，高壓下反應溫度較高，催化劑使用壽命短，操作管理也比較困難，因此壓力不宜過高。目前我國中小型合成氨廠操作壓力大多數(shù)采用20~32MPa，而采用離心式壓縮機的大型合成氨廠的操作壓力一般為U=27MPa。溫度 氨合成反應必須在催化劑的存在下才能進行，而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有催化活性，所以氨合成反應溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)。目前工業(yè)上使用的鐵催化劑的活性溫度范圍大體在400~525℃之間。空間速度 單位體積催化劑在單位時間內(nèi)處理的氣體量稱為空間速度?？臻g速度大小意味著處理氣量的大小，在一定的溫度、壓力下，增大空間速度，就加快了氣體通過催化劑的速度，氣體與催化劑接觸時間縮短，在確定條件下，出塔氣體中氨含量要降低。一般操作壓力在30MPa的中壓法合成氨，空間速度選在20000~ 30000 m3/h之間?？臻g速度，處理的氣量大，能增大產(chǎn)量，但氨凈值有所降低。空間速度過大，氨分離不完全，增大設(shè)備負荷，增大動力消耗。原料氣組成 從反應平衡的角度來看，當氫氮比接近3時，可獲得最大的平衡氨濃度。在實際生產(chǎn)中，~。實現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個步驟：氫、氮原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)氣的預熱與氨的合成，氨的分離，熱能的回收利用，對未反應氣體補充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中情性氣體的平衡等。由于采用壓縮機的型式、氨分離冷凝級數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對位置的差異，而形成不同的工藝流程。 (1)兩次分離液氨產(chǎn)品的典型流程液氨產(chǎn)品兩次分離的流程，即液氨在兩個部位——水冷器及氨冷器中冷凝分離。這類流程按是否副產(chǎn)蒸汽而分為不副產(chǎn)蒸汽和副產(chǎn)蒸汽兩種流程如下圖。合成塔出口氣體先經(jīng)水冷卻器冷卻到一定程度，使其中大部分氨冷凝下來，從第一氨分離器中分出來。氣體隨即進入循環(huán)壓縮機，提高壓力并與新鮮氣混合后，流入冷交換器和氨冷卻器中。氣體中余下的氨在冷卻、冷凝、并在第二氨分離器中分出。分離氨后的氣體即進入合成塔。（2）一次分離液氨工藝流程凈化合成氣在38℃，合成氣由離心式壓縮機壓縮，合成循環(huán)氣進入壓縮機第二缸中間氏輪，并經(jīng)最后一段壓縮與合成循環(huán)中的新鮮原料氣相混合。工藝流程如圖最后，把所制得的合成氨儲存到罐里或通往其他地方繼續(xù)加工生產(chǎn)。 第三章 典型機器設(shè)備選型與論證 在該合成氨設(shè)計主要用到的設(shè)備有：廢熱鍋爐、熱交換器、水冷器、冷交換器、氨冷器、合成塔。 廢熱鍋爐 廢熱鍋爐主要用于回收吹風氣和上行半水煤氣的顯熱。18Mpa的蒸汽，為制氣和其他用途提供一部分蒸汽來源。煤氣生產(chǎn)中常用火管立式廢熱鍋爐，爐體為一直立的圓筒，用鋼板焊接，兩頭裝有鋼板封頭，內(nèi)部裝有若干根無縫鋼管。高溫氣從上而下與管間的水進行逆流熱交換，汽水混合物從上循環(huán)管進入氣包產(chǎn)生蒸汽。分離下來的 水及向氣泡補充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。進爐氣體一般為500~700℃出爐后可降至200℃左右。由于廢熱鍋爐上部裝有氣泡，為保持爐體重心達到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時，鍋爐爐體傾斜7176。，用以促進對流，使熱交換效率提高。 洗氣箱 洗氣箱的作用是防止水封以后的煤氣倒回煤氣爐和空氣發(fā)生爆炸，并兼冷卻除塵的作用。洗氣箱的外行是一個具有圓筒行容器。半水煤氣進口管浸入水面以下75~125mm，水至箱頂加入，不斷地從錐體部分的溢流管溢出。以保持一定的水面，起到安全水封的作用。它是煤氣爐系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。進洗氣箱的煤氣溫度約200℃，出氣溫度為70℃左右，洗氣箱的冷卻水用量大，其冷卻作用主要靠水的蒸發(fā)，煤氣主要因失去顯熱而降溫。出洗氣箱的煤氣已被飽和。 洗滌塔的作用是冷卻（降溫），冷凝（蒸汽）和除塵，它可采用噴塔，也可采用填料塔，其外形一般為柱形。煤氣由下部入塔，由上部出塔。由于進塔煤氣被水汽飽和。所以，如想繼續(xù)降溫，必須使煤氣中的水汽冷凝，由于冷凝熱大，故必須用大量的水噴淋，使煤氣繼續(xù)冷卻。 因煤氣爐的特點是間歇式制氣，而后續(xù)工序卻是連續(xù)用氣，所以，必須設(shè)置半水煤氣氣柜，貯存氣體以作緩沖。其次，由于制氣循環(huán)階段不同，所產(chǎn)煤氣的成份也有區(qū)別，需要于氣柜內(nèi)混合均勻。另外，合成氨生產(chǎn)具有高度的連續(xù)性，為了在任何一道工序發(fā)生突發(fā)故障時，能有調(diào)節(jié)和處理的時間，應使氣柜內(nèi)保持一定的容積。同時，因煤氣在氣柜內(nèi)滯留一定的時間，可使煤氣中的部分灰塵沉降，少量的硫化氫氣體溶解于氣柜水槽的水中。所以氣柜的作用是貯存一定數(shù)量的煤氣，使之混合均勻，并保證原料氣凈化及壓縮、合成等工序的連續(xù)式生產(chǎn)，對均衡系統(tǒng)負荷，有一定緩沖的作用。用于貯存煤氣的氣柜，多選用濕式低壓氣柜，這種氣柜又因其貯存量不同（容積），分為單罩式或多罩式。根據(jù)活動罩的升降結(jié)構(gòu)不同，還可以分為直立升降型和螺旋升降型兩種。選用螺旋升降軌道，可節(jié)約部分鋼材，減小一次性投資額，但是，它不僅安裝精度要求高，而且在使用過程中易于脫軌。所以，目前多數(shù)情況下選用直立升降型單罩。 儲罐的選擇 球形儲罐節(jié)約原材料，如果儲存液氮、液氧、液氫、液化天然氣等低溫液體還可以減少冷損耗，縮短冷卻周期。據(jù)研究100立的球型液氧容器，其蒸發(fā)率和預冷周期比同樣體積的圓柱型容器分別小43%和50%，因此條件具備就選用球型儲罐。 換熱器的選型 其按照結(jié)構(gòu)分類：管殼式、板式、管式等，換熱器的類型很多，每種型式都有特定的應用范圍。在某一種場合下性能很好的換熱器，如果換到另一種場合可能傳熱效果和性能會有很大的改變。因此，針對具體情況正確地選擇換熱器的類型，是很重要的。管殼式換熱器的應用范圍很廣，適應性很強，還具有容量大、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、清洗方便等優(yōu)點，因此它在換熱器中是最主要的型式。在沒有其他特別的要求下應選用固定管板式換熱器。 常用的反應設(shè)備有攪拌反應器、固定床反應器和流化床反應器。 (1)攪拌反應器:由容器、攪拌器、傳動裝置以及夾套等組成，它適應性強、制造方便、裝置緊湊，是化學工業(yè)中用得最廣泛的一種反應設(shè)備?？捎糜谝阂合唷⒁汗滔嗪鸵簹庀嚅g物料的反應。攪拌反應器約占反應設(shè)備總數(shù)的90%。夾套是反應器的外部傳熱構(gòu)件。當傳熱量很大，夾套傳熱面積不夠時，需在筒體內(nèi)部增設(shè)蛇管以強化傳熱。 (2)固定床反應器:多用于氣相間反應。參加反應的物料以預定的方向運動，各點的流體間沒有沿流動方向的混合。固定床反應器的優(yōu)點是反應速度快，產(chǎn)量高；床中的催化劑不易磨損，可長期使用（除非失活）；特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)。但固定床中傳熱較差，對于熱效應較大的反應過程，傳熱和控溫是工藝設(shè)計的重要內(nèi)容。 (3)流化床反應器 :細顆粒狀的固體物料裝填在一個垂直的圓筒形的多孔板上，氣流通過多孔板向上通過顆粒層，以足夠大的速度使顆粒浮起呈現(xiàn)沸騰狀態(tài)；但流速也不宜過高以防止流化床中的顆粒被氣體夾帶出去。顆?？焖龠\動的結(jié)果，使床層溫度非常均勻，這對在絕熱條件下進行的反應過程是一個很大的優(yōu)點。缺點是固體顆粒的磨損造成的催化劑損失，以及排出氣流中的粉塵問題。 在本設(shè)計中考慮到氨的反應條件和氨的性質(zhì)，根據(jù)以上反應設(shè)備的優(yōu)缺點最后選取固定床反應器。參考文獻:太原出版社,1992.2劉俊蘭. 以煤為原料的合成氨工藝選擇[J]. 化學工業(yè)與工程技術(shù),2000,21(4):16.3趙忠祥. :.4朱世勇. .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)計技術(shù),2006,27(3).. :.,:.:.[J].貴州化工,2008,33(1).[J].化工科技動態(tài),1995(7).致 謝本設(shè)計結(jié)合實踐生產(chǎn)，完成年產(chǎn)35萬噸合成氨的生產(chǎn)工藝，從小合成氨廠的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)成本出發(fā)，采用間歇制氣流程。并結(jié)合理論，對典型設(shè)備作了科學的計算和選型。相應的在設(shè)計中對間歇制氣流程工藝過程的選擇原理，工藝、工廠布置等都作了詳盡的闡述，本設(shè)計聯(lián)系實際，結(jié)合生產(chǎn)，以科學的理論為指導，方案可行，有一定的推廣價值。 通過此次設(shè)計，鞏固和深化了專業(yè)知識，并了解了化工設(shè)計的程序和方法。同時也培養(yǎng)了我靈活運用知識去發(fā)現(xiàn)問題，思考問題和解決問題的能力，在設(shè)計中也使我認識到作為一個化工工作者，必須具有一絲不茍、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和吃苦耐勞的精神。此次設(shè)計，我受益匪淺，同時使我發(fā)現(xiàn)了許多不足之處，比如綜合運用知識的能力，將理論運用到實踐中不能照本宣科，不能生搬硬套。為此我將更加努力學習，在以后的實踐中不斷學習并積累經(jīng)驗，逐步完善知識結(jié)構(gòu)?？傊?，此設(shè)計意義深遠。此設(shè)計是在周敏老師和王維慧的悉心指導和大力支持下圓滿完成的，在提供大量資料的同時也給我許多寶貴的意見。為此，謹向。老師表示衷心的謝意！本設(shè)計由于本人知識的欠缺。也存在著一些不足之處，誠請各位老師和同學批評指正。謝謝！25