【導(dǎo)讀】設(shè)備布置圖、說(shuō)明書整理、答辯?！哆^(guò)程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南》、《過(guò)程裝備成套技術(shù)》、《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》。本設(shè)計(jì)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(chǎng)實(shí)習(xí)及有關(guān)文獻(xiàn)資料，完成物料、熱量的計(jì)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?fàn)t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(dāng)原料路線確定后，市場(chǎng)規(guī)模和所采用的先進(jìn)技術(shù)營(yíng)役總體生產(chǎn)節(jié)能為目標(biāo)，即能耗是評(píng)價(jià)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(shí)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(shí)，高壓下反應(yīng)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(guò)高。目前我國(guó)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(jī)的大型合成氨廠的操作壓力一般為U=27MPa。溫度 氨合成反應(yīng)必須在催化劑的存在下才能進(jìn)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(yīng)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(shí)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(guò)催化劑的速度，氣體與催化劑接觸時(shí)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。空間速度，處理的氣量大，能增大產(chǎn)量，但氨凈值有所降低?？臻g速度過(guò)大，氨分離不完全，增大設(shè)備負(fù)荷，增大動(dòng)力消耗。原料氣組成 從反應(yīng)平衡的角度來(lái)看，當(dāng)氫氮比接近3時(shí)，可獲得最大的平衡氨濃度。在實(shí)際生產(chǎn)中，~。實(shí)現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個(gè)步驟：氫、氮原料氣的壓縮并補(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成，氨的分離，熱能的回收利用，對(duì)未反應(yīng)氣體補(bǔ)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(jī)的型式、氨分離冷凝級(jí)數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對(duì)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(gè)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(lái)，從第一氨分離器中分出來(lái)。氣體隨即進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)，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(jìn)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(jī)壓縮，合成循環(huán)氣進(jìn)入壓縮機(jī)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(chǔ)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(jī)器設(shè)備選型與論證 在該合成氨設(shè)計(jì)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(fēng)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(lái)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(wú)縫鋼管。高溫氣從上而下與管間的水進(jìn)行逆流熱交換，汽水混合物從上循環(huán)管進(jìn)入氣包產(chǎn)生蒸汽。分離下來(lái)的 水及向氣泡補(bǔ)充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。進(jìn)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(dá)到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時(shí)，鍋爐爐體傾斜7176。，用以促進(jìn)對(duì)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(gè)具有圓筒行容器。半水煤氣進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(shí)，能有調(diào)節(jié)和處理的時(shí)間，應(yīng)使氣柜內(nèi)保持一定的容積。同時(shí)，因煤氣在氣柜內(nèi)滯留一定的時(shí)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(duì)均衡系統(tǒng)負(fù)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(dòng)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(guò)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(chǔ)罐的選擇 球形儲(chǔ)罐節(jié)約原材料，如果儲(chǔ)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(yù)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(chǔ)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(yīng)用范圍。在某一種場(chǎng)合下性能很好的換熱器，如果換到另一種場(chǎng)合可能傳熱效果和性能會(huì)有很大的改變。因此，針對(duì)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(yīng)用范圍很廣，適應(yīng)性很強(qiáng)，還具有容量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、清洗方便等優(yōu)點(diǎn)，因此它在換熱器中是最主要的型式。在沒(méi)有其他特別的要求下應(yīng)選用固定管板式換熱器。 常用的反應(yīng)設(shè)備有攪拌反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器。 (1)攪拌反應(yīng)器:由容器、攪拌器、傳動(dòng)裝置以及夾套等組成，它適應(yīng)性強(qiáng)、制造方便、裝置緊湊，是化學(xué)工業(yè)中用得最廣泛的一種反應(yīng)設(shè)備。可用于液液相、液固相和液氣相間物料的反應(yīng)。攪拌反應(yīng)器約占反應(yīng)設(shè)備總數(shù)的90%。夾套是反應(yīng)器的外部傳熱構(gòu)件。當(dāng)傳熱量很大，夾套傳熱面積不夠時(shí)，需在筒體內(nèi)部增設(shè)蛇管以強(qiáng)化傳熱。 (2)固定床反應(yīng)器:多用于氣相間反應(yīng)。參加反應(yīng)的物料以預(yù)定的方向運(yùn)動(dòng)，各點(diǎn)的流體間沒(méi)有沿流動(dòng)方向的混合。固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，產(chǎn)量高；床中的催化劑不易磨損，可長(zhǎng)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(duì)于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)過(guò)程，傳熱和控溫是工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 (3)流化床反應(yīng)器 :細(xì)顆粒狀的固體物料裝填在一個(gè)垂直的圓筒形的多孔板上，氣流通過(guò)多孔板向上通過(guò)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(guò)高以防止流化床中的顆粒被氣體夾帶出去。顆?？焖龠\(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使床層溫度非常均勻，這對(duì)在絕熱條件下進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)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(wèn)題。 在本設(shè)計(jì)中考慮到氨的反應(yīng)條件和氨的性質(zhì)，根據(jù)以上反應(yīng)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)最后選取固定床反應(yīng)器。參考文獻(xiàn):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),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(jì)技術(shù),2006,27(3).. :.,:.:.[J].貴州化工,2008,33(1).[J].化工科技動(dòng)態(tài),1995(7).致 謝本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)，完成年產(chǎn)35萬(wàn)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(duì)典型設(shè)備作了科學(xué)的計(jì)算和選型。相應(yīng)的在設(shè)計(jì)中對(duì)間歇制氣流程工藝過(guò)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(jì)聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合生產(chǎn)，以科學(xué)的理論為指導(dǎo)，方案可行，有一定的推廣價(jià)值。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，鞏固和深化了專業(yè)知識(shí)，并了解了化工設(shè)計(jì)的程序和方法。同時(shí)也培養(yǎng)了我靈活運(yùn)用知識(shí)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，在設(shè)計(jì)中也使我認(rèn)識(shí)到作為一個(gè)化工工作者，必須具有一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和吃苦耐勞的精神。此次設(shè)計(jì)，我受益匪淺，同時(shí)使我發(fā)現(xiàn)了許多不足之處，比如綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，將理論運(yùn)用到實(shí)踐中不能照本宣科，不能生搬硬套。為此我將更加努力學(xué)習(xí)，在以后的實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)并積累經(jīng)驗(yàn)，逐步完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。總之，此設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。此設(shè)計(jì)是在周敏老師和王維慧的悉心指導(dǎo)和大力支持下圓滿完成的，在提供大量資料的同時(shí)也給我許多寶貴的意見。為此，謹(jǐn)向。老師表示衷心的謝意！本設(shè)計(jì)由于本人知識(shí)的欠缺。也存在著一些不足之處，誠(chéng)請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。謝謝！25