【正文】 同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。47 致謝從這次課程設(shè)計開始以來，我們得到了指導(dǎo)老師徐超教授的悉心指導(dǎo)，無論是流程設(shè)計、資料查詢，還是論文成稿、繪制流程圖，都傾注了徐超老師和設(shè)計院老師的心血。我不僅學(xué)到了新知識，也對化工設(shè)計課程中所學(xué)內(nèi)容進行了鞏固。團隊的配合也尤為重要，每個人都要認真做好分配的任務(wù)并為團隊成員提供最優(yōu)的答案，為整個團隊順利完成工作提供保障。設(shè)計開始要做好充分的準備工作，根據(jù)設(shè)計要求，查閱與工藝路線和重點設(shè)備相關(guān)的文獻資料。17點：v17=176673600= d17=4v17πu=42=根據(jù)化肥用高壓無縫鋼管GB647986，選擇管子規(guī)格為?579mm。9點：v9=v0p0T9p9T0=3083027313600= d9=4v9πu=410=根據(jù)化肥用高壓無縫鋼管GB647986，選擇管子規(guī)格為?13317mm。5點：v5=v0p0T5p5T0=27313600= d5=4v5πu=410=根據(jù)化肥用高壓無縫鋼管GB647986，選擇管子規(guī)格為?18019mm。h1新鮮氣帶入熱Q1948255放空氣帶出熱Q1262361合成反應(yīng)熱QR22130603氨分液氨帶出熱Q17634277循環(huán)壓縮機壓縮熱QP763028冷交液氨帶出熱Q1864825廢熱鍋爐移出熱Q汽11215701氨冷凝熱QY8272737軟水預(yù)熱器移出熱Q軟3440225水冷卻器移出熱Q水8738178氨冷器移出熱Q冷5624611熱損失Q損2464095小計32114623小計321146234 設(shè)備選型及管道計算 管道計算取液體流速u=10m/s，氣體流速u=2m/s，則：v=π4d3?u，所以1點：v1=v0p0T1p1T0=27313600= d1=4v1πu=410=根據(jù)化肥用高壓無縫鋼管GB647986，選擇管子規(guī)格為?583mm。14=174731kJ/h則 Q損=2417494kJ/h (5)其他各項均為各單元設(shè)備計算結(jié)果。 Q12= Q11 Q13=32234863128100=95386kJ/h (3)由氨分離器和冷交換器排出液氨熱量Ql7和Q18作為支出項。故℃時，(kg?K) 計算得：Q18=70146kJ/h (6)由液氯蒸發(fā)移出的熱量Q冷Q冷=Q1+Q14+Q液Q3Q18=5829334kJ/h(7)冷凍液氨量G查25℃時液氨的焓值HNH3,液=15℃時氣氨的焓值HNH3,氣=冷凍氨量 G=Q冷?HNH3= 冷交換器和氨冷器熱平衡匯總表收入項支出項項目熱量/kJ (1)熱氣體(循環(huán)機來)帶入熱Q14經(jīng)計算和查圖，摩爾定壓熱容Cp14,m=(molK) ．， 算得Q39。 摩爾定壓熱容與氨分出口的相同Cp13,m=(mol?K)計算得 Q13=3128100kJ/h(3)出口氣帶出熱Ql4 經(jīng)計算：Cp14,m=(mol?K) 則Q14=3844084kJ/h(4)絕熱壓縮提供能QN=Q14Q13=715984kJ/h(5)絕熱功校核按下述公式計算壓縮功率：P= 已知：p1=，p2= MPa，K= 查得：Z1=，Z2= 進口氣體實際狀態(tài)的流量應(yīng)為V1=V0p0T1p1T0=所以P= 折成每小時的熱量： Q39。h1項目熱量/kJ+Q1739。 假定氨分離器無溫度和熱量變化，忽略熱損失，故與水冷器作為一個系統(tǒng)計算，并假定水冷器為套管冷卻囂。K算得 Q9=8099261kJ/h (3)熱負荷(可回收的熱量，忽略熱損失) ?Q=Q8Q9=3170137kJ/h (4)軟水量假定來水溫度為25℃，預(yù)熱到90℃，則軟水量W=?Q(9025)=除供給廢熱鍋爐外，還可送出。 熱交換器能量平衡匯總表收入項支出項項目熱量/kJh1項目熱量/kJ 合成塔能量平衡匯總表收入項支出項項目熱量/KJ(利用普遍化熱容差校正圖) (1)合成塔一次入塔氣帶入熱量Q3 根據(jù)合成塔一次入氣③，t3=30℃, p3=31MPa求得 Cp3,m=(mol?K)Q3=3189132kJ/h(2)合成塔二次入塔氣帶入熱量Q5由已知t5= 180℃，p5= MPa求得 Cp5,m=(mol?K) Q5=18236953kJ/h(3)合成塔一次出塔氣帶出熱量Q4 由已知t4= 50℃，p4= MPa求得 Cp6,m=(mol?K) Q4=(4)合成塔二次出塔氣帶出熱量Q6由已知t6= 360℃，p6= 30 MPa求得 Cp6,m=(mol?K) Q6=34954516kJ/h(5)合成反應(yīng)熱QR反應(yīng)熱數(shù)值，由《小氮肥工藝設(shè)計手冊》查圖?。篐R=由物料衡算知，塔內(nèi)反應(yīng)生成氨為 △nNH3= QR=△nNH3(HR) = J/mol=20970573kJ/h熱平衡．減差值為熱損失Q損=Q3+Q5+QRQ4Q6=2242763kJ/h占總收入熱 Q損Q總=224276342396658100%=%根據(jù)經(jīng)驗，此數(shù)據(jù)是合理的。 合成塔能量衡算計算基準：以小時產(chǎn)量(單位為kmol/h)為基準。其中把以1t氨為基準的量，(m3/h)和其物質(zhì)的量(kmol/h)作為能量衡算依據(jù)。L18=V2V3==其中分組分的量按L18,i=L18?x18,i計算。NH3:V1,NH3=0m3H2: V1,H2=N2: V1,N2=CH4: V1,CH4=Ar: V1,Ar=c. 冷交換器入口氣體各組分的量：按V2,i=V14,i+V1,i計算。NH3: L17,NH3=H2: L17,H2=N2: L17,N2=CH4: L17,CH4=Ar: L17,Ar=(6)循環(huán)機入口V13和出口V14：由流程圖上表明進入循環(huán)機之前，有放空氣放出。其總量和總組成與入口完全一致。NH3:V3,NH3=H2: V3,H2=N2: V3,N2=CH4: V3,CH4=Ar: V3,Ar=b. 出塔總物料量，V6=其中各組分量按照V6,i=V6,y6,i計算。合成循環(huán)回路可簡化如下示意圖。=∑Li=由x19,i39。= 誤差=VLVL39。設(shè)VL=。水冷后的氨分離囂分離的液氨占總量的摩爾分數(shù)G可由下式計算：G=1+y3,NH3(y6,NH3y11,NH3)(y6,NH3y3,NH3)1y11,NH3100%代入已知數(shù)據(jù)：y3,NH3=，y6,NH3=，y11,NH3=G=1+()()100%=%≈%取G=%%，%。而冷交換器出口氣即是合成塔入口氣，其組成已在前面算出。= 誤差=VLVL39。= 誤差=VLVL39。=VL==誤差=VLVL39。已知分離器入口氣液混合物組成Fi即6點值。已知進口物料組成Fi,即合成出口氣組成，前已求出。按下式計算。 合成塔入口氣組成(摩爾分數(shù))(3點)已知入口氣的NH3和CH4+Ar濃度，并假定氫與氮的比例為3。另外為限制循環(huán)氣中惰氣含量的積累，使其濃度不致于過高，故在氨分離器后放出一部分循環(huán)氣，成為放空氣。氣體則進入循環(huán)壓縮機補充壓力形成循環(huán)回路。(i)溶解液氨中的氣體量；(ii)部分設(shè)備和管道的阻力；(iii)部分設(shè)備和管道的熱損失。(6)新鮮氣溫度：35℃。 設(shè)計條件(1)生產(chǎn)能力：液氨產(chǎn)量為50kt/a。但此法所用催化劑對毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對原料氣的精制純度要求嚴格。但功耗決不但取決于壓力一項，還要看其它工藝指標和流程的布置情況。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。這種方法的主要優(yōu)點是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。 合成氨常見工藝方法氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過精制的氫氮混合氣在催化劑的作用下多快好省地合成為氨。第二,實施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。大型化、集成化、自動化, 形成經(jīng)濟規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向?；谘b置經(jīng)濟性考慮,“輕油”和“重油”型合成氨裝置已經(jīng)不具備市場競爭能力, 絕大多數(shù)裝置目前已經(jīng)停車或進行以結(jié)構(gòu)調(diào)整為核心內(nèi)容的技術(shù)改造。目前合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是優(yōu)化原料路線, 實現(xiàn)制氨原料的多元化, 引進先進的煤氣化工藝制取合成氣, 降低產(chǎn)品成本, 改善生產(chǎn)環(huán)境。氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求, 在與國際接軌后, 具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力, 今后發(fā)展重點是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu), 進一步改善經(jīng)濟性。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。通過查閱相關(guān)文獻和資料，設(shè)計了年產(chǎn)五萬噸合成氨廠合成工段的工藝流程，并借助CAD技術(shù)繪制了該工藝的管道及儀表流程圖和設(shè)備布置圖。目錄中文摘要 1英文摘要 21 引言 3 氨的基本用途 3 合成氨技術(shù)的發(fā)展趨勢 4 合成氨常見工藝方法 4 高壓法 5 中壓法 5 低壓法 5 設(shè)計條件 5 物料流程示意圖 62 物料衡算 8 合成塔入口氣組成 8 合成塔出口氣組成 8 合成率計算 9 氨分離器出口氣液組成計算 10 冷交換器分離出的液體組成 13 液氨貯槽馳放氣和液相組成的計算 13 液氨貯槽物料衡算 15 合成循環(huán)回路總物料衡算 173 能量衡算 28 合成塔能量衡算 28 30 熱交換器能量衡算 31 軟水預(yù)熱器能量衡算 32 水冷卻器和氨分離器能量衡算 33 循環(huán)壓縮機能量衡算 35 冷交換器與氨冷器能量衡算 36 合成全系統(tǒng)能量平衡匯總 384 設(shè)備選型及管道計算 40 管道計算 40 設(shè)備選型 42結(jié)論 43致謝 44參考文獻 45年產(chǎn)五萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計摘要：本次課程設(shè)計任務(wù)為年產(chǎn)五萬噸合成氨工廠合成工段的工藝設(shè)計，氨合成工藝流程一般包括分離和再循環(huán)、氨的合成、惰性氣體排放等基本步驟，上述基本步驟組合成為氨合成循環(huán)反應(yīng)的工藝流程。最后對該工藝流程進行了物料衡算、能量衡算，并根據(jù)設(shè)計任務(wù)及操作溫度、壓力按相關(guān)標準對工藝管道的尺寸和材質(zhì)進行了選擇。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標志著氮肥工業(yè)的水平。可見，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。只有通過科技進步對經(jīng)濟增長的貢獻率來實現(xiàn), 這也是今后發(fā)展合成氨氮肥工業(yè)新的增長點。 同時研究開發(fā)簡單可行, 又可就地取得原料制取合成氣的潔凈煤氣化技術(shù), 這也