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年產(chǎn)15萬噸合成氨裝置-文庫(kù)吧資料

2024-12-12 09:29本頁面
  

【正文】 觸媒必須能滿足活性高,不易中毒,價(jià)錢低,易創(chuàng)造的特點(diǎn),還需耐 熱性能好,使用壽 命長(zhǎng),機(jī)械強(qiáng)度大的特點(diǎn)。這時(shí)可以認(rèn)為氨合成過程處于化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制區(qū),目前一般認(rèn)為在鐵催化劑表面上氨合成反應(yīng)機(jī)理可能如下: ②、 氨合成的動(dòng)力學(xué)方程 氮(氣相) 催化劑 氮(吸附) 催化劑 氣相中氫 2NH(吸附) 催化劑 氣相中氫 2NH2(吸附) 催化劑 氣相中氫 2NH3 催化劑 2NH3(氣相)( QIXIANG )( QI) 16 根據(jù)氮在鐵催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟, 由 捷姆金和佩熱夫?qū)С龅奈⒎謩?dòng)力學(xué)方程如下 : W= dNNH3/ds=KiPN2( P3H2/ P2NH3) 2K2( P2NH3/ P3H2) β 此式使用時(shí)有一定范圍,如當(dāng)混合氣體中的氨的分壓為 0, 或極 小時(shí),就不能運(yùn)用,因在 極限時(shí)反應(yīng)速度將為無限大。 以上七個(gè)步驟, a、g為外擴(kuò)散至氣相主流,d 、 f為內(nèi)擴(kuò)散過程,c、d、e三步驟總稱化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程。 f、解析后氨從催化劑毛細(xì)孔組織內(nèi)部向外表面擴(kuò)散。 d、吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面上起化學(xué)反應(yīng),生成一系列中間化合物,最后形成在催化劑表面吸附狀態(tài)的氨。 b、氫和氮的絕大部分,自外表面向催化劑的毛細(xì)孔內(nèi)部擴(kuò)散,進(jìn) 15 入內(nèi)表面。為了加速反應(yīng)而又不過分提高溫度,就必須使用催化劑,常用鐵催化劑,其 中加有其它催化劑:如三氧化二鋁、氧化鉀等,催化劑的化學(xué)和物理性質(zhì)對(duì)氨合成過程有重大影響。同時(shí),合成反應(yīng)不能進(jìn)行到底,反應(yīng)后的氣體中含氨一般在 20%一下,其余為反應(yīng)的氫、氮?dú)夂筒荒軈⒓臃磻?yīng)的惰性氣體, 這些氣體混合在 一起是需要吸收熱量,所以表現(xiàn)出來的反應(yīng)熱要比按上式算出的數(shù)值小,真正的反應(yīng)熱與混合熱之合稱為表現(xiàn)反應(yīng)熱,即△ HT=△ HR+△ HM,混合熱的數(shù)值顯然與反應(yīng)后氣體中的氨含量有關(guān),氣體中的氨含量越高,混合熱越大。 反應(yīng)原理 反應(yīng)原理從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面考慮。 ④ 用于制冷工業(yè),為良好的冷媒質(zhì)。 ② 用氧化法合成的濃硝酸可用于各種有機(jī)化學(xué)工業(yè)、國(guó)防。它們都是良好的肥料。 ( 3)產(chǎn)品用途:氨的用途很廣,它是工業(yè)上的重要原料,可繼續(xù)處理變成其它產(chǎn)品。 c、燃燒硫磺時(shí)遇氨氣生成白煙。 ⑥ 檢定方法: a、氨氣與氯化氫氣體時(shí)生成白煙。 ( 2)化學(xué)性質(zhì) ① 氨在空氣中不能燃燒,在氧氣中燃燒,它與氧化合,并有黃綠色火焰,主要反應(yīng)為: 4NH3+3O2→ 2N2+6H2O 有觸媒存在時(shí),氧化過程按下面反應(yīng)式進(jìn)行: 4NH3+5O2→ 4NO +6H2O ② 在高溫下氣態(tài)氨分解成氫和氮 2NH3→ 3H2+N2 ③ 和各種酸化和成鹽: 與硝酸作用 NH3+ HNO3= NH4NO3 與硫酸作用 2NH3 +H2SO4= (NH4)2SO4 與鹽酸作用 NH3+HCL= NH4CL 與碳酸作用 2NH3+CO2+H2O= 2NH4HCO3 (NH4)2CO3+CO2+H2O= 2NH4HCO3 ④ 有水存在時(shí)氨對(duì)銅和銅的化合物有侵蝕性。 ⑤ 溶于水時(shí),放出熱量、水溶液成為氨水,其濃度隨比重的增大而降低。 ③ 加壓時(shí)易被液化為物色液體,(不純時(shí)為淡黃色或淡藍(lán)色)。 g、采用雙循環(huán)時(shí),必須裝設(shè)噴射器,如果操作不當(dāng),也會(huì)影響操作的正常進(jìn)行。因此觸媒的使用壽命長(zhǎng),停車修理的間歇時(shí)間長(zhǎng),總產(chǎn)量高。 d、中壓法所用操作壓力較低壓法高,因此,循環(huán)氣中的氨容易分離,所用的冷凝設(shè)備也比較小,可不專門設(shè)置氨的冷凍系統(tǒng), 即使設(shè)置冷凍系統(tǒng),其冷凍系統(tǒng)的生產(chǎn)能力也可以較低壓法小,因此耗電量也隨之降低。 b、混合氣不直接進(jìn)入合成塔,而先與循環(huán)氣在冷卻系統(tǒng)前匯合, 11 經(jīng)冷卻后,油及水分隨分離下來的液氨一同排出氨分離器,使油及水份的 分離更為徹底,可防止水及油份對(duì)觸媒的毒害作用。 f、由于操作壓力低,氨的生成率少,氣氨不易液化,需要附設(shè)比較龐大的冷凍設(shè)備。 e、精制觸媒反應(yīng)熱量不能自行維持,反應(yīng)前必須加熱, 其熱源由合成塔出口高溫氣體和精致塔 出口高溫氣體供給。 c、觸媒對(duì)毒害物的靈敏性很大,易受傷害,而且操作中溫度不易控制,所以觸媒的使用壽命短。 低壓法工藝的優(yōu)缺點(diǎn): a、所需壓力溫度低,亞鐵氰化鉀觸媒的活性較大。 b、由于采用高壓和高溫,合成塔及附屬設(shè)備需要特殊的合金鋼制造,不易制作,因此價(jià)格很貴,而且檢修次數(shù)多。 d、由于合成率高,因此每立方米觸媒的生產(chǎn)力也相應(yīng)增大。 b、在高壓下合成率高,在高壓和較高濃度下, 容易在混合氣體分離, 用水冷卻后液氨便可以分離出來。利用深度冷凍過程可以分別得到氫、氮、氬、 甲烷, 也可以將放空氣中甲烷用冷凝 方法得到氫氮?dú)猓缓髮⒓淄檗D(zhuǎn)化成氫,這樣氣體回收就比較完全,新鮮氣的消耗可大大降低。 放空氣中的氨可用吸收法或冷凝法加以回收,其余的氣體一般可用作燃料。(即放空的方法) 在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中,流程中各部位的惰性氣體含量是不同的,惰 9 性氣體排除的位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最小的地方。 ( 5)惰性氣體的排放 如前所述,因制取合成氨原料氣所用的原料和凈化方法的不同,在新鮮原料氣中通常含有一定數(shù)量的甲烷和氬,氬氣來自空氣, 新鮮氣中氬氣與氮?dú)獾谋壤篌w和空氣中相同,即新鮮氣中氬的含量通常在 %左右。 ( 4) 未反應(yīng)氫氮?dú)獾奶幚恚簽榱嘶厥者@部份氫 氮,工業(yè)上有兩種處理方法: a、 串聯(lián)法:將幾個(gè)氨合成和氨分離串聯(lián)起來, 出第一合成塔的氣體經(jīng)氨分離后進(jìn)入第二合成塔,再分離。 a、水吸收法:用水吸收混合氣體中的氨時(shí),由于高壓下氨在水中溶解度較大,因而氨的分離比較完全,但分離氨后氫氮混合氣體中含有 8 少量水蒸氣, 在再次利用這部分氣體進(jìn)行合成時(shí),需將水分除去, 否則將影響催化劑的活性,用水吸收氨后的產(chǎn)品為濃氨水,如得到液氨產(chǎn)品,需將濃氨水蒸餾。因此,在新的氨合成流程中, 都沒有反應(yīng)熱回收裝置。這種換熱過程有一部分在催化劑床層中層過換熱裝置進(jìn)行。因此, 在往復(fù)式壓縮機(jī)眉端出口都設(shè)有水冷卻器和油分離器將氣體中的油份除凈十分重要,這不僅因?yàn)橛屠淠髸?huì)附著在熱交換器壁上,降低傳熱效率,更重要的是當(dāng)油隨氣體帶入合成塔,會(huì)使催化劑中毒,當(dāng)油進(jìn)入合成塔電加熱器內(nèi)時(shí),會(huì)使其絕緣不良而引起短路, 為避免氣體帶油,目前已推廣往復(fù)式壓縮機(jī)無油潤(rùn)滑,并取得較好效果,使用離心式壓縮機(jī)從根本上解決了氣體帶油問題,使生 產(chǎn)流程得以簡(jiǎn)化。 7 ( 1)氣體的壓縮:為使氣體 達(dá)到氨合成所要求的壓力,須將經(jīng)過精細(xì)凈化除去所有 有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。 循環(huán)壓縮機(jī)技術(shù)特性如下: 生產(chǎn)能力: 270 米 3/小時(shí) 轉(zhuǎn) 速 : 125 轉(zhuǎn) /分鐘 同步電動(dòng)機(jī)容量: 450 千 瓦 八、生產(chǎn)技術(shù)依據(jù),生產(chǎn)步驟及生產(chǎn)方法的選擇 生產(chǎn)技術(shù)依據(jù) 《合成氨器、 氨的合成》 ; 《無機(jī)化工工藝學(xué)》 ; 《化工工藝設(shè)計(jì) 概論》 ;無機(jī)化工專業(yè) 業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 。該設(shè)備是雙動(dòng) 單級(jí)的,是由同軸同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的,主軸考曲柄的一端支承在機(jī)座 的主軸承上, 主軸是由碳素鋼鍛造加工而成。從冷凝塔、氨分離器、油過濾器出口排出來 的氣體,都經(jīng)過放空槽集中后,排入大氣。該設(shè)備是立式焊接設(shè)備,直徑約為 1200 ㎜,高約 為 2200 ㎜,器內(nèi)填充有鋼環(huán),下面有一底座支架。 氨水回收器為 立式焊接圓筒,它的直徑約為 1200 ㎜,高約 3500 ㎜,容許的最高操作壓力為 16 氣壓,內(nèi)設(shè)有蒸汽蛇管器的側(cè)面有一 玻璃管液面計(jì)。 內(nèi)筒由四層圓筒組成,圓筒上開有長(zhǎng)方形的孔,但各層孔的位置 相錯(cuò),使氣體流動(dòng)時(shí)改變方向,圓筒固定在上面的圓板上,圓板安裝 在高壓筒體上,圓板的中心有一氣體出口。在內(nèi)筒下有幾個(gè)氣體的入口圓洞,內(nèi)筒在操作過程 中,承受的最高壓力差必須小于 氣壓。 該設(shè)備的外筒是多層焊接的高壓容器,其內(nèi)徑為 700 ㎜,高約 1014 ㎜,筒體上部的側(cè)面設(shè)有一高壓蓋子,蓋子與筒體是用螺栓連 接的以鋁墊密封。該設(shè)備的外筒是一直徑約為 2100 ㎜,高約為 3900 ㎜的直立式焊接而成的圓筒,該設(shè)備上有泡沫分離器。 快速水冷卻器:該設(shè)備是用來冷卻從合成塔出來的反應(yīng)后的高 溫氣體 120— 180℃,經(jīng)冷卻后能使氣體中氨冷凝為液氨,另外,加熱鍋爐房用的化學(xué)凈水,回收一部分熱量。 冷凝塔的外筒是多層焊接的高壓容器,在塔底的循環(huán)氣入口上焊有一個(gè)中心管,在塔內(nèi)上部焊有一個(gè)套筒,套筒與高壓筒體的間隙用作液面 計(jì)導(dǎo)壓之用,并且套筒還兼作冷交換器的外殼,在塔內(nèi)的上 部裝有列管式冷交換器,它 有下面一截外殼,上面有一圈法蘭線,與高壓筒體內(nèi)的套筒緊密接觸,起密封作用。 熱交換器與觸媒 筒下部相連,其筒體直徑約為 680 ㎜,筒體內(nèi)裝有約900 多根直徑為 14 2 ㎜,長(zhǎng)約 3700 ㎜的管子,在管間裝有隔板, 隔板為圓環(huán)式,共計(jì) 27 塊,整個(gè)熱交換器面積約為 130 ㎡。 觸媒 筒的內(nèi)徑為 690 ㎜,由鋼板焊接而成。 組成:外筒是一個(gè)多層焊接的高壓容器,筒體內(nèi)徑為 300 ㎜,高為13600 ㎜,筒體的兩端焊有兩個(gè)法蘭,上部有一密閉式頂蓋,下面是一高壓蓋子,蓋子與法蘭有螺栓連接,在上法蘭之側(cè)有一氣體入口 ,下蓋有一氣體出口及冷氣入口。 第二類:水分含量不超過 1%,并含有微量的油份。 六、 產(chǎn)品規(guī)格:氨包括氣氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 75%荷葉按產(chǎn)品占總產(chǎn)量的20%, 以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車間所回收的氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 5%。 機(jī)械油 : 牌號(hào)“” ,閃點(diǎn) 110℃,粘度 50℃時(shí), — 恩氏度。 氨氣:用耐 15 氣壓的鋼瓶充裝,使用時(shí)減壓力 5 個(gè)氣 壓,供系統(tǒng)置換水冷卻器的吹出和局部滅火用,氮?dú)庵械难鹾坎坏贸^2%。 水溫 24℃(夏季)所含之懸浮物 , 3 不超過 50 毫克∕升,在洪水期水中懸浮物達(dá) 100 毫克∕升。 合成氨觸媒 :在 300 大氣壓、 溫度 475~ 510℃ 下合成氨則用氧化 鋁與氧化鉀為促進(jìn)劑的融鐵觸煤。 大修: 20 天 3 年 |次 (一般) 中修: 7 天 1 年 |次 小修: 1~ 5 天 (經(jīng)常) 發(fā)展規(guī)劃:向年產(chǎn) 30 萬噸合成氨發(fā)展。 2 操作制度:根據(jù)化工生產(chǎn)的特點(diǎn),采用四班三倒 輪換操作。 以畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書和化工工藝專業(yè)課本及 參考書為依據(jù)。 總之,經(jīng)過初步訓(xùn)練,具有一定的化工 工藝設(shè)計(jì)能力后,在生產(chǎn)、基建、科研和管理等方面,一定會(huì)發(fā)揮出重要的作用。因此,化工工藝專業(yè)的學(xué)員一定要掌握 化工設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。因此,設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞,對(duì)化工行業(yè)的發(fā)展影響極大,一定要在思想上充分的重視。 1 第一章 總 論 一、 指導(dǎo)思想 化工設(shè)計(jì)是 政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)緊密結(jié)合的一門科學(xué)技術(shù)。化工設(shè)計(jì)在新廠建設(shè),老廠改造挖潛中具有極其重要的作用,也可以說設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的先導(dǎo),是科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化大生產(chǎn)的 必經(jīng) 途徑 。 有關(guān)化工 設(shè)計(jì)方面的知識(shí)和技能,不僅對(duì)專門從事化工設(shè)計(jì)的人員需要學(xué)習(xí)和掌握 ,而且對(duì)從事化工生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)管 理方面的人員,也同樣需要具備。 從教學(xué)出發(fā)對(duì)學(xué)生進(jìn)行化工設(shè)計(jì)方面的基本訓(xùn)練,有 助于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí),聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際,提高分析和解決問題的能力,有助于提高學(xué)生的運(yùn)算技巧和設(shè)計(jì)繪圖的能力,當(dāng)然設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和深化,有賴于更多的實(shí)踐,只有通過實(shí)踐,積累經(jīng)驗(yàn), 才能培養(yǎng)思維、想象和創(chuàng)造的能力,才能促進(jìn)設(shè)計(jì)能力的不斷提高。 二、 設(shè)計(jì)依據(jù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)者深入現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù),掌握所設(shè)計(jì) 項(xiàng)目的生產(chǎn)程序 。 三、設(shè)計(jì)規(guī)模及操作制度 設(shè)計(jì)規(guī)模:年產(chǎn) 15 萬噸合成氨裝置。 生產(chǎn)制度:根據(jù)設(shè)備的大、中、小修及偶然事故的發(fā)生,年生產(chǎn)日一般為 330 天左右。 四、主要原料來源、數(shù)量及組成 主要原料氣為新鮮氣: 生產(chǎn)原料:合 成氨用的氫氮混合氣 規(guī)格:壓力為 320 大氣壓(表壓) 成份:按氣體體積百分?jǐn)?shù) H2=% N2=% ( CH4+Ar) =% 消耗定額 氫氮混合氣: 2800m3∕噸氨 河 水: 62 噸∕噸氨 鍋爐用化學(xué)凈 水: 噸∕噸氨 電: 130 千瓦∕小時(shí) 噸氨 五、輔助原料來源、組成及數(shù)量 來源:來自水、氣及其它副產(chǎn)品。 河水:供合成系統(tǒng)的水冷 卻氣作用。 供鍋爐房用的化學(xué)凈水: 于合成系統(tǒng)水冷卻器上部的列管中,作冷卻氣體用。 潤(rùn)滑油:供循環(huán)壓縮機(jī)機(jī)械部位及氣缸部位潤(rùn)滑 用 的 。 汽缸油:牌號(hào)“ T ”的汽缸油閃點(diǎn)為 240℃,粘度在 100℃時(shí)
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