【正文】 氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔(內(nèi)置式)和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔(外置式)兩類。(2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。這種方法簡(jiǎn)單，但熱量回收不完全。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種：(1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮?dú)鈸p失。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來(lái)，得到氫、氮?dú)?，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。由此可見(jiàn)，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。(5)惰性氣體的排除氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過(guò)以下三個(gè)途徑帶出：(1)一小部分從系統(tǒng)中漏損；(2)一小部分溶解在液氨中被帶走；(3)大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。為補(bǔ)償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮機(jī)。分離氨后剩余的氫氮?dú)?，除為降低情性氣體含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進(jìn)行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。當(dāng)液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來(lái)，通常稱為“貯罐氣”。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來(lái)的液氨從氣相中分離出來(lái)，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。(3)氨的分離 進(jìn)入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來(lái)。在正常操作的情況下，加熱氣體的熱源主要是利用氨合成時(shí)放出的反應(yīng)熱，即在換熱器中反應(yīng)前的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度。若采用離心式壓縮機(jī)或采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡(jiǎn)化了流程。氣體中所含的油不僅會(huì)使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。(1)氣體的壓縮和除油 為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機(jī)。 氨合成過(guò)程的基本工藝步驟 實(shí)現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個(gè)步驟[4]：氮?dú)湓蠚獾膲嚎s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)氣中惰性氣體的平衡等。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)，概括起來(lái)有如下幾方面[7]：(1)工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過(guò)程有高度的連續(xù)性；(3)各工序生產(chǎn)操作相互影響；(4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進(jìn)行的。液氨由氨罐進(jìn)入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。2 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。如果含有COD的廢水排放出去就會(huì)繁衍菌類、藻類，污染水源和土壤，更嚴(yán)重的是會(huì)造成污染滋生源，對(duì)環(huán)境造成更大的破壞。 合成氨廢水合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來(lái)源。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，有很少一部份氣態(tài)NH3無(wú)法回收，通過(guò)放空火炬燃燒掉就不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。液氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴(yán)重?fù)p傷，出現(xiàn)眼瞼水腫，眼結(jié)膜迅速充血水腫，眼劇痛，角膜混濁，甚至因角膜潰瘍、穿孔而失明。因氨有氣味，故較好預(yù)防。中毒嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起肺部腫脹導(dǎo)致死亡。氨中毒的癥狀首先是服粘膜和呼吸道粘膜受到刺激、胸感抑郁、胃痛、打噴嚏、流口水、周身有不舒服感。車間空氣中氨的最高容許濃度為30 毫克／米3。中小型合成氨廠在生產(chǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)的有毒有害物質(zhì)種類很多，多以氣體、蒸氣、霧、粉塵等狀態(tài)存在，其中有毒有害氣體是合成氨生產(chǎn)中最常見(jiàn)的。以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對(duì)硫含量限制十分嚴(yán)格，(重量)以下。雖然原料氣中硫化物含量不高，但對(duì)合成氨生產(chǎn)危害卻很大。操作壓力300atm時(shí)，～％；150atm時(shí)，～％。對(duì)于冷凍法分離氨，初始氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。因此，循環(huán)氣中惰性氣體含量應(yīng)根據(jù)新鮮氣惰性氣體含量、操作壓力、催化劑活性等條件而定。但是，維持過(guò)低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。惰性氣體(CHAr)來(lái)源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。氫氣來(lái)源于水或含有烴類的各種燃料，它取決于用什么方法制取。、來(lái)源生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。但此法所用催化劑對(duì)毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對(duì)原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃?？偟膩?lái)看，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。從動(dòng)力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。(2)中壓法操作壓力為20～60MPa，溫度450～550℃，其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮?，?duì)設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。故流程、設(shè)備都比較緊湊。(1)高壓法操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。節(jié)省的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。過(guò)去引進(jìn)建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。我國(guó)七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30 多套大化肥裝置,耗費(fèi)巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時(shí),也受到國(guó)外的制約。它的發(fā)展將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無(wú)收在于水,收多收少在于肥”。未來(lái)我國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)石油和鋼鐵。即今后20 倍。%%。市場(chǎng)需要據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997 。同時(shí)，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。此外，氨還是常用的冷凍劑。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料。可見(jiàn)，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。還可以將氨加工制成各種含氮復(fù)合肥料。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(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。(2) 氨的用途氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣。～28％，～82％。氨的自燃點(diǎn)為630℃，氨在氧中易燃燒，燃燒時(shí)生成藍(lán)色火焰。氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。極易溶于水，常溫（20℃）常壓下，一個(gè)體積的水能溶解600個(gè)體積的氨；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個(gè)體積水能溶解1300個(gè)體積的氨氨的水溶液稱為氨水，呈強(qiáng)堿性。氨是一種無(wú)色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無(wú)色氣體，比空氣輕，熔點(diǎn)－℃；沸點(diǎn)－℃。 6. 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 4. 進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)備平立面布置圖。 2. 進(jìn)行化工計(jì)算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計(jì)算。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來(lái)越受到重視。生產(chǎn)過(guò)程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。(2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的有效途徑。氨合成工藝單元主要以增加氨合成轉(zhuǎn)化率(提高氨凈值) ,降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量為主，開發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更加合理的合成塔及其內(nèi)件。(1) 大型化、集成化、自動(dòng)化, 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個(gè)階段。 同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。寧夏大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)fdfsafh工藝設(shè)計(jì)姓 名： 王康洲 指導(dǎo)教師： 陳學(xué)文 院 系： 化工學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 提交日期： 目 錄中文摘要………………………………………………………………2外文摘要……………………………………………………………………………31．總論…………………………………………………………………………4 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)………………………………………………………………4 概述…………………………………………………………………………… 設(shè)計(jì)題目…………………………………………………………7 設(shè)計(jì)具體類容范圍及設(shè)計(jì)階段………………………………………用途及市場(chǎng)需要…………………………………8………………………………………8………………………………………………………………………來(lái)源……………………………………8 ………………………………………8………………………………………8……………………………………………8 ………………………………………………………………8 ………………………………………………………………82．生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定……………………………………………83．生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述…………………………………………………………………144．工藝計(jì)算……………………………………………………………………16 原始條件…………………………………………………………16 物料衡算…………………………………………………………16 合成塔物料衡算……………………………………………………18 ………………………………………………19 …………………………………………………19 …………………………………………………25 ………………………………………………………29 熱交換器熱量計(jì)算…………………………………………………35 水冷器熱量計(jì)算………………………………………………………36 氨分離器熱量核算……………………………………………………39 5. 主要設(shè)備選型…………………………………………………………………39 廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算………………………………………………………40 計(jì)算條件…………………………………………………………………40 官內(nèi)給熱系數(shù)α計(jì)算……………………………………………………41 管內(nèi)給熱系數(shù)αi計(jì)算…………………………………………………42 總傳熱系數(shù)K 計(jì)算……………………………………………………43 平均傳熱溫差m Δt 計(jì)算………………………………………………44 傳熱面積…………………………………………………………………45 ……………………………………………………………466. 環(huán)境保護(hù)與安全措施……………………………………………………………47 ………………………………………………………………………48 化學(xué)沉淀—A/ O 工藝處理合成氨廢水………………………………49 合成氨尾氣的回…………………………………………………………50………………………………………………………………………51 防毒…………………………………………………………………52 防火……………………………………………………………………53 防爆……………………………………………………………………54 …………………………………………………………………55…………………………………………………………………56 ……………………………………………………………………57結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………………………40注釋………………………………………………………………………………40參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………42致謝…………………………………………………………………………………43附錄…………………………………………………………………………………43年產(chǎn)8萬(wàn)噸合成氨合成工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：詹益民（黃山學(xué)院化學(xué)系，黃山，安徽 245000）摘 要：介紹合成氨合成生產(chǎn)工藝流程，著重通過(guò)對(duì)此工藝流程的物料衡算，能量衡算確定主要設(shè)備選型。關(guān)鍵詞：氨合成； 生產(chǎn)工藝； 物料衡算； 能量衡算； 設(shè)備選型 PRODUCES 80,000 TONS OF AMMONIA SYNTHESIS PROCESS DESIGNDirector：XXX Associate Director：XXX（Dept. of Chemistry，HuangShan College, China, 245000）Abstr