【正文】 ...................................................................... 45 5 安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù) .......................................................................................................... 46 環(huán)境保護(hù)與綜合利用 .................................................................................................... 46 IV 勞動(dòng)安全衛(wèi)生 ................................................................................................................ 46 致 謝 ........................................................................................................................................ 48 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 49 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸合 成氨工廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì) 1 1 工程設(shè)計(jì)背景與發(fā)展?fàn)顩r 工程設(shè)計(jì)的背景 合成氨是化學(xué)工業(yè)中的一種重要的基礎(chǔ)原料 。 I 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸 合成氨廠(chǎng) 工藝設(shè)計(jì) 摘 要 氨的 工業(yè) 生產(chǎn)主要是 利用 氮?dú)夂蜌錃馔ㄟ^(guò)催化劑的催化而得到 。 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 20萬(wàn)噸 合成氨廠(chǎng) 的工藝設(shè)計(jì)， 但由于合成氨的 整個(gè) 生產(chǎn)工藝較長(zhǎng)，細(xì)節(jié)問(wèn)題較多，鑒于設(shè)計(jì)時(shí)間的緊迫，本設(shè)計(jì) 主要 對(duì)合成氨的主要工段 ——合成工段 進(jìn)行了工藝計(jì)算、設(shè)備選型，并繪制了全廠(chǎng)平面布置圖、 合成氨工藝流程示意圖、合成工段帶控制點(diǎn)工藝流程圖、合成工段物料流程圖、合成 車(chē)間的立面圖和平面圖。 它 主要用于制造 氮肥 和復(fù)合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。 我 國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，對(duì)于氨的需求是一直呈上升趨勢(shì)。合成氨以天然氣為原料的 工業(yè)生產(chǎn)以 二段蒸氣轉(zhuǎn)化法為主，該法具有技術(shù)成熟、能耗 低等優(yōu)點(diǎn)。近些年來(lái)我國(guó)對(duì)化肥工業(yè)的重視，使合成氨工業(yè)有了較快的發(fā)展， 1982 年達(dá)到 萬(wàn)噸，成為世界產(chǎn)量最高的國(guó)家之一。 我國(guó) 合成氨 需求現(xiàn)狀 及設(shè)計(jì)規(guī)模 我國(guó)合成氨主要是作為中間產(chǎn)品加工成尿素、硝銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、磷酸一銨、磷酸二銨和硝酸磷肥等化學(xué)肥料 ； 此外 合成氨 還大量用以生產(chǎn)硝酸、純堿、丙烯 腈 、己內(nèi)酰胺和甲胺等化工產(chǎn)品。下表就是近年來(lái)我國(guó)合成氨消費(fèi)增長(zhǎng)和供求 情況： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 表 11 我國(guó)合成氨消費(fèi)增長(zhǎng)和供求情況 萬(wàn) t 年份 產(chǎn)量 進(jìn)口量 出口量 表觀(guān)消費(fèi) 量 1995 2020 2020 年均增長(zhǎng)率 /% 從上表可以看出，我國(guó)對(duì)合成氨的需求一直穩(wěn)定增長(zhǎng)，針對(duì)我過(guò)合成氨產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，在我國(guó)建立大型的合成氨廠(chǎng)是很有必要也是很有前途的；因此，設(shè)計(jì)的合成氨廠(chǎng)的規(guī)模定為年產(chǎn) 20萬(wàn)噸合成氨。 公用工程概述 廠(chǎng)址選在四川某市的郊區(qū)， 有可靠的供電網(wǎng)，輸、供電系統(tǒng)，附近 有鐵路、國(guó)道，交通便利，另外在不遠(yuǎn)處有著一條河流，解決了水的難題。 總平面布置 總平面布置的基本原則 （ 1） 總平面布置首先必須滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，以最大限度的保證生產(chǎn)作業(yè)線(xiàn)的連接、短捷、方便，從 原料進(jìn)廠(chǎng)到成品出廠(chǎng)，整個(gè)流程必須符合生產(chǎn)工藝要求，力求做到流程線(xiàn)路暢通、連續(xù)、短捷、避免交叉進(jìn)行 ， 使 各種物料的輸送距離 為最小。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 （ 2） 要能夠充分結(jié)合場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)、地位、地貌等有利條件，因地制宜，緊湊布置，節(jié)約土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。 （ 4） 各車(chē)間之間注意滿(mǎn)足防火、衛(wèi)生 等國(guó)家安全規(guī)定，各種廠(chǎng)房按性質(zhì)分區(qū)集中。 （ 5） 人流、物流各行其道，路線(xiàn)短捷，避免交叉。 （ 7） 近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展相結(jié)合，主要生產(chǎn)車(chē)間留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地，輕化工工廠(chǎng)變化較快，綜合利用較廣，加工深度較深，大多數(shù)工藝流 程更新快，這要求在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)留有較大的預(yù)留地，以滿(mǎn)足工廠(chǎng)發(fā)展變化的需要。 （ 9） 采取各種措施，提高建筑系數(shù)和場(chǎng)地利用稀疏。 總平面布置概述 （ 1） 生產(chǎn)區(qū)布置：由于合成氨的生產(chǎn)不適合于室內(nèi)生產(chǎn)，因此全部是露天式生產(chǎn)，各工段按流程的順序建設(shè)，本設(shè)計(jì)中呈 U型。 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸合 成氨工廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì) 5 B 鍋爐房：布置在用蒸汽較多的地方，且是主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。 D 水處理車(chē)間：靠近負(fù)荷中心，處理每日生產(chǎn)車(chē)間所需的工業(yè)用水，并提供部分生活用水。 （ 4） 堆場(chǎng)和倉(cāng)庫(kù)：布置在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，置于廠(chǎng)區(qū)邊緣，靠近主生產(chǎn)車(chē)間，且位于主力干道邊緣。 （ 5） 行政管理機(jī)構(gòu)和福利區(qū)：辦公樓位于廠(chǎng)前區(qū)且位于主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向。既有專(zhuān)門(mén)的綠化區(qū)，也有環(huán)繞廠(chǎng)房及其他建筑物的綠化帶。這樣，可使場(chǎng)區(qū)空氣得以?xún)艋?，噪音減小，美化和改善了環(huán)境的衛(wèi)生條件，使本廠(chǎng)的小環(huán)境﹑小氣候得以明顯改善。 綜上所述，平面布置有以下幾個(gè)特點(diǎn)： A 廠(chǎng)房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應(yīng)。 另外 ，總平面布置圖右上方 繪 有風(fēng)向玫瑰圖，下方 繪 有明細(xì)表等。 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸合 成氨工廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì) 7 3 化工工藝設(shè)計(jì) 車(chē)間組成概述 本設(shè)計(jì)中合成氨的生產(chǎn)由轉(zhuǎn)化、變換、凈化、合成四個(gè)工段組成，由于 合成氨的生產(chǎn)不適合室內(nèi)生產(chǎn)，因此生產(chǎn)在露天進(jìn)行。 在合成工段起決定作用的是催化劑，催化劑的選擇將決定整個(gè)合成工段設(shè)計(jì)。釕系催化劑是近年來(lái)合成氨催化劑歷史上的一個(gè)突破，可以說(shuō)是真正做到了 “低溫、低壓 ”。雖說(shuō)釕系催化劑的成本要比鐵系催化劑要高很多，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，還是選擇釕系催化劑。壓縮空氣與部分混合氣一起導(dǎo)入ATR進(jìn)口 ——專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的混合區(qū)。一部分烴類(lèi)在自熱式轉(zhuǎn)化爐中燃燒 ,釋放的熱供 KRES裝置中剩余的烴類(lèi)蒸 汽 轉(zhuǎn)化的需要。當(dāng)混合氣沿管子向下流時(shí)與傳統(tǒng)的蒸 汽 轉(zhuǎn)化催化劑接觸 ， 蒸 汽 轉(zhuǎn)化所需的熱由殼側(cè)氣體提供 ， 殼側(cè)氣體是 ATR 流出物和 KRES 管側(cè)流出物的混合物 ， KRES 管測(cè)出口溫度為870℃ ， 混合物的溫度為 925℃ 。出口氣經(jīng)冷卻送到二氧化碳脫除工藝 ， 二氧化碳可以用已經(jīng)商業(yè)化的工藝除去。深冷凈化器對(duì)粗合成氣 進(jìn)行最后的凈化 ， 它由三個(gè)簡(jiǎn)單的部分組成 :進(jìn)出口換熱器、低速膨脹機(jī)及頂部有冷凝器的精餾塔。膨脹機(jī)流出物在換熱器底部進(jìn)一步冷卻并部分冷凝后進(jìn)入精餾塔。部分精餾塔底部的液體減壓蒸發(fā) ， 先通過(guò)精餾塔頂部冷凝器殼側(cè)使塔形成回流然后與凈化器進(jìn)氣換熱 ， 預(yù)熱后作為再生合成氣干燥器的廢氣 ， 這廢氣最后作為工藝加熱器的燃料。經(jīng)過(guò)凈化的氣體壓縮到合成回路的壓力 ， 進(jìn)入內(nèi)冷、熱壁、徑向合成塔進(jìn)行反應(yīng) ， 合成塔的第 1床用傳統(tǒng)的催化劑 ， 其余三床用釕催化劑。因補(bǔ)充氣中惰性氣體的含量較低 ， 合成回路的弛放氣量較少，除去氨后的弛放氣與干燥器的進(jìn)氣混合進(jìn)入工藝系統(tǒng)，因此不需要單獨(dú)的弛放氣回收裝置。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 4 合成工段的 工藝 計(jì)算及設(shè)備選型 合成工段設(shè)計(jì)要求 年工作日： 330天； 系統(tǒng)工作壓力： 練氣組成（％）： H2 ， N2 ， 合成塔進(jìn)氣（％）： NH3 ， Ar 16 合成塔出氣（ %）： NH3 21 合成工段物料衡算圖 1——新鮮氣； 14——弛放氣； 16， 17， 19——液氨；其余各點(diǎn)為循環(huán)氣 合成工段的工藝計(jì)算 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸合 成氨工廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì) 11 物料衡算 （ 1）合成塔計(jì)算 ① 合成塔入口氣組成： 入塔氨含量：36NHy =％； 入塔氫含量：2Hy =()x100％ =％； 入塔氬含量： 6Ary =16％； 入塔氮含量：2Ny=()x100％ =％。 由氣液平衡原理： F m ( i) V y ( i) L x ( i) m ( i)? ? ? （ 1） y(i)K(i)=x(i) （ 2） K（ i） 組分 i平衡常 數(shù) 將（ 2）式代入（ 1）式得： 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸合 成氨工廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì) 13 m( i) V( )K (i) 1L x (i) L?? m ( i)L x( i)= L ( i )V1+( ) K ( i )L ? （ 3） L L(i)?? （ 4） 液體組分 Lix(i)=L（ ） （ 5） 1V F L L? ? ? ? （ 6） 氣體組分 ( ) ( ) ( )() V i m i L iyi VV??? （ 7） 已知分離器入口混合物組分 m(i) 表 43 入口混合物組分 3NHm Arm 2Hm 2Nm 小計(jì) 查 t=20℃ ,P= 表 44 平衡常數(shù) KNH3 KAr KH2 KN2 設(shè) ( ) ? 代入 (3)式中計(jì)算各組分溶解液量 3330 . 2 1 0 . 1 8 1 4 31 0 . 0 3 5 4 . 51 ( )NHNH NHmL K m o lV KL? ? ???? 0 .1 8 8 8 8 0 .0 0 0 2 11 2 0 0 4 .51 ( )ArArArmL Km o lVKL? ? ???? 2220 . 4 1 6 4 8 0 . 0 0 0 3 91 2 4 0 4 . 51 ( )HH HmL K m o lV KL? ? ???? 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 2220 . 1 8 4 6 4 0 . 0 0 0 1 51 2 7 0 4 . 51 ( )NN NmL K m o lV KL? ? ???? 分離液體量 3 2 2NH A r H NL L L L L? ? ? ? =+++ = 分離氣體量 1 1 0 . 1 8 2 1 8 0 . 8 1 7 8 2V L K m o l? ? ? ? ? 計(jì)算氣液比 39。VV( ) ( ) 4 .5 0 0 4 .4 8 9LL 1 0 0 % 0 .2 4 4 %V4 .5 0 0()L? ?? ? ? ?誤 差 假定正確。 ( ) ( ) ? ? ? 39。 由前面計(jì)算數(shù)據(jù)列入下表 表 411 衡算表 名稱(chēng) NH3 Ar H2 N2 氣量 3m( )標(biāo) 補(bǔ)充氣 V補(bǔ) 回收氣 V回 弛放氣 液氨 入塔氣 V入 出塔氣 V出 根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求 V補(bǔ) ， V回 ， V入 ， V出 。 P= 查得此條件下各組分比熱容并計(jì)算得 p7C 3 2 .6 9 3 K J / K m o l C? 7 7 p7 7 7 3 6 0 .7 4 4Q V C t 3 2 .6 9 3 4 5 2 4 8 5 5 8 6 8 .3 5 8 K J2 2 .4? ? ? ? ? ②