《9万吨 年合成氨合成工段工艺设计设计正文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《9万吨 年合成氨合成工段工艺设计设计正文（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四川理工学院毕业设计 目录四川理工学院毕业（论文）设计 9万吨/年合成氨合成工段工艺设计学 生：学 号：专 业：班 级： 指导教师：四川理工学院材料与化学工程学院2009年06月前 言本设计就合成车间的工艺生产流程，着重介绍化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验。本书内容是根据鸿鹤化工股份有限公司合成车间的生产情况而编著的，确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专业等内容。在全面介绍化工设计的基础知识上，重点阐述工艺流程设计、物料和能量衡算及车间布置等内容，并结合工艺计算、工程经济，力求体现当今化工设计的水平。编写本设计总的指导思想是：理论联系实际、简明易懂、经济实用。本书在编
2、写过程中得到四川理工学院化学与材料与化学工程学院毛润琦老师的指导，在此表示衷心感谢。由于编者自身的知识水平和认识水平的有限，书中错误与不妥之处，恳请老师批评指正。2009年6月于四川理工学院目 录第一部分 绪论11.1概 述11.2设计任务说明11.2.1设计任务11.2.1设计依据11.3工艺流程设计21.3.1原材料技术规格21.3.2产品技术规格21.3.3危险性物料主要物性表31.3.4合成原理31.3.5合成工艺流程31.3.5工艺特点5小结5第二部分工艺设计计算62.1物料衡算62.1.1合成塔进出口气体衡算72.1.2氨分离器物料衡算82.1.3氨储罐物料衡算112.1.4合成系
3、统新鲜气量和驰放气量的衡算122.1.5氨分离器物料衡算132.1.6核算及比较误差162.1.7合成塔内物料衡算182.2热量衡算232.2.1氨合成塔内热量衡算232.2.2中置锅炉产生蒸汽量的计算272.2.3水冷器热量衡算282.2.4冷交换器热量衡算30第三部分 设备设计及选型校核313.1 YD型氨合成塔的选型计算313.1.1 YD型氨合成塔内件各床层进出口温度的选定计算313.1.2计算合成塔的催化剂用量343.1.3合成塔的设计选型与校核38 3.2 设备一览表45设计综述46参考文献47致 谢48 IV四川理工学院毕业设计 第一部分 绪论第一部分 绪论1.1概 述氨是一种重
4、要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨主要用来制作化
5、肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙-6、丙烯腈等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸，是各种炸药和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各种炸药。硝酸铵既是优良的化肥，又是安全炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。氨在其他工业中的应用也非常广泛。在石油炼制、橡胶工业、冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。例如制冷、空调、食品冷藏系统大多数都是用氨作为制冷剂。1.2设计任务说明1.2
6、.1设计任务本次设计参照四川省鸿鹤股份有限公司氨合成厂的现有工艺，并进行一定的优化和简化，对生产量及设备进行重新选择计算。设计的合成工段工艺达到年产90kt液氨的设计目的。1.2.1设计依据本设计按照材化系下达设计任务书进行编制，参照鸿鹤化工总厂的现场生产，每年操作日330天，三班连续操作。实地测得已知数据为计算依据：表1.1 原始数据记录精炼气组成N224.5H274.2CH41Ar0.3NH30小计100续表1.1入塔气组分含量（%）NH32CH410H263Ar4N221小计1001.3工艺流程设计1.3.1原材料技术规格表1.2 原材料技术规格序号名称规格备注成分百分含量（摩尔）1精练
7、气氢气74.2氮气24.5氨气0甲烷1氩气0.31.3.2产品技术规格表1.3 液氨产品技术规格序号名称规格国家标准备注等级组分含量1液氨一级品氨99.8GB356-65水和油0.22液氨二级品氨99.5GB356-65水和油0.5表1.4 氨水产品技术规格序号名称规格标准备注等级组分含量1农业用氨水一级品氨20部标HGI-88-64二级品氨18三级品氨152工业用氨水一级品氨25部标HGI-88-64残渣0.3二级品氨20残渣0.3三级品氨201.3.3危险性物料主要物性表表1.5危险性物料主要物性序号名称分子量熔点（度）沸点（度）闪点（度）燃点（度）空气中爆炸极限（）国家标准备注上限下限1
8、氨气17.03-77.7-33.5651.2263027.415.7乙2氢气2.016-259.8-252.8-40074.24.1甲3甲烷16.043-184-161.5-19065015.05.0甲1.3.4主要合成原理（1）主要反应方程式： 特点：可逆反应、正反应放热、正反应是气体体积减小的反应在工业生产中主要考虑经济效应与社会效应，基本要求单位时间内产量高、原料利用率高。需要将生成的氨及时分离出来，并不断向体系中补充原料以增加反应物浓度，使平衡向合成氨的方向进行。1.3.5确定合成工艺流程氨合成工序流程如图1.1图1.11氨合成塔 2氨分离器 3氨分离器 4氨储罐 5中置锅炉6水冷器
9、7冷交换器 8透平压缩机 9氨冷器A氨合成塔出塔气量 B氨合成塔进塔气量 C储罐气量 D池放气量G新鲜气量 E，H分离液氨量 W液氨产量合成工艺流程简述：由氮氢气压机压缩送来的新鲜气与循环气混合，经透平压缩机加压后，进入氨冷器。气体管内流动，液氨在管外蒸发，由于氨大量蒸发吸收了混合气的热量，使管内气体被冷却至30Mpa，0oC左右，出氨冷器后的混合物进入氨分离器，分离出的液氨进入液氨储罐，另外部分进入冷交换器壳程被热气体加热至40oC后出冷交换器，分成主线、副线，1#、2#、3#冷激线流程分别进入YD型氨合成塔。主线流程是从氨合成塔顶进入，沿塔内壁与内件之间的环隙入塔底部，再进塔下段换热器壳程
10、和塔上段换热器壳程，被加热后与塔底副线冷气混合后进入中心管，再折流进入第一催化剂层，经过化学反应生成部分氨后，进入第一冷激气分布器，并与1#冷激气均匀混合降低温度和氨浓度后第二催化层内继续反应。反应后又进入第二冷激气分布器，并与2#冷激气均匀混合降低温度和氨浓度后在第三催化剂层内继续反应。反应后又进入第三冷激气分布器，并与3#冷激气均匀混合降低温度和氨浓度后在第四催化剂层内继续反应。反应后的气体离开催化剂层进入塔上段换热器管程，降温后第一次出合成塔进入中置锅炉回收热量，又进入塔下段换热器管程继续降温，然后出合成塔进入水冷器，再进入氨冷器上部换热器管程，从氨冷器中心管出来进入氨分离器，分离出大量
11、的液氨，分离后的气体绝大部分进入透平压缩机后继续下一次循环。注：液氨产品易蒸发，有强烈刺激性气味，对人的消化系统和呼吸系统都造成伤害，与空气混合后遇火会爆炸，应密闭贮存，管道输送，尽可能避免泄露。1.3.5工艺特点本工段生产液氨，生产能力为9kt吨液氨/年，与传统流程相比较，具有节能低耗的特点，具体表现如下所述：（1）合成塔内件及催化剂的选择： 合成塔内件：本次氨合成工艺选用YD型氨合成塔内件，YD型氨合成内件事四层绝热冷激式氨合成塔，相比鸿化公司氨合成厂原使用的合成塔内件并流三套管型内件，其装填催化剂的体积要多了将近20%，在不改变原有条件下，催化剂的增加就意味着生产能力的提高。另外，YD型
12、塔取消了催化剂床层内的换热器而直接用冷激气降温，使得结构简单，操作容易，节省造塔材料，便于催化剂还原。催化剂的选择：第一床层选用A201催化剂，因为该型号的催化剂含钴，其低温活性好，氨净值高，但价格昂贵，因此只用在第一床层，其进口温度为360oC，选用此型号催化剂更能发挥作用。以下各层都选用A110催化剂，其适用温度为380-500oC，价格较低，活性也较好，适用于合成塔下面的床层。（2）“二进二出”的合成流程及反应热回收的方式与利用：本次设计选用的是“二进二出”的合成流程，选择塔内上下段双换热器和外设中置锅炉的工艺路线。主线、副线及1#、2#、3#冷激气一次进塔，反应完成后进入塔内上段换热器
13、管程，降温后第一次出塔进入中置锅炉回收热量，提高了反应热的回收率并获得了高品位的热，降低了二次进塔气体的温度，有利于减少下段换热器的热负荷，延长设备的使用寿命，而中置锅炉的副产品1Mpa的蒸汽可进入下一工段利用，节省了能源，降低了成本，减少了工艺负荷。（3）水冷器、双氨分离器的设置： 本次设计采用双氨分离器，氨分离器接在冷交换器与氨储罐之间，氨分离器放在冷交换器与氨冷器之间，这样的设计减少了单一氨分离器的生产负荷，有利于有效的分离产品中的液氨，提高液氨的产品规格等级，直接提高了经济效应，水冷后分离液氨再进行冷交，这样的设计减少了系统阻力，既提高了液氨的分离效果又避免了气液两相流，充分解决了低压下，水冷后很少有氨冷凝下来的矛盾。（4）氨冷器的选择设置：本次设计选择的氨冷器与鸿化厂的氨冷凝塔氨蒸发器串联使用相比较，处理能力上有一定的劣势，但是单从合成氨工艺比较，单氨冷器的使用较两设备串联使用，在符合设计要求的基础上，不仅简化了工艺流程，并且在经济上显得更加合理。小结自3月2日接到设计
