合成氨合成工段课程设计说明书

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1、 .太原理工大学课 程 设 计 任 务 书课程设计题目：年产20万吨合成氨合成工段工艺设计课程设计要求：设计采用中压两级分氨流程，年产20万吨合成氨合成工段的工艺设计。设计配有设计说明书一份，图纸二。说明书容：原料气来源、流程方案的确定、物料衡算、热量衡算、设备选型与设计计算、车间布置、三废”治理与综合利用。二图纸：1.带控制点的合成工段物料流程图； 2.中压合成塔的工艺装配图。学生应交出的设计文件（纸质与电子版）：1.设计说明书（首页附设计任务书）2.工程设计图（CAD版）（1）主要设备图（2）工艺流程图主要参考资料（电子版）：一手册1. 小合成氨厂工艺技术与设计手册(上册)，化学工业，19

2、94。2. 小合成氨厂工艺技术与设计手册(下册) 梅安华主编，化学工业，1994。3. 氮肥工艺设计手册 气体压缩 氨合成 甲醇合成，化学工业，1989。4. 氮肥工艺设计手册 理化数据分册，石油化学工业，1977。二参考文献1中国环球化学工程公司编. 氮肥工艺设计手册 M.19852郝晓刚等编著. 化工原理课程设计. ：化学工业，20093甘棠主编.化学反应工程M. 第三版.：化学工业.1990（11）4黄璐. 化工设计. ：化学工业，20005五平主编.无机化工工艺学.第三版. ：化学工业，19856胜阶.合成氨工学J.石油化学工业，1978（7）7华工.氨合成塔J.石油化学工业，1977

3、(12)8化学工业组织编写.中国化工产品大全M.第二版上卷.9司航主编.化工产品手册M.第三版.：化学工业.10祥君著.新编精细化工产品手册M.：化学工业.1996.11万家亮曾胜年主编.分析化学M.第三版. ：高等教育.2001（6）12化工研究院编.无机与工业手册M.:化学工业出版，1988(2)13江寿建. 化工厂共用设施设计手册. ：化工工业，200014时均等. 化学工程手册. ：化学工业，199615国方. 化工工艺设计概论. ：原子能，199016化工工程师手册编辑委员会. 化学工程师手册. ：机械工业，200017敏恒等. 化工原理，上下册. ：化学工业，198518吴志泉等.

4、 化工工艺计算，物料、能量衡算. ：华东理工大学，199218倪进方. 化工过程设计. ：化学工业，1999专业班级 化学工程与工艺0802班 学生 林豪 组别 第四组 组员 林豪 旭 连文豪 马楠 宋路华 要求设计工作起止日期2011.11.212011.12.16指导教师签字日期系主任批准签字日期前 言化工设计课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则与方法；学会各种手册的使用方法与物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、各类塔结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、

5、经济合理性。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、技巧和经验。本说明书主要确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型与其他非工艺专业等容。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、物料和能量衡算与车间布置等容，并结合工艺计算、工程经济，力求表达当今化工设计的水平。合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以与工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助

6、设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485500的高温条件下来制得氨气。本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算与设备选型计算等。生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。摘要合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以与工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，

7、以四氧化三铁为触媒，在485500的高温条件下来制得氨气。本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算与设备选型计算等。生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。关键词： 半水煤气合成法 合成塔 催化剂 目录符号说明6第一章总论71.1 概述71.2 氨的性质71.2.1 氨的物理性质71.2.2 氨的化学性质81.3 原料气来源81.4 文献综述91.4.1 合成氨工业的发展91.4.2 合成氨工业的现状91.4.3 合成氨工业的发展趋势101.5 设计任务的项目来源10第二章流程方

8、案的确定112.1 生产原理112.2 各生产方法与特点112.3 工艺流程的选择122.4 合成塔进口气的组成14第三章工艺流程简述163.1 合成工段工艺流程简述163.2 工艺流程方框图17第四章工艺计算184.1 物料衡算：184.1.1设计要求：184.1.2计算物料点流程图：184.1.3合成塔入口气组分：194.1.4合成塔出口气组分：204.1.6氨分离器气液平衡计算：214.1.7冷交换器气液平衡计算：234.1.8液氨贮槽气液平衡计算：244.1.9液氨贮槽物料计算：274.1.10合成系统物料计算:284.1.11合成塔物料计算：304.1.12水冷器物料计算：314.1

9、.13氨分离器物料计算：324.1.14冷交换器物料计算：334.1.15氨冷器物料计算：344.1.16 冷交换器物料计算：364.1.17液氨贮槽物料计算:384.2 热量衡算：414.2.1冷交换器热量计算：414.2.2氨冷凝器热量衡算：444.2.3循环机热量计算：474.2.4合成塔热量衡算：494.2.5废热锅炉热量计算：524.2.6热交换器热量计算：534.2.7水冷器热量衡算：544.2.8氨分离器热量核算：56第五章设备选型与设计计算585.1 合成塔催化剂层设计：585.2 废热锅炉设备工艺计算：605.2.1计算条件605.2.2管给热系数的计算605.2.3管外给热

10、系数645.2.4传热总系数K645.2.5传热温差645.2.6传热面积655.3 热交换器设备工艺计算:655.3.1计算条件655.3.2管给热系数的计算665.3.3管外给热系数685.3.4总传热系数725.3.5传热面积核算725.4 水冷器设备工艺计算：735.4.1计算条件735.4.2管给热系数的计算745.4.3管外给热系数765.4.4传热温差765.4.5传热总系数K765.5 氨冷器设备工艺计算:775.5.1计算条件775.5.2管给热系数的计算785.5.4传热总系数K815.5.5传热温差815.5.6传热面积82第六章车间布置84第七章“三废”治理与综合利用8

11、57.1 “三废”的产生与污染857.1.1废气污染危害857.1.2废水污染危害867.1.3工业废渣对环境的污染877.2 “三废”治理原则87完毕语88参考文献：89附录：90物料衡算汇总表90热量计算点图93符号说明第一章 总 论1.1 概述氨是一种重要的含氮化合物。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

12、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与磷酸铵、氮磷钾混等。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，硝化甘油以与其它各种炸药。硝酸铵既是优良的化肥，又是安全

13、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与轻工、食品、医药工业部门中，氨与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氨的性质1.2.1 氨的物理性质 氨在常温下是无色气体，比空气轻，具有刺激性臭味，能刺激人体感官粘膜空气中，含氨大于0.01时即会引起人体慢性中毒。 气态氨易溶于水，成为氨水，氨水呈弱碱性。氨在水中的溶解度随压力增大而降低。氨水在溶解时放出大量热。氨水中的氨极易挥发。常压下气态氨需冷却到-33.35 （沸点）才能液化。而在常温下需加压到0.87MPa时才能液化

14、。液氨为无色液体，气化时吸收大量的热。1.2.2 氨的化学性质 氨与氧在催化剂作用下生成氮的氧化物,并能进一步与水作用,制得硝酸： 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应： 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素： 氨与二氧化碳和水作用,生成碳酸氢铵： (5) 氨可与盐生成各种络合物，如CuCl26NH3、CuSO44NH3。氨与空气(或氧)的混合气,在一定浓度围能发生剧烈的氧化作用而爆炸。在常温常压下，氨与空气爆炸极限为15%28%(NH3)。100，0.1 MPa下，爆炸极限为14.5%29.5%(NH3)。1.3原料气来源原料气主要有两部分：氮气、氢气。氮气主要是从空气中提取。氢气是从半水煤气中提取的，以煤为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、与甲烷等混合气体的过程。