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1、四川理工学院毕业设计说明书题目年产15万吨液氨合成工段工艺设计系另别材料与化学项目系专业班级无机化工九八级一班学生姓名指导教师二零零二年六月三日第一部分 说明书 3第一章 概 述 3第二章原材料及产品主要技术规格 4第三章 危险性物料主要物性表 5第四章 生产原理及流程简述 5第五章 主要设备的选择与计算 5第六章 原材料及动力消耗 6第七章 生产分析及三废排量 7第八章 存在问题及建议 7第九章 主要参考书目 7第十章 工艺设计计算书 8第二部分 物料衡算和热量衡算 8第三部分 设备的选型与计算 27第四部分 带主要控制点的工艺流程图 46第一部分 说明书第一章 概 述1-1 工段的简况及特
2、点： 1设计依据： 本设计按照材化系下达设计任务书进行编制，参照鸿鹄化工总厂的现场生产，以及中 国五环化学项目总公司 原化工部第四设计院），和石油化工部化工设计院的有关资料设计 而成。2设计规模及特点： 本工段生产液氨，生产能力为 15 万吨液氨 /年，与传统流程相比较，具有节能低耗的 特点，通过设计两个串联的氨冷器，在低压下，既减少了动力消耗，又保证了合成塔入口 氨含量的要求；现具体起来如下：1）循环机位置： 本工段设置在氨分离系统后，合成塔之前，从而充分利用循环机压缩功，提高进合成 塔温度，减少冷量消耗，降低氨冷器负荷，同时提高进塔压力，提高合成率，而进循环机 的氨冷量较低，避免了塔后循环
3、机流程容易带液氨而导致循环机泄漏。2 ）反应热回收的方式及利用： 这涉及到废热锅炉的热量利用几合成塔塔外换热器如何科学设置的问题，废热锅炉的 配置实际上是如何提高反应热的回收率和获得高品位热的问题，本设计选择塔后换热器及 后置锅炉的工艺路线，设置塔后换热器使废热锅炉出口气体与合成塔二进气体换热，充分 提高合成塔二进温度，相应提高了合成塔二出温度，进废热锅炉的气体温度为 360 度，副 产 1.3 兆帕的中压蒸汽，充分提高回收热量品位。3）采用“二进二出”合成流程： 全部冷气经合成塔环隙后进入热交换器，可使合成塔体个点温度分布均匀，出口气体 保持较低温度，确保合成塔长期安全稳定运行，与循环机来的
4、冷气直接进入热交换器相 比，使热交换器出口温度增大。进入水冷的气体温度降低意味着合成余热回收率高和水冷 负荷低。4）水冷器、氨冷器的设置： 水冷后分离液氨再进行冷交，氨冷有利于降低后续氨冷的负荷，边冷却边分离液氨， 即提高了液氨的分离效果，又避免了气液两相流的存在，通过设置两氨冷器的冷凝充分解 决了低压下，水冷后很少有氨冷凝下来的矛盾，达到了进一步冷却，保证合成塔入口氨冷 量的要求。5）补充气及放空点位置设置： 补充气设置在冷交的二次入口，以便减少系统阻力，并通过氨冷进一步洗脱微量二氧 化碳和一氧化碳及氨基甲酸等杂质，有利于保护触媒防止管道和设备堵塞。放空点设置在 冷交换器和氨分离器之间，氨分
5、后有效气体浓度较低，惰性气体含量较高，有利于降低新 鲜气单耗。 99.8GB356-65水和油V 0.22液氨二级口口氨 99.5GB356-65水和油V 0.5三）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V 0.3二级口口氨 20残渣V 0.3三级品氨 20残渣V 0.5第三章危险性物料主要物性表序 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氨气17.03-77.7-33.5651.2263027.41
6、5.7已2氢气2.016-259.8-252.840074.24.1甲3甲烷16.043-184-161.5-19065015.05.0甲第四章流程简述由氮氢气压缩机送来的 35 C45 C的新鲜气，与放空后经冷交换器来的循环气混合，而 后温度被降至20C，进入氨冷器I。气体管内流动，液氨在管外蒸发，因为氨大量蒸发吸 收了混合气的热量，使管内气体进一步被冷却至0C左右，为降低氨冷器I负荷，进入氨冷器H继续冷却至-15 C左右，出氨冷器后的气液混合物，在冷交换器的下部用分离器将液 氨分离，分离出的液氨进入液氨贮罐，分氨后的循环气上升至上部换热器壳程被热气体加 热至22C后出冷交换器，然后，气体经
7、循环压缩机，补充压力至15兆帕，由合成塔的下部进入层间换热器，移走第二绝热床反应热，冷气体升温进入第一绝热床进行合成反应， 再入第一、二绝热床空间 冷激器）由185度左右的冷气体作冷激气原与出第一绝热床的反 应气体混合降温到 385度左右，混合后气体进入第二绝热床进行合成反应，气体氨净值升 高，出第二绝热床气体进入层间换热器，移走热量，使冷气升温，热气体降温后进入第三 绝热床进行合成反应，气体氨含量增加到16.5 %，再经塔内下换热器将热量移走，后进入沸热锅炉，副产1.3Mpa蒸气。换热产生蒸汽后进入循环器加热器一次出塔气体至160 C,本身温度降至112 C左右进水冷器被冷却产生部分液氨，温
8、度降至35 C，混合气液进氨分离器，分离液氨，分离的液氨去液氨罐贮存，出氨分离器的气体则部分放空，放空气去氢回收装置，放空后的循环气经冷交换器降温至17 C与新鲜气混合，继续下一循环。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，尽可能避免泄漏。第五章主要设备的选择与计算1主要设备的选择计算见计算部分的设备选型2设备一览表 见后）3设备的选定说明：合成塔内件合成塔的选择主要是触媒筐和塔内换热器，本着节约自身的水电和冷冻量消耗同时 提高氨合成反应热的回收品位和利用率本设计触媒筐选用三段绝热冷激间冷式内件。三段 绝热冷激间冷式
9、内件有如下特点：1）高效节能 冷激-间冷式内件是托普索节能型氨合成塔内件基础上开发的一种高效节能型内件，氨净值高；2）生产能力大；3）床层间复合换热；4）节约管材；5）便于催化剂还原。装填A106型合成塔催化剂，此种催化剂具有良好的抗毒性能，低温高活性，较好的热稳定性特点。四川轻化工学 院项目名 称设备一览表编 制蔡爱民编 号1校 核第1页共1页设计项 目审 核序 号位号设备名称及规格图号 或标 准号单 位数 量材料技术特性 表编号备注1E0301合成塔台12C0301氨冷凝器I台116MnR3C0302氨冷凝器n台116MnR4C0303循环加热器台11Cr18NiTi5C0304沸热锅炉台
10、11Cr18NiTi6C0305冷交换器台116M nR7C0306水冷器台18J0301循环压缩机台19F0301氨分离器台116M nR10F0302氨罐120MnMo修改标记姓名蔡爱民日期2002/6/03第六章原材料及动力消耗（一）原材料消耗序号名称消耗定额 每吨 氨）消耗量单位备注每小时每年1新鲜补 充气2917.855260.21484.377x103 m二）动力消耗序 号名称消耗定额 每吨 氨）消耗量单位备注每小时每年1液氨1316.22824928.0421.974X108m32冷却水48.426917.1407.264X1063 m3锅炉给水647.78212268.3439
11、9.717x103 m4电38.633731.67065.795x10KW注：消耗定额以每吨合格液氨产品计第七章生产分析及三废排量 一）生产控制分析方法序号取样点分析项目分析方法控制指标分析次数1合成塔二 次出口氨气NH3% 13.2每两小时一 次氢气H2/N2=3氮气二）三废排量序号123名称冷却水放空气废污温度 度）4021压力，MP0.329.42v 1.3排除点水冷量氨分后氨分离器，冷交换器排放量/H114568kg668.12Nm3有害物含量NH3=7.009固体含量v 2000PPM排放标准处理意见送凉水塔回收利用送水处理第八章存在问题和意见催化剂的装卸问题 因为第二段反应床与第三段反应床采用中间换热器，床层催化 剂不能从顶部装卸，为解决此问题，建议在换热器下面的筒体上开一至二个装卸孔。通过这次设计达到了锻炼的目的，学会了用计算机网络和图书馆查阅、收集、整理资 料，并运用工具书解决实际问题，能够在老师的指导下独立处理一些设
