《化工毕业设计年产八万吨合成氨合成工段的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工毕业设计年产八万吨合成氨合成工段的设计（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录摘要1关键词11.前言22.流程方案的确定42.1生产原理42.2各生产方法的特点52.3工艺流程的选择54.设计条件75. 物料衡算85.1 合成塔物料衡算85.2氨分离器气液平衡计算95.3冷交换器气液平衡计算105.4 液氨贮槽气液平衡计算115.5液氨贮槽物料计算135.6合成系统物料计算146 热量衡算246.1冷交换器热量衡算246.2氨冷器热量计算266.3 循环机热量计算276.4 合成塔热量计算296.5 废热锅炉热量计算306.6 热交换器热量计算316.7 水冷器热量计算326.8 氨分离器热量核算337.主要设备选型338.结语37参考文献38致谢.39 摘要：氨
2、合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H2 74.5%，N2 24%，CH4 1.2%,Ar 0.3%，合成塔入口气的组成为NH3(2.5%),CH4+Ar(17%),要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到13.2%。通过查阅相关文献和资料，进行年产八万吨合成氨合成工段的设计，对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，以及设备计算和选型。最后借助CAD技术绘制了该工艺流程图和换热器设备图。关 键 词：氨合成 物料衡算 能量衡算Abstract: There a
3、re many types of Ammonia synthesis technology and process, Generally,they includes ammonia synthesis, separation and recycling, inert gases Emissions and other basic steps, Combining the above basic steps turnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , in which ammonia synthesis
4、 section is the central part of a synthetic ammonia process.The task of curriculum design is the ammonia synthesis section of an annual three hundred thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feed gas is: H2(74.5%),N2(24%),CH4(1.2%),Ar(0.3%), the inlet gas composition of the R
5、eactor is : NH3(2.5%),CH4+Ar(17%),it Requires the mole fraction of ammonia reacheds to 13.2% of outlet gas of synthesis reactor. By consulting the relevant literature and information,we designed the ammonia synthesis section of an annual three hundred thousand tons synthetic ammonia plant, and we di
6、d the material balance accounting , energy balance accounting and the equipment selection and calculation. Finally, with the help of CAD technology,we draw the process flow diagram and the heat exchanger equipment diagram.Keywords: ammonia synthesis section material balance accounting energy balance
7、 accounting1.前言合成氨工业是氮肥工业的基础, 在国民经济中占有重要的地位。我国大多数合成氨企业的煤制气技术沿用固定床水煤气炉, 炉型老化、技术落后、能源利用率低、原料价格高, 是当前急需进行技术改造的重点。目前合成氨工业的发展方向是优化原料路线, 实现制氨原料的多元化, 引进先进的煤气化工艺制取合成气, 降低产品成本, 改善生产环境; 同时研究开发简单可行, 又可就地取得原料制取合成气的洁净煤气化技术, 这也是我国目前占氮肥生产总量60% 左右的中小型氮肥厂亟待要解决的问题。在这种背景下，该项目以“年产30万吨合成氨合成工段”为设计课题，对合成氨合成工段的工艺流程和设备选型等进行
8、研究。1.1氨的基本用途氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的基础，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分均占70%的比例，称之为“化肥氨”； 同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯
9、、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。液氨常用作制冷剂。合成氨是大众化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。氨作为最为重要的基础化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及其它化工产品的氨用量也在增长。据统计1994年世界氨产量为113.46Mt，其中中国、美国、印度、俄罗斯四个主要产氨国占了一半以上。在化学工业中合成氨工业已经成为重要的支柱产业1。1.2氨的物化性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻
10、，具有特殊的刺激性臭味。人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8小时会引起慢性中毒。氨的主要物理性质有：极易溶于水，溶解时放出大量的热。氨水溶液呈碱性，易挥发。液氨和干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。氨的化学性质有：在常温下相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。具有可燃性，自然点为630，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐。1.3合成氨工业现状及发展我国的氮肥工业20世纪50年代以来，不断发展壮大。目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟
11、煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原 料生产合成氨、尿素的技术。形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生 产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为 4 500 万 t/ a 左右，氮肥工业已基本满 足了国内需要。在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品的能力，今后发展重点是调整 原料和产品结构，进一步改善经济性12。 根据合成氨技术发展的情况分析， 估计未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性 的改变，其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期，改善经济性”的 基本目标，进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面 进行技术的研究开发。 展
12、望我国的合成氨工业，中小型装置除继续延续优胜劣汰的趋势外，在现在的基础上，会继续向规模化和节能降耗的方向迈进。原料仍会气、液、固多样化，新建或扩建 厂除注重采用先进成熟的工艺外，还应特别注意经济性和盈利性。最近，我国天然气的 开发已进入了一个新阶段，目前已探明的天然气储量达 15276 亿立方米。由于天然气合 成氨的优越及国家加快天然气发展的策略，以天然气为原料的合成氨装置将在近期内加 快发展，新技术的引进将引发装置的新一轮的技术改造和设备及操作的更新换代，设备 的国产化率会在原有基础上增加更快15。总之，我国合成氨工业总体水平将在 21世纪登上一个新台阶。 未来我国的合成氨工业发展方向： 1
13、.生产能力大型化目前国外合成氨生产规模发展趋势是提高单系列生产能力。 2.研究天然气分子重排制尿素工艺。 3.开发天然气电热换热多媒体转化器。 4.产品多样化当今，从制氨用合成气出发，在制取合成氨的同时，联产甲醇和碳一化工产品。2.流程方案的确定2.1生产原理(1) 合成氨反应的特点0.5N21.5H2=NH3 H=-46.22 kJmol-1a.是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。b.是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。c.是体积缩小的反应。d.反应需要有催化剂才能较快的进行。(2) 合成氨反应的动力学 动力学过程氨合成为气固相催化反应，
14、它的宏观动力学过程包括以下几个 步骤: a混合气体向催化剂表面扩散(外,内扩散过程)； b氢,氮气在催化剂表面被吸附，吸附的氮和氢发生反应，生成的氨从催化 剂表面解吸(表面反应过程)； c. 氨从催化剂表面向气体主流体扩散(内,外扩散过程)。 对整个气固相催化反应过程，是表面反应控制还是扩散控制，取决于实际操 作条件。低温时可能是动力学控制，高温时可能是内扩散控制； 大颗粒的催化剂内扩散路径长，小颗粒的路径短，所以在同样温度下大颗粒可能 是内扩散控制，小颗粒可能是化学动力学控制。2.2各生产方法的特点氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在催化剂的作用下多快好省地合
15、成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。2.2.1高压法操作压力70100MPa，温度为550650。这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。故流程、设备都比较紧凑。但因为合成效率高，放出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。目前工业上很少采用此法生产。2.2.2中压法操作压力为2060MPa，温度450550，其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。因为合成压力的确定，不外乎从设备投资和压缩功耗这两方面来考虑。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重最大。但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。总的来看，在1530Pa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。2.2.3低压法操作压力10MPa左右，温度400450。由于操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优
