年产30万吨合成氨合成工段工艺设计毕业设计

1、年产30万吨合成氨合成工段工艺设计摘要Abstract引言错误!未定义书第一章合成氨综述错误!未定义书11氨的用途错误!未定义书12氨的性质错误!未定义书1.21氨的物理性质错误!未定义书1.22氨的化学性质错误!未定义书13合成氨的生产方法错误!未定义书14合成工艺条件的选择错误!未定义书141操作压力错误!未定义书142 反应温度错误!未定义书14.3空速错误!未定义书144合成塔进口气体组成错误!未定义书1.5合成氨工业的发展错误!未定义书第二章合成工段工艺简介错误!未定义书2.1合成工段工艺流程简述错误!未定义书2.2工艺流程方框简图错误!未定义书2.3设备简述错误!未定义书2.31氨

2、合成塔错误!未定义书2.32热交换器与废热锅炉错误!未定义书2.3.3冷交换器错误!未定义书2.3.4氨冷器错误!未定义书第三章 工艺设计计算错误!未定义书31设计要求错误!未定义书32工艺流程图错误!未定义书3.3物料计算错误!未定义书331 合成塔入口气体组分.错误!未定义书3.32合成塔出口气体组分错误!未定义书3.33合成率错误!未定义书3.34氨分离器气液平衡计算错误!未定义书335冷交换器气液平衡计算错误!未定义书336液氨储槽气液平衡计算错误!未定义书337液氨储槽物料计算错误!未定义书338合成系统物料计算错误!未定义书339合成塔物料计算错误!未定义书3.310水冷器物料计算

3、错误!未定义书3.311氨分离器物料计算错误!未定义书3.312冷交换器物料计算错误!未定义书3.313氨冷器的物料计算错误!未定义书3.314冷交换器物料计算错误!未定义书3.315液氨贮槽物料计算错误!未定义书3.4热量衡算错误!未定义书341冷交换器热量计算错误!未定义书3.4.2氨冷凝器热量计算错误!未定义书343循环机热量计算错误!未定义书3.4.4合成塔热量衡算错误!未定义书345废热锅炉热量计算： 错误!未定义书346热交换器热量计算错误!未定义书347水冷器热量衡算： 错误!未定义书348氨分离器热量衡算： 错误!未定义书第四章设备的选型与计算错误!未定义书41设备选型错误!未

4、定义书411设备简述错误!未定义书4.1.2流程说明错误!未定义书42合成塔设计错误!未定义书421合成塔筒体设计错误!未定义书422催化剂层设计错误!未定义书423下换热器错误!未定义书424层间换热器4.3辅助设备选型4.31废热锅炉4.32热交换器4.33水冷器4.34冷交换器4.35氨冷器I436氨冷器II结论致谢参考文献附录年产30万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：氨是一种重要的化工产品，在国民经济中有重要的作用。对合成氨 工艺进行设计研究，并对其过程进行设计优化。氨合成工段包括氨的合成、 分离、气体再循环、惰性气体排放等基本过程，其中氨合成是合成氨工艺 的中心环节。本设计主要目的是对

5、合成氨的合成工段进行设计，根据已给 组成的原料气的组成，进行工艺系统计算，包括物料衡算、热量衡算、设 备的数据计算及选型等。合成工段中的主要设备为氨合成塔，结合设计数 据及技术现状，本设计选择的氨合成塔的内件为三段绝热冷激“内冷式内 件，该内件具有结构合理、氨净值高、产量大等优点。根据物料及热量衡 算的数据，计算出内件中绝热床层及换热器的有关尺寸数据，并对一些辅助 设备进行设计选型。根据计算数据，绘制出主要设备及带控制点的工艺流 程图等。关键词：合成氨物料衡算热量衡算合成塔Process Design of the Section Which Synthetizes LiquidAmmonia

6、 of 300000taAbstract: Ammonia is an important chemical product,plays an important role in the national economy.It is very necessary to explore and design the process of synthetic ammonia,then to optimize the process and the equipment.Ammonia synthesis process includes the separation of ammonia,the g

7、as recirculation, the ammonia synthesis,the emission of inert gas and so on,and during the process,the ammonia synthesis is the most important link.The main purpose of this design is to devise the synthesis process of ammonia synthesis.According to the composition of raw gas that ,we carry on the ca

8、lculation of the craft system,including material balance, and selection of the equipment.The ammonia synthesis tower is the crucial equipment of the process,combining with the design data and technical status,this design chooses three adiabatic cold shock -internal cooling type internal parts,the in

9、ner parts calculate the relevant size date of the adiabatic bed and and select some auxiliary equipment.Key Words: Synthetic ammonia; materal balance; =1),首先假定催化剂层 温度=390C设出第一段气体温度=480C a查物料数据： 第一段平均温度=(+)v2= (480+3902=435C由=435C, =0.025 查=39.06=51110KJkmolNH3由联立方程式x(-)其中表示第n-1段至n段催化剂用量为入塔氨分解基无情性气体体

10、积流量为催化剂活性系数，为扣除了惰性气体的第n段催化剂进出计算氨含量，为第n段进出口反应速度倒数b.求反应热及生成氨含量：令气体第一段焓升(反应热)蜀广 Mk,0 X C平，p,1Tk,0)则第一床层生成氨的量为：AM = Mk,0 X 平.pk ,1 Tk,0 ) 1AHT1C.求出口氨含量：由公式:J0NH3,1 = 22.4xAMi +件01 + 0 NH 31匕,11 + 0 TV%，0=22.4x723.268幸206021.429+=0.0588+由公式：=0.025+ (1-0.025) =0.0256, =0.0250上式=0.0588+0.0250=0.0838,=0.091

11、5实际出口氨含量：膈3,1r=W NH 3,1 X 1 -Vy x M A 00K,OMK ,1=0.0915x ( 1 一0.15x10515.504 Mk,p式中：Mk,1 = Mk,0一M1Mk,1= (10515.504-723.268)=9792.236=0.0915 (1-0.15x10515.504初92.236) =0.079土计算AJ反算)由A106催化剂活性曲线查，当=390C, =0.029 时=10.2x10-5 当=480C, =0.095 时=7.0 x10-5=+v2=3.6x10-5x(-) =2.896x10-5第一段催化剂用量：=2.896 x 10一5 x

12、 206021.429 = 3.0m3第二绝热床层的计算出第一床层的气体在冷激气的冷激下温度降到400C，然后进入第二床层 进行反应设冷激气的量占总入塔气的25%,则进第二绝热床层摩尔流量:Mk2= Mk1+ 0.25Mk0 =9775.207+0.25x10515.504=14404.082kmol=3 )首先假定催化剂层温度=410C由出第二段气体温度=480C设y0.3=0.1554，设出口氨含量为16.5%，则：=0.165(1-0.1554)=0.195 , =0.141进入第三段气体量为：=14404.083868.088=13535.995kmol(480一 188.5)寺(35

13、5325)=1152K=3.67x107章(2091x115.2)=152356m2实际生产中所取的换热面积为理论计算值的1.2-2.0倍，本设计中取1.5 倍，则：F 实=1.5F=228.534m2所需换热管的根数为：=2140经过核算，满足设计要求。4.2.4层间换热器选列管式换热器，换热管选择，长度为4m的无缝钢管冷气进口温度325C，出口温度390C热气进口温度480C，出口温度410C换热负荷为第三段绝热层生成的热Q=4.12x107KJ(480325)v (410390)=66.18K=4.12x107章(175812x66.18)=354.09m2实际生产中所取的换热面积为理论

14、计算值的1.2-2.0倍，本设计中取1.5 倍，则：F 实=1.5F=531.14m2所需换热管的根数为：=4975设换热管为正六边形排列，则：管间to=1.2d外=1.2x10=12mm，根据设计手册查取，取to=13mm正六边形排列层数a=(12n33)0-56=40.72实取44层六边形对角线排管b=1.1n0.5=78根取板间距 h=20Omm, 取 e=1.5d 外=15mm则设备直径 D= to(b- 1)+2e=13x(78- 1)+2x15=1031mm实取换热器直径1100mm经过核算，能放进设计的塔体内，满足设计要求。4.3辅助设备选型对于辅助设备，根据第3章的物料衡算及热

15、量衡算，计算相关数据，并对设备进行选型，选型结果如下：4.3.1废热锅炉选卧式U型换热管，高压管尺寸024x1.5换热面积F=141 m2，按一根U型管7.35m，需列管数n=191根4.3.2热交换器选列管式换热器，冷气走壳程，热气走管程列管尺寸014x2无缝钢管换热面 F=1899x314x0012x4=286m2取换热管长度L=4m，根数n=1889根4.3.3水冷器选淋洒式排管冷却器高压换热管068x13换热面积 F=151.263x1.5=227m2需排管数2排4.3.4冷交换器选列管式换热器，冷气走壳程，热气走管程列管尺寸14x2无缝钢管换热面积F=12x38148=457.776

16、m2则换热管长L=6m，管数n=2028根4.3.5氨冷器I选立式氨冷器，热气走管程，液蒸发走壳程高压换热管019x3传热面积F=341.632 m2管长L=8m, U型管取管数n=850根4.3.6氨冷器II选立式氨冷器,热气走管程,液蒸发走壳程高压换热管019x3传热面积 F=1860 x3.14x0.016x8=747.57m2管长L=8m, U型管取管数n=1860根根据生产任务，结合技术现状，查阅有关资料，进行工艺系统的物料 衡算、热量衡算、主要设备的选型及数据计算、辅助设备的选型等工作， 设计的结果为：主要设备选型：主要设备为氨合成塔，其内件选择的是三段绝热- 冷激间冷式内件，其内

17、部结构组合方式为第一绝热床层+冷激器+第二绝热 床层+层间换热器+第三绝热床层+下换热器，其中层间换热器与下换热器 以串联方式进行连接。合成塔绝热床层计算结果：主要计算的为绝热床层的高度及其中 所填催化剂的量。第一绝热床层的高度为1200mm，所装催化剂量为3.0m3； 第二绝热床层的高度为2340mm，所装催化剂量为7.78m3；第三绝热床层 的高度为3790mm，所装催化剂量为9.18m3 o合成塔内部换热器计算结果：层间换热器与下换热器均采用列管 式，热气走管内，冷气走管外，列管选择的无缝钢管，管长为4皿。根据 催化剂层反应热算出相应的换热面积。层间换热器为531.14m2，换热管数 4

18、975根，下换热器为228.534m2，换热管数为2140根。合成塔的总高度及直径：根据生产任务，选择合成塔内径为 2200mm，壁厚为 160，材质为 0Cr18Ni10Ti，塔高为 19250mm。辅助设备的选型：废热锅炉选用卧式U型换热器；冷交换器和热 交换器均选用列管式换热器；水冷器选用淋洒式排管冷却器；氨冷器选用 立式氨冷器。参考文献丁振亭.大化肥装置的现状及发展趋势J.化肥工业.1995, 22 (3)： 131张占一.新型氨合成工艺技术的特点及比较J.化肥设计.2011, 12 (6)： 484刘化章.合成氨催化剂研究的新进展J.催化学报.2001, 22 ( 3)： 304王庭

19、富.21世纪合成氨展望.化工进展.2001, 8 (1)： 6-8蒋德军.合成氨工艺技术的现状及其发展趋势J.大氮肥.1997, 5 (15)： 50孟岩.合成氨的生产方法队及工艺流程研究。.科技文汇.2008, 8 (5)： 279张子锋.合成氨生产技术M.北京：化学工业出版社，2006： 178刘俊吉，周亚平.物理化学M.北京：高等教育出版社，2009： 214杨峰.氨合成塔内件及工艺流程综述J.小氮肥技术.2004, 25 (3)： 7黄仲九，房鼎业.化学工艺学(第二版)M.北京：高等教育出版社，2008： 178温倩.我国合成氨行业发展分析J.化学工业.2010, 30 (10)： 1

20、7刘化章，唐浩东，李小年.超临界氨合成.化工学报.2004, 55 (12)： 2067沈志宇.小氮肥氨合成装置先进控制与优化研究与应用D.中国科技大学博士论文，2006： 27-2816石油化学工业部化工设计院氮.肥工业设计手册(理化数据分册)M.北京：石油化工出版社，1977： 25-2817石油化学工业部化工设计化工设计院小氮肥设计手册M.石油化工出版社，1977： 321附录附录A：物料计算汇总表(2)氨冷器出口(气体)(3) (4) (5)冷交换器冷气出口%m3tNH3m3hkmolh%m3tNH3m3hkmolhNH34.871567.94510756.310480.1922.52

21、90.2195377.710240.076CH410.7571254.25223754.2791060.45911.6431351.60623954.441069.395Ar3.736435.5578249.014368.2603.357389.7068311.78371.062.H260.1527013.307132825.0215929.68861.8757182.912133098.255941.886N220.4672386.27345193.6242017.50320.6252394.30444366.0851980.629Z100.00011659.334220816.127985

22、67.863100.00011608.746215432.7929617.535(5) (6) (7)合成塔一次入口(8) (9) (10)合成塔二次出口%m3tNH3m3hkmolh%m3tNH3m3hkmolhnh32.5290.1945380.854240.21716.51685.11831245.9221394.907cH411.6431351.49323968.4981070.02213.2331350.44323955.2211069.430Ar3.357389.6738316.664371.2803.816389.7728317.100371.300H261.8757182.19

23、2133176.2455945.36849.8385089.87394377.8664213.298N220.6252394.10244392.0881981.79016.6121696.58331458.0201404.376Z100.00011607.770215234.3499608.676100.00010212.836189369.2818453.986(11)水冷器出口气体(11)水冷器出口液体%m3tNH3m3hkmolh%m3tNH3m3hkmolhnh39.376878.4512450.953109.41898.856806.6676068.169270.900CH414.2

24、691336.88423937.2861068.6290.29213.55917.9350.8Ar4.145388.3518313.379371.1240.0641.3713.9200.175H254.1485073.30794352.9054212.1830.40716.56524.9621.114N218.0611692.06231447.9251403.9250.1644.50110.0940.451Z100.00010212.836183230.8868179.950100.000842.1726138.395274.035(12)氨分离器出口(13 )放空气%m3tNH3m3hkmo

25、lh%m3tNH3m3hkmolhnh39.376878.4512450.953109.4189.37612.703524.32623.407cH414.2691336.88423937.2861068.62914.26919.331498.47422.253Ar4.145388.3518313.379371.1244.1455.616173.1027.728H254.1485073.30794352.9054212.18354.14873.3591964.88387.718N218.0611692.06231447.9251403.92518.06124.469654.89229.236Z1

26、00.00010212.836183230.8868179.950100.000135.7493815.735170.345(14 )冷交换器热气进口(15 )氨分离器出口液氨%m3tNH3m3hKmolh%m3tNH3m3hKmolhnh36.490580.76924129.1001077.19298.856320.4066068.169270.900cH414.7231317.55222714.2431068.6290.2920.94717.9350.8Ar4.277382.7367887.999352.1430.0640.2073.9200.175H255.8724999.8499235

27、7.3214123.0950.4071.31824.9621.114N218.6361167.69330215.2811403.9250.1640.53310.0940.451Z100.0008948.691179415.1518009.605100.000324.1146138.395274.035(16 )冷交换器出口液体(17 )冷交换器热气出口气体%m3tNH3m3hkmolh%m3tNH3m3hkmolhnh399.111015.96519241.361858.9899.225830.43715727.646702.127CH40.1491.52728.9201.29113.6151225.65823212.7371036.283Ar0.0530.54310.2840.4594.728425.6368061.120359.871H20.4644.75690.0744.02154.3254890.31692617.6954134.719N20.2242.29643.4841.94118.1071629.97930869.0361378.082X100.000179415.151 19414.142866.703100.0009002.026170489.3707611.