(完整版)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1.1氨的用途 1.2氨的性质 121氨的物理性质 错误！未定义书错误！未定义书错误！未定义书氨的化学性质 错误！未定义书1.3合成氨的生产方法 错误！未定义书1.4合成工艺条件的选择 错误！未定义书操作压力 错误！未定义书反应温度 错误！未定义书空速 错误！未定义书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2.3

2、.1 氨合成塔 错误！未定义书232热交换器与废热锅炉 错误!233冷交换器错误!氨冷器.错误!第三章工艺设计计算错误!3.1设计要求 错误!3.2工艺流程图错误!3.3物料计算 错误!合成塔入口气体组分 错误!合成塔出口气体组分一 错误!合成率错误!氨分离器气液平衡计算错误!冷交换器气液平衡计算错误!336液氨储槽气液平衡计算 错误!液氨储槽物料计算错误!合成系统物料计算 错误!合成塔物料计算错误!水冷器物料计算 错误!氨分离器物料计算 错误!冷交换器物料计算 错误!3.3.13氨冷器的物料计算丁 错误!3.3.14 冷交换器物料计算 错误!液氨贮槽物料计算 错误!未定义书未定义书未定义书未

3、定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书未定义书3.4热量衡算错误!341冷交换器热量计算错误！未定义书342 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344合成塔热量衡算错误！未定义书废热锅炉热量计算:错误！未定义书热交换器热量计算错误！未定义书水冷器热量衡算:错误！未定义书氨分离器热量衡算:错误！未定义书第四章设备的选型与计算错误！未定义书4.1设备选型错误！未定义书设备简述错误！未定义书4.1.2流程说明错误！未定义书4.2合成塔设计错误！未定义书合成塔筒

4、体设计错误！未定义书催化剂层设计错误！未定义书下换热器错误！未定义书层间换热器4.3辅助设备选型4.3.1废热锅炉热交换器4.3.3 水冷器冷交换器/ c r4.3.5 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

5、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 of 300000taAbstract: Ammonia is an important chemical produ

6、ct,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 gas recirculation, the ammonia synthesis,the emission of iner

7、t gas and so on,and during the process,theammonia synthesisis the most important link.The main purpose of this design is to devise the synthesis process of ammonia synthesis.Accordingto the composition of raw gas that ,we carry on the calculation of the craft system,includingmaterial balance, and se

8、lection of the equipment.The ammonia synthesistower is the crucial equipment of the process,combiningwith the design data and technical status,this design choosesthree adiabatic cold shock -internal cooling type internal parts,the inner parts calculate the relevant size date of the adiabatic bed and

9、 and select some auxiliary equipment.Key Words: Synthetic ammonia; materal balance; =1 ），首先假定催化剂层 温度=390 C 设出第一段气体温度=480 Ca.查物料数据：第一段平均温度 =(+) - 2= ( 480+390 - 2=435 C由=435 J =0.025 查=39.06=51110KJkmolNH 3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惰性气体体积流量为催化剂活性系数，为扣除了惰性气体的第n段催化剂进岀计算氨含量,为第n段进出口反应速度倒数b.求反应热

10、及生成氨含量：令气体第一段焓升(反应热)IMx兀（T -T ）1K,0C 平，pk ,1K ,1K ,0则第一床层生成氨的量为：M 1M C 平, T TK,0,1 （ K ,1 一 K，0 ）如T1c.求出口氨含量:由公式一y nh 3, 1 = 22 4 耳 M 1+ y nh 3,01 y0 nh 3,1V 1 y0 NH 3 ,00,1=22.4 723 X .268-206021.429+ =0.0588+由公式:=0.025 -（1 0.025 ） =0.0256 , =0.0250上式=0.0588+0.0250=0.0838 ,=0.0915=14404.083 - 868.0

11、88=13535.995kmol(480- 188.5) + (355 - 325)=115.2K=3.67 X 107 (2091 X 115.2)=152.356m 2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：2F 实 =1.5F=228.534m 2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(1) 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325 C,出口温度390 C热气进口温度480 C,出口温度410 C(2) 换热负荷为第三段绝热层生成的热Q=4.12 X 107KJ(480 -

12、 325) - (410 - 390)=66.18K72=4.12 X10 -(1758.12 66X.18)=354.09m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：2F 实 =1.5F=531.14m=4975设换热管为正六边形排列，则：管间 to外 =1.2 X 10=12mm ，根据设计手册查取，取 to=1.2d=13mm正六边形排列层数 a=(12n - 3- 3)0.5-实取 层6=40.7244六边形对角线排管 b=1.1n 0.5 =78 根取板间距 h=200mm ，取 e=1.5d 外 =15mm则设备直径 D= t(b - 1)

13、+2e=13 X (78 - 1)+2 X 15=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 24x1.5换热面积 F=141 m 2，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14 X2无缝钢管换热面 F=1899X3.14 X0.012 X4=286m2 取换热管长度 L=4m ，根数 n=1889 根

14、4.3.3 水冷器 选淋洒式排管冷却器 高压换热管 68 X 13换热面积 F=151.263 X 1.5=227m 2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14 X 2无缝钢管换热面积 F=1.2 X 381.48=457.776m 2则换热管长 L=6m ，管数 n=2028 根氨冷器I选立式氨冷器，热气走管程，液蒸发走壳程 高压换热管19 X 3传热面积 F=341.632 m 2管长 L=8m ， U 型管取管数 n=850 根氨冷器U选立式氨冷器，热气走管程，液蒸发走壳程 高压换热管19 X 3传热面积 F=1860 X3.14 X 0.0

15、16 X8=747.57m管长 L=8m ， U 型管取管数 n=1860 根结论根据生产任务，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：(1) 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。(2) 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

16、 3.0m 3； 第二绝热床层的高度为 2340mm ，所装催化剂量为 7.78m 3；第三绝热床层的 高度为 3790mm ，所装催化剂量为 9.18m 3。(3) 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4m 。根据催化剂层反应热算出相应的换热面积。层间换热器为 531.14m 2，换热管数 4975 根，下换热器为 228.534m 2，换热管数为 2140 根。(4) 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 160mm ，材质为 0Cr18Ni10Ti ，塔高为 19250mm

17、。(5) 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.1995 ， 22 （ 3）： 1311 丁振亭大化肥装置的现状及发展趋势 J 化肥工业2 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）： 3045王庭富 21 世纪合成氨展望 J 化工进展 2001 ， 81 ）： 6-86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）： 507孟岩合成氨的生产方法队

18、及工艺流程研究 J 科技文汇2008，8（ 5）2798张子锋合成氨生产技术 M 北京：化学工业出版社，2006 ：1789刘俊吉，周亚平物理化学 M 北京：高等教育出版社，200921410杨峰氨合成塔内件及工艺流程综述 J 小氮肥技术 2004， 253 ）：11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 ： 17812温倩我国合成氨行业发展分析 J 化学工业 2010 ， 30 （ 10 ）：1713刘化章，唐浩东，李小年超临界氨合成J 化工学报 2004， 55 （12）： 206714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

19、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3333%m tNH 3m hkmolh%m tNH 3 m hkmolhNH34.871567.94510756.310480.1922.5290.2195377.710240.076CH410.7571254.25223754.2791060.45

20、911.6431351.60623954.441069.395Ar3.736435.5578249.014368.2603.357389.7068311.78371.062.H 260.1527013.307132825.0215929.68861.8757182.912133098.255941.886N220.4672386.27345193.6242017.50320.6252394.30444366.0851980.629100.00011659.334220816.12798567.863100.00011608.746215432.7929617.535（ 5）（ 6 ）（7 ）合

21、成塔一次入口（ 8）（ 9）（10 ）合成塔二次出口%m3tNH 3m3hkmolh%m3tNH33 mhkmolhNH32.5290.1945380.854240.21716.51685.11831245.9221394.907CH411.6431351.49323968.4981070.02213.2331350.44323955.2211069.430Ar3.357389.6738316.664371.2803.816389.7728317.100371.300H 261.8757182.192133176.2455945.36849.8385089.87394377.8664213.2

22、98N220.6252394.10244392.0881981.79016.6121696.58331458.0201404.376刀100.000 11607.770 215234.349 9608.676 100.000 10212.836 189369.281 8453.986(11) 水冷器出口气体 (11)水冷器出口液体3333%m3tNH 3 m3hkmolh %m3tNH 3 m3hkmolhNH 39.376878.4512450.953109.41898.856806.6676068.169270.900CH 414.2691336.88423937.2861068.6290

23、.29213.55917.9350.8Ar4.145388.3518313.379371.1240.0641.3713.9200.175H 254.1485073.30794352.9054212.1830.40716.56524.9621.114N218.0611692.06231447.9251403.9250.1644.50110.0940.451刀100.00010212.8361183230.8868179.950100.000842.1726138.395274.035(12 )氨分离器出口(13)放空气%m3tNH 3m3hkmolh%m3tNH 3m3hkmolhNH 39.3

24、76878.4512450.953109.4189.37612.703524.32623.407CH 414.2691336.88423937.2861068.62914.26919.331498.47422.253Ar4.145388.3518313.379371.1244.1455.616173.1027.728H 254.1485073.30794352.9054212.18354.14873.3591964.88387.718N218.0611692.06231447.9251403.92518.06124.469654.89229.236刀100.00010212.836183230

25、.8868179.950100.000135.7493815.735170.345(14)冷交换器热气进口(15 )氨分离器出口液氨%m3tNH 3m3hKmolh%m3tNH :m3hKmolhNH 36.490580.76924129.1001077.19298.856320.4066068.169270.900CH 414.7231317.55222714.2431068.6290.2920.94717.9350.8Ar4.277382.7367887.999352.1430.0640.2073.9200.175H 255.8724999.84992357.3214123.0950.40

26、71.31824.9621.114N218.6361167.69330215.2811403.9250.1640.53310.0940.451100.0008948.691179415.1518009.605100.000324.1146138.395274.035(16)冷交换器出口液体(17 )冷交换器热气出口气体%3m tNH 33m hkmolh%3m tNH 33m hkmolhNH 399.111015.96519241.361858.9899.225830.43715727.646702.127CH 40.1491.52728.9201.29113.6151225.65823212.7371036.283Ar0.0530.54310.2840.4594.728425.6368061.120359.871H 20.4644.75690.0744.02154.3254890.31692617.6954134.719N20.2242.29643.4841.94118.1071629.97930869.0361378.082刀100.000179415.15119414.142866.703100.0009002.026170489.3707611.133(17 )冷交换器热气出口液体(18 )氨冷器进口气体%m3tNH 3m3hkmolh%