合成氨毕业设计模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计任务书 11.1项目 101.2设计内容 101.3设计规模 101.4设计依据 101.5产品方案 101.6原料方案 121.7生产方式 122工艺路线及流程图设计 132.1合成车间工艺流程方框图 132.2合成氨车间工艺流程简述 133车间生产环境 153.1工艺状况(高压高温) 153.2设备状况(高压、低压并存相通) 153.3有催化剂存在 165设计计算 205.1物料衡算 205.2能量衡算 226主要设备设计及设备一览表 246.1氨合成塔的设计 246.2设备一览表 249安全生产要求 28致谢 31主要参考文献: 32附录: 331设计任务书1.1生产历史及发展趋势合成氨工业有近1的历史,氨合成的条件当前国内大型合成氨厂普遍采用高温高压在铁催化剂作用下氢氮气合成为氨的。近年来,围绕节能和降耗这个主题,并随着新型低温低压的合成氨催化剂的发展,国外大型氨厂在氨的合成部分也开始出现一些改进,以天然气蒸汽连续转化法为例,90年代后出现等压和微加压低能耗合成氨工艺。可是受设备限制,当前仍未得到推广,是我们合成氨工业发展所面临的难题之一1.2原料和产品的性质1.2.1氨的性质产品名称:氨化学名称:氨英文名:Ammonia分子式:NH3分子量:17.03性质:本品属有毒气体,是一种无色、有刺激性恶臭的气体。熔点:-77.7℃,沸点:-33.5℃,相对密度(水＝1):0.82(-79℃),相对密度(空气＝1):0.60,饱和蒸气压:506.62kPa(4.7℃),临界温度:132.5℃,临界压力:11.40MPa,本品易燃,闪点:无意义,爆炸下限:15.7%,爆炸上限:本品与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。若遇高热、容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。本品易溶于水、乙醇、乙醚。本品主要用作制冷剂及制取铵盐和氮肥。氮气和氢气的性质物理性质:一般状况下是无色无味的气体,难溶于水.密度比空气密度略少.

化学性质:氮气的化学性质不活泼,常温下难与其它物质发生化学反应.在当改变条件时,如在调温下可与其它物质发生化学反应.氢气物理性质:

1.密度比空气小(比空气轻)是所有气体中最小的

因此使用(瓶口)向下排空气法收集

应用于充灌探空气球

2.难溶于水

因此不和水反应,可用排水法收集

3.无色无味,气体

化学性质:

1.可燃性

氢气点燃后生成水

应用:高能燃料

2.还原性

可使黑色氧化铜变红,同时生成水

应用:冶炼金属1.3产品质量标准量标准(GB536-88)如下:指标名称指标优等品一等品合格品氨含量,%≥99.999.899.6残留物含量,%≤0.1(重量法)0.20.4水分,%≤0.1--油含量,mg/kg≤5(重量法)2(红外光谱)--铁含量,mg/kg≤1--表一:1.4产品的主要用途氨为无色,有刺激性臭味气味,能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官粘膜。氨在国民经济发展中占有极其重要的地位,生产出来的氨有80％的用于制造氮肥,另外20％用于生产硝酸、高能燃料、炸药、合成有机物等。氨主要用于制造氮肥和复合肥料,有的直接往土壤中施用液氨或氨水,有的将氨转化为硫酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵等化肥。在化学工业中可制造硝酸、丙烯腈、氯化铵、硫酸铵、氰化钠、液醇胺、制冷剂等;在染料工业中可制造二氨基蒽醌等;用于在塑料工业制造尼龙1010、氨基塑料等;在医药工业中制造安乃近、氨基比林等;另外还可用作火箭、导弹的推进剂和氧化剂及钢材表面防锈等。

1.5品的生产方法由两种组分按一定比例(1:3)组成的气体(合成气),在高温高压下(一般为400～450℃,15～30MPa)经催化反应生成氨的过程。制备上述合成气的原料,氮来源于空气,氢来源于水或含有碳氢化合物的各种原料。由于水电解制氢能耗过高,工业上用的很少。现以煤为原料,以水蒸气、空气(氧)为气化剂进行气化的方法制成含有氮、氢、一氧化碳和二氧化碳等的原料气,采用各种净化方法,脱除其中的硫化物、一氧化碳、二氧化碳、水等杂质,经压缩机加压到15～30MPa压力后,送入充填有氨合成催化剂的氨合成塔进行氮、氢合成为氨的反应。1.6焦炭是早期合成氨生产的原料,现除中国、联邦德国外,其它国家已很少采用[3]。煤直接气化有常压固定床间歇气化、加压氧－蒸汽连续气化等多种方法,以空气和蒸汽为气化剂,在常压、高温下与焦炭作用,制得含(CO+H2)/N2摩尔比为3.1～3.2的煤气,称为\o"半水煤气"半水煤气[4]。半水煤气经洗涤除尘后,去气柜,经过脱硫、一氧化碳变换,并压缩到一定压力后,用加压水洗涤除去二氧化碳,再进一步用压缩机压缩后用铜氨液进行洗涤,以除去少量一氧化碳、二氧化碳,然后送去合成。如用水将氨吸收,所得产品为氨水[6]。商品氨水浓度为15％～30％(质量)。如用冷凝法分离氨,所得产品为液氨,含氮82.3％。氨水和液氨均可直接用作肥料[7]1.7本设计的工艺流程简图补气油分透平机TC油分合成塔废热锅炉热交预热器补气油分透平机TC油分合成塔废热锅炉热交预热器水冷器氨分氨库冷交氨冷器工艺指标:2设计计算2.1已知条件1.计算标准:1000m32.精炼气成分:表三:成分H2N2CH4Ar合计%73.72924.5581.4200.293100m3737.290245.58014.2002.93010003.进塔气中氨含量:2.5%4.出塔气中氨含量:11%5.出塔气中惰性气体含量:19.296%6.精炼气温度:357.气体在液氨中的溶解量忽略不计8.为方便计算H2/N2＝3:12.2物料衡算:(1)出塔气体成分已知:出塔气中NH3＝11%,CH4+Ar＝19.296%,H2:N2＝3:1∴3H2+N2＝100%—(11%+19.296%)＝69.704%∴H2＝3/4×69.704%＝52.278%N2＝1/4×69.704%＝17.426%CH3＝19.296%×1.420/(1.420+0.293)＝15.994%Ar＝19.296%×0.293/(1.420+0.293)＝3.302%出塔气成分:表四:成分H2N2CH4ArNH3合计%52.27817.42615.9943.30211.000100(2)放空气量V1与放空气组成水冷器内无液氨冷凝出来,故放空气成分与出塔气体相同放空气量为:V1＝1000×(0.01420+0.00293)/0.19296＝88.775㎡放空气体组成:表五:成分H2N2CH4ArNH3合计%52.27817.42615.9943.30211.000100m346.41015.47014.1992.9319.76588.775(3)氨产量由气量平衡:V2＝V3－V1－V4＋V0eq\o\ac(○,1)由于氨合成时体积减小:V3＝V2－(V4＋11%V1)eq\o\ac(○,2)V0:补充新鲜氢氮气体体积m3V1:放空气体体积m3V2:进入合成塔混合气体体积m3V3:出合成塔混合气体体积m3V4:冷凝成产品氨的气体体积m3以V3代入eq\o\ac(○,1)式:V2＝V2－(V4＋11%V1)－V1－V4＋V0∴V4＝(V0－1.11V1)/2＝(1000－1.11×88.775)/2＝450.730m3(4)合成塔出口气量V3由氨平衡11%V3＝2.5%V2＋(V4＋11%V1)eq\o\ac(○,3)2.5%×eq\o\ac(○,2)式2.5%V3＝2.5%V2－2.5%(V4＋11%V1)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,3)－eq\o\ac(○,4)(1.11－0.025)V3＝(1＋0.025)(V4＋11%V1)∴V3＝1.025×(450.730＋0.11×88.775)/0.085＝5553.024m3合成塔出口气体组成表六:成分H2N2CH4ArNH3合计%52.27817.42615.9943.30211.000100m32903.010967.670888.151183.361610.8325553.024(5)合成塔进口气量V2及组成由气量平衡V2＝V3－V1－V4＋V0＝5553.024－88.775－450.730＋1000＝6013.519m3合成塔进口气体组成为:H22903.010－46.410＋737.290＝3593.890m3N2967.670－15.470＋245.580＝1197.780m3CH4888.151－14.199＋14.200＝888.152m3Ar183.361－2.931＋2.930＝183.360m3NH3610.832－9.765－450.730＝150.337m3合成塔进口气体组成表七:成分H2N2CH4ArNH3合计%59.76419.91814.7693.0492.5100m33593.8901197.780888.152183.360150.3376013.519(6)合成率＝EQ\F(2(a-b),a(2-b))×100%式中a—进塔气体中氢和氮的总含量,％b—出塔气体中氢和氮的总含量,％合成率＝[2(0.7968－0.6970)/0.7968(2－0.6970)]×100%＝19.22%2.3能量衡算2.2.1能量衡算(1)进塔气体升温所吸收的热量Q1eq\o\ac(○,1)平均分子热容Cp进塔气体温度:30出塔气体温度:155.6平均温度＝(30＋155.6)/2＝92.8℃采用分压叠加法计算高压高温混合气体真实热容,各纯组分气体高压下真实分子热容采用《合成氨原料气的恒压(真空)比热》算式:H2:6.982+0.075×10-3T＋0.15×10-3рH2N2:7.371-1.45×10-3T＋1.44×10-3T2＋0.00661pN2-7.55×10-3TрN2NH3:56.853-0.2646T＋0.3565×10-3T2＋0.988рNH3＋1.17×10-3р2NH3-2.168×10-3TрNH3CH4:4.750＋2.0×10-3T＋3.03×10-6T2-2.63×10-9T3＋2.6×10-3рCH4Ar:4.95-0.0205×10-3T＋9.46×10-9T2＋0.0046рAr-3.05×10-3TрAr列表计算如下(T＝365.8KP=185.9大气压):表八:组分yi分子分率Pi分压CpiKcal/kmol.℃yi.CpiKcal/mol.℃H20.59764111.107.0264.199N20.1991837.037.1761.429NH30.025004.658.6970.217CH40.1476927.459.4881.401Ar:0.030495.674.9890.152合计∑1.0∑185.9∑7.398∴Q1由物料衡算进塔气量＝6013.519m3Q1=(6013.519×103/22.4)×7.398×(155.6-30)=249451Kcal(2)氨合成放出的反应热量Q2eq\o\ac(○,1)反应热(-HR)由《无机化工气-固相催化反应过程》查得:t=155.6℃在300大气压下-HR=11599+30216t=12099Kcal/kmol在200大气压下-HR=11623+3.194t=12120Kcal/kmol在145大气压下-HR=11732+2.779t=11640Kcal/kmol绘制曲线,用内插法能够求得:P=178.1大气压,155.6℃-HR=12134Kcal/kmoleq\o\ac(○,2)合成氨量=(450.730+9.765)/22.4=20.558kmoleq\o\ac(○,3)Q2=12134×20.558=249451KcalQ1=Q2热量平衡3主要设备设计及设备一览表3.1氨合成塔的设计6.1.1设计原则:(1)合成塔的生产能力高,能够满足高负荷生产的需要。(2)催化剂的填充系数要大,能够充分提高高压容器空间的利用率,催化剂装填量高。(3)催化剂的床层温度易于调节,能够满足合成塔动力学的要求,温度曲线接近最适宜温度曲线。(4)能够满足催化剂升温还原的需要,使催化剂的活性高、使用寿命长,能适应生产负荷、气体分的变化,且氨净值高,操作弹性好(5)合成塔、合成系统阻力小。降低阻力不能够降低循环机的动力消耗,而且能够装填小粒的催化剂,提高塔的生产能力。(6)换热器的传热面积大,换热效果好(7)反应热易于回收。回收反应热有利于低合成氨产品的总能耗。(8)结构简单,运行可靠,装填催化剂方便内件各部分的结构、设计、材质的选用必须合理,尽量避免产生过大的热应力和内漏,焊接件的自由胀等问题。3.2内件流程依据上述设计原则,选择内件流程如下:主气从塔口”一进”进人塔壁环隙,从”一出”去塔外换热器,加热后气体从”二进”进人,经下部换热器管外加热至反应温度人中心管,上升至顶部后自上而下流过第1轴向层,然后从第2径向层的中心分布管自里向外经过触媒层,再经集气筒流出,进人第3径向层外环隙,从外向里径向流过触媒层,从中心管集中,再直接流下进人第4径向层中心管,又自里向外流出径向层,最后气体经下部换热器从”二出”出合成塔。4层触媒的温度由冷激气从塔顶引人加以控制,第1层由塔副线控制,第2,3,4层分别由3股冷激气控制。4设备一览表表:设备名称规格型号数量/台备注(操作条件)等合成塔RZZ011-97φ25001圆柱形透平机TC620-32-123卧式系统油分φ8051圆柱形补气油分φ6051圆柱形冷交7.3m1圆柱形、列管热交450㎡1圆柱形、列管氨冷器φ18001列管废热锅炉1401卧式氨分φ8051圆柱形水冷器φ127×211列管5主要控制指标项目指标项目指标导入压力≤31.4MPa触媒层热点温度波动+/-5放氨压力≤3.0MPa锅炉出口温度≤230合成塔压差≤1.0MPa触媒升温速率≤50℃气氨总管压力≤0.22MPa废热锅炉30~60%升降压速度0.4~0.6MPa氨冷器液位以不带液为准合成塔塔壁温度≤120透平机油位1/2~2/3合成塔出口温度≤350合成塔进口氨含量≤3.0%水冷温度≤50锅炉pH值9~12氨冷温度-5~0甲烷含量波动范围+/-1%产品消耗定额项目投资(万元)厂房土建,水电,消防,通风,空调700设备合成塔补气油分系统油分冷交热交水冷器氨分中置锅炉透平机氨冷器预热器2301010505520801520355总计5306结束语合成氨是生产尿素、磷酸铵、硝酸铵等化学肥料的主要原料,工业生产过程是以天然气或煤炭为原料经过水蒸气重整工艺制得氢气,然后与氮