年產(chǎn)30萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)30萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì)摘要Abstract引言錯(cuò)誤!未定義書第一章合成氨綜述錯(cuò)誤!未定義書11氨的用途錯(cuò)誤!未定義書12氨的性質(zhì)錯(cuò)誤!未定義書1.21氨的物理性質(zhì)錯(cuò)誤!未定義書1.22氨的化學(xué)性質(zhì)錯(cuò)誤!未定義書13合成氨的生產(chǎn)方法錯(cuò)誤!未定義書14合成工藝條件的選擇錯(cuò)誤!未定義書141操作壓力錯(cuò)誤!未定義書142 反應(yīng)溫度錯(cuò)誤!未定義書14.3空速錯(cuò)誤!未定義書144合成塔進(jìn)口氣體組成錯(cuò)誤!未定義書1.5合成氨工業(yè)的發(fā)展錯(cuò)誤!未定義書第二章合成工段工藝簡介錯(cuò)誤!未定義書2.1合成工段工藝流程簡述錯(cuò)誤!未定義書2.2工藝流程方框簡圖錯(cuò)誤!未定義書2.3設(shè)備簡述錯(cuò)誤!未定義書2.31氨

2、合成塔錯(cuò)誤!未定義書2.32熱交換器與廢熱鍋爐錯(cuò)誤!未定義書2.3.3冷交換器錯(cuò)誤!未定義書2.3.4氨冷器錯(cuò)誤!未定義書第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書31設(shè)計(jì)要求錯(cuò)誤!未定義書32工藝流程圖錯(cuò)誤!未定義書3.3物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書331 合成塔入口氣體組分.錯(cuò)誤!未定義書3.32合成塔出口氣體組分錯(cuò)誤!未定義書3.33合成率錯(cuò)誤!未定義書3.34氨分離器氣液平衡計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書335冷交換器氣液平衡計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書336液氨儲槽氣液平衡計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書337液氨儲槽物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書338合成系統(tǒng)物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書339合成塔物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.310水冷器物料計(jì)算

3、錯(cuò)誤!未定義書3.311氨分離器物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.312冷交換器物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.313氨冷器的物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.314冷交換器物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.315液氨貯槽物料計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.4熱量衡算錯(cuò)誤!未定義書341冷交換器熱量計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.4.2氨冷凝器熱量計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書343循環(huán)機(jī)熱量計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書3.4.4合成塔熱量衡算錯(cuò)誤!未定義書345廢熱鍋爐熱量計(jì)算： 錯(cuò)誤!未定義書346熱交換器熱量計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書347水冷器熱量衡算： 錯(cuò)誤!未定義書348氨分離器熱量衡算： 錯(cuò)誤!未定義書第四章設(shè)備的選型與計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書41設(shè)備選型錯(cuò)誤!未

4、定義書411設(shè)備簡述錯(cuò)誤!未定義書4.1.2流程說明錯(cuò)誤!未定義書42合成塔設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書421合成塔筒體設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書422催化劑層設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書423下?lián)Q熱器錯(cuò)誤!未定義書424層間換熱器4.3輔助設(shè)備選型4.31廢熱鍋爐4.32熱交換器4.33水冷器4.34冷交換器4.35氨冷器I436氨冷器II結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)附錄年產(chǎn)30萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì)摘要：氨是一種重要的化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中有重要的作用。對合成氨 工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，并對其過程進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。氨合成工段包括氨的合成、 分離、氣體再循環(huán)、惰性氣體排放等基本過程，其中氨合成是合成氨工藝 的中心環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)主要目的是對

5、合成氨的合成工段進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)已給 組成的原料氣的組成，進(jìn)行工藝系統(tǒng)計(jì)算，包括物料衡算、熱量衡算、設(shè) 備的數(shù)據(jù)計(jì)算及選型等。合成工段中的主要設(shè)備為氨合成塔，結(jié)合設(shè)計(jì)數(shù) 據(jù)及技術(shù)現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)選擇的氨合成塔的內(nèi)件為三段絕熱冷激“內(nèi)冷式內(nèi) 件，該內(nèi)件具有結(jié)構(gòu)合理、氨凈值高、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)物料及熱量衡 算的數(shù)據(jù)，計(jì)算出內(nèi)件中絕熱床層及換熱器的有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，并對一些輔助 設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，繪制出主要設(shè)備及帶控制點(diǎn)的工藝流 程圖等。關(guān)鍵詞：合成氨物料衡算熱量衡算合成塔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),首先假定催化劑層 溫度=390C設(shè)出第一段氣體溫度=480C a查物料數(shù)據(jù)： 第一段平均溫度=(+)v2= (480+3902=435C由=435C, =0.025 查=39.06=51110KJkmolNH3由聯(lián)立方程式x(-)其中表示第n-1段至n段催化劑用量為入塔氨分解基無情性氣體體

10、積流量為催化劑活性系數(shù)，為扣除了惰性氣體的第n段催化劑進(jìn)出計(jì)算氨含量，為第n段進(jìn)出口反應(yīng)速度倒數(shù)b.求反應(yīng)熱及生成氨含量：令氣體第一段焓升(反應(yīng)熱)蜀廣 Mk,0 X C平，p,1Tk,0)則第一床層生成氨的量為：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實(shí)際出口氨含量：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土計(jì)算AJ反算)由A106催化劑活性曲線查，當(dāng)=390C, =0.029 時(shí)=10.2x10-5 當(dāng)=480C, =0.095 時(shí)=7.0 x10-5=+v2=3.6x10-5x(-) =2.896x10-5第一段催化劑用量：=2.896 x 10一5 x

12、 206021.429 = 3.0m3第二絕熱床層的計(jì)算出第一床層的氣體在冷激氣的冷激下溫度降到400C，然后進(jìn)入第二床層 進(jìn)行反應(yīng)設(shè)冷激氣的量占總?cè)胨獾?5%,則進(jìn)第二絕熱床層摩爾流量:Mk2= Mk1+ 0.25Mk0 =9775.207+0.25x10515.504=14404.082kmol=3 )首先假定催化劑層溫度=410C由出第二段氣體溫度=480C設(shè)y0.3=0.1554，設(shè)出口氨含量為16.5%，則：=0.165(1-0.1554)=0.195 , =0.141進(jìn)入第三段氣體量為：=14404.083868.088=13535.995kmol(480一 188.5)寺(35

13、5325)=1152K=3.67x107章(2091x115.2)=152356m2實(shí)際生產(chǎn)中所取的換熱面積為理論計(jì)算值的1.2-2.0倍，本設(shè)計(jì)中取1.5 倍，則：F 實(shí)=1.5F=228.534m2所需換熱管的根數(shù)為：=2140經(jīng)過核算，滿足設(shè)計(jì)要求。4.2.4層間換熱器選列管式換熱器，換熱管選擇，長度為4m的無縫鋼管冷氣進(jìn)口溫度325C，出口溫度390C熱氣進(jìn)口溫度480C，出口溫度410C換熱負(fù)荷為第三段絕熱層生成的熱Q=4.12x107KJ(480325)v (410390)=66.18K=4.12x107章(175812x66.18)=354.09m2實(shí)際生產(chǎn)中所取的換熱面積為理論

14、計(jì)算值的1.2-2.0倍，本設(shè)計(jì)中取1.5 倍，則：F 實(shí)=1.5F=531.14m2所需換熱管的根數(shù)為：=4975設(shè)換熱管為正六邊形排列，則：管間to=1.2d外=1.2x10=12mm，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查取，取to=13mm正六邊形排列層數(shù)a=(12n33)0-56=40.72實(shí)取44層六邊形對角線排管b=1.1n0.5=78根取板間距 h=20Omm, 取 e=1.5d 外=15mm則設(shè)備直徑 D= to(b- 1)+2e=13x(78- 1)+2x15=1031mm實(shí)取換熱器直徑1100mm經(jīng)過核算，能放進(jìn)設(shè)計(jì)的塔體內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。4.3輔助設(shè)備選型對于輔助設(shè)備，根據(jù)第3章的物料衡算及熱

15、量衡算，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，并對設(shè)備進(jìn)行選型，選型結(jié)果如下：4.3.1廢熱鍋爐選臥式U型換熱管，高壓管尺寸024x1.5換熱面積F=141 m2，按一根U型管7.35m，需列管數(shù)n=191根4.3.2熱交換器選列管式換熱器，冷氣走殼程，熱氣走管程列管尺寸014x2無縫鋼管換熱面 F=1899x314x0012x4=286m2取換熱管長度L=4m，根數(shù)n=1889根4.3.3水冷器選淋灑式排管冷卻器高壓換熱管068x13換熱面積 F=151.263x1.5=227m2需排管數(shù)2排4.3.4冷交換器選列管式換熱器，冷氣走殼程，熱氣走管程列管尺寸14x2無縫鋼管換熱面積F=12x38148=457.776

16、m2則換熱管長L=6m，管數(shù)n=2028根4.3.5氨冷器I選立式氨冷器，熱氣走管程，液蒸發(fā)走殼程高壓換熱管019x3傳熱面積F=341.632 m2管長L=8m, U型管取管數(shù)n=850根4.3.6氨冷器II選立式氨冷器,熱氣走管程,液蒸發(fā)走殼程高壓換熱管019x3傳熱面積 F=1860 x3.14x0.016x8=747.57m2管長L=8m, U型管取管數(shù)n=1860根根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，結(jié)合技術(shù)現(xiàn)狀，查閱有關(guān)資料，進(jìn)行工藝系統(tǒng)的物料 衡算、熱量衡算、主要設(shè)備的選型及數(shù)據(jù)計(jì)算、輔助設(shè)備的選型等工作， 設(shè)計(jì)的結(jié)果為：主要設(shè)備選型：主要設(shè)備為氨合成塔，其內(nèi)件選擇的是三段絕熱- 冷激間冷式內(nèi)件，其內(nèi)

17、部結(jié)構(gòu)組合方式為第一絕熱床層+冷激器+第二絕熱 床層+層間換熱器+第三絕熱床層+下?lián)Q熱器，其中層間換熱器與下?lián)Q熱器 以串聯(lián)方式進(jìn)行連接。合成塔絕熱床層計(jì)算結(jié)果：主要計(jì)算的為絕熱床層的高度及其中 所填催化劑的量。第一絕熱床層的高度為1200mm，所裝催化劑量為3.0m3； 第二絕熱床層的高度為2340mm，所裝催化劑量為7.78m3；第三絕熱床層 的高度為3790mm，所裝催化劑量為9.18m3 o合成塔內(nèi)部換熱器計(jì)算結(jié)果：層間換熱器與下?lián)Q熱器均采用列管 式，熱氣走管內(nèi)，冷氣走管外，列管選擇的無縫鋼管，管長為4皿。根據(jù) 催化劑層反應(yīng)熱算出相應(yīng)的換熱面積。層間換熱器為531.14m2，換熱管數(shù) 4

18、975根，下?lián)Q熱器為228.534m2，換熱管數(shù)為2140根。合成塔的總高度及直徑：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，選擇合成塔內(nèi)徑為 2200mm，壁厚為 160，材質(zhì)為 0Cr18Ni10Ti，塔高為 19250mm。輔助設(shè)備的選型：廢熱鍋爐選用臥式U型換熱器；冷交換器和熱 交換器均選用列管式換熱器；水冷器選用淋灑式排管冷卻器；氨冷器選用 立式氨冷器。參考文獻(xiàn)丁振亭.大化肥裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.化肥工業(yè).1995, 22 (3)： 131張占一.新型氨合成工藝技術(shù)的特點(diǎn)及比較J.化肥設(shè)計(jì).2011, 12 (6)： 484劉化章.合成氨催化劑研究的新進(jìn)展J.催化學(xué)報(bào).2001, 22 ( 3)： 304王庭

19、富.21世紀(jì)合成氨展望.化工進(jìn)展.2001, 8 (1)： 6-8蔣德軍.合成氨工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢J.大氮肥.1997, 5 (15)： 50孟巖.合成氨的生產(chǎn)方法隊(duì)及工藝流程研究。.科技文匯.2008, 8 (5)： 279張子鋒.合成氨生產(chǎn)技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006： 178劉俊吉，周亞平.物理化學(xué)M.北京：高等教育出版社，2009： 214楊峰.氨合成塔內(nèi)件及工藝流程綜述J.小氮肥技術(shù).2004, 25 (3)： 7黃仲九，房鼎業(yè).化學(xué)工藝學(xué)(第二版)M.北京：高等教育出版社，2008： 178溫倩.我國合成氨行業(yè)發(fā)展分析J.化學(xué)工業(yè).2010, 30 (10)： 1

20、7劉化章，唐浩東，李小年.超臨界氨合成.化工學(xué)報(bào).2004, 55 (12)： 2067沈志宇.小氮肥氨合成裝置先進(jìn)控制與優(yōu)化研究與應(yīng)用D.中國科技大學(xué)博士論文，2006： 27-2816石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院氮.肥工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(理化數(shù)據(jù)分冊)M.北京：石油化工出版社，1977： 25-2817石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)化工設(shè)計(jì)院小氮肥設(shè)計(jì)手冊M.石油化工出版社，1977： 321附錄附錄A：物料計(jì)算匯總表(2)氨冷器出口(氣體)(3) (4) (5)冷交換器冷氣出口%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)水冷器出口氣體(11)水冷器出口液體%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)氨分離器出口(13 )放空氣%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 )冷交換器熱氣進(jìn)口(15 )氨分離器出口液氨%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 )冷交換器出口液體(17 )冷交換器熱氣出口氣體%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.