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年产4万吨合成氨合成工段工艺设计

1 总论

氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占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、制药、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”。

世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析, 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[1]。

(1) 大型化、集成化、自动化, 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。以Uhde公司的“双压法氨合成工艺”和Kellogg 公司的“基于钌基催化剂KAAP 工艺”,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率(提高氨净值) ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件; 开发低压、高活性合成催化剂, 实现“等压合成”。

(2) 以“油改气”和“油改煤”为核心的原料结构调整和以“多联产和再加工”为核心的产品结构调整,是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的有效途径。

实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。生产过程中不生成或很少生成副产物、废物,实现或接近“零排放”的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。

提高生产运转的可靠性,延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的必要保证。有利于“提高装置生产运转率、延长运行周期”的技术,包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视。

 

目录

1 总论

1.1设计任务的依据 ……………………………………………………………………5

 1.2概述………………………………………………………………………………5

1.2.1设计题目………………………………………………………………………5

    1.2.2 设计具体内容及设计阶段……………………………………………5

    1.2.3 设计的产品的性能、用途及市场需要………………………………5

    1.2.4 产品的生产方法及特点…………………………………………7

 1.3 产品方案 ……………………………………………………………………7

 1.4主要原料来源及规格 ………………………………………………………7

    1.4.1主要原料来源…………………………………………………………8

    1.4.2 主要原料规格…………………………………………………………8

2 生产流程及生产方法的确定……………………………………………………8

 2.1合成氨生产的特点 …………………………………………………………9

 2.2 氨合成过程的基本工艺步骤 ………………………………………………9 

 2.3 氨合成工艺的选择…………………………………………………………11

3 生产流程简述 …………………………………………………………………11

4 工艺计算 ………………………………………………………………………12

 4.1 原始条件……………………………………………………………………12

 4.2 物料衡算……………………………………………………………………13

    4.2.1 合成塔物料衡算 ……………………………………………………13

    4.2.2氨分离器气液平衡计算  ……………………………………………14

    4.2.3冷交换器气液平衡计算………………………………………………15

    4.2.4液氨贮槽气液平衡计算………………………………………………15

    4.2.5液氨贮槽物料计算……………………………………………………17

    4.2.6合成系统物料计算……………………………………………………18

    4.2.7合成塔物料计算………………………………………………………19

    4.2.8水冷器物料计算………………………………………………………19

    4.2.9氨分离器物料计算……………………………………………20

    4.2.10冷交换器物料计算 ………………………………………20

    4.2.11氨冷器物料计算 ……………………………………………………21

    4.2.12 冷交换器物料计算 …………………………………………………22

    4.2.13液氨贮槽物料计算 …………………………………………………23

 4.3 热量衡算 ……………………………………………………………………26

    4.3.1冷交换器热量衡算……………………………………………………28

    4.3.2 氨冷器热量计算………………………………………………………28

    4.2.3 循环机热量计算………………………………………………………31

    4.2.4 合成塔热量计算………………………………………………………32

    4.2.5 废热锅炉热量计算……………………………………………………34

    4.2.6 热交换器热量计算……………………………………………………35

    4.2.7 水冷器热量计算………………………………………………………36

    4.2.8 氨分离器热量核算……………………………………………………37

5 主要设备选型……………………………………………………………………37

 5.1 废热锅炉设备工艺计算 ……………………………………………………37

    5.1.1 计算条件………………………………………………………………37

    5.1.2 管内给热系数αi计算…………………………………………………38

    5.1.3 总传热系数K 计算……………………………………………………40

    5.1.4 平均传热温差m Δt 计算……………………………………………40

5.1.5 传热面积………………………………………………………………40

5.2 热交换器设备工艺计算……………………………………………………41

    5.2.1 计算条件………………………………………………………………41

    5.2.2 管内给热系数计算……………………………………………………41

    5.2.3管内给热系数计算 ……………………………………………………41

    5.2.4总传热系数 ……………………………………………………………42

5.2.5传热面积核算 …………………………………………………………44

6 环境保护与安全措施……………………………………………………………44

6.1环境保护………………………………………………………………………45

6.1.1化学沉淀-A/O工艺处理合成氨废水 …………………………………46

6.1.2合成氨尾气的回收………………………………………46

6.1.3生产中的有害物质和处理措施…………………………………………46

6.1.3 氨气和液氨 ……………………………………………………………46

6.1.4 合成氨废水 ……………………………………………………………47

6.2安全措施 ………………………………………………………………………48

   6.2.1防毒………………………………………………………………………48

   6.2.2防火………………………………………………………………………48

6.2.3防爆 …………………………………………………………………………49

6.2.4防烧伤 ………………………………………………………………………49

6.2.5防触电 ………………………………………………………………………49

6.2.6防机械伤害 …………………………………………………………………49

参考文献 ……………………………………………………………………………50

附图

1 带控制点的工艺流程图

2 设备平面布置图.

后记

 

参考文献

[1] 王庭富. 21世纪合成氨展望[J] . 化工进展,2001 ,20(8) ,6 - 8. 

[2] 文安贵.《中、小氮肥》[M]. 1988, 化学工业出版社

[3] 赵忠祥.《氮肥生产概论》[M]. 1995,化学工业出版社

[4] 赵育祥编.《合成氨工艺》[M]. 1985, 化学工业出版社

[5] 陈五平. 《无机化工工艺学（一）合成氨》[M]. 1981,化学工业出版社

[6] 王丽娟. 大型合成氨和尿素生产过程中排出的有毒有害物质及消减措施[J].石油化工应用，2006(4)：43-45

[7] 江苏化学石油工业厅组织. 《小型氮肥厂安全操作技术》[M].1981,化学工业出版社

[8] 方伟阳. 年产3万吨合成氨合成工段设计[D].福州:福州大学本科生毕业设计(论文),2007.

[9] 朱俊严. 年产3万吨合成氨合成工段设计[D].福州:福州大学本科生毕业设计(论文),2007.

[10] 郑瞾. 年产3万吨合成氨合成工段设计[D].福州:福州大学本科生毕业设计(论文),2007.

[11] 黄雅清. 年产3万吨合成氨合成工段设计[D].福州:福州大学本科生毕业设计(论文),2007.

[12] 张岩. 化学沉淀—A/ O 工艺处理合成氨废水[J] . 中国给水排水，2004，20 ：77-79

[13] 张炳标. 膜分离法回收合成氨弛放气中氢气[J] .低温与特气，2003， 21 (1) ：23-25

[14] 王新杰. 合成氨厂两气回收技术的应用[J] .中氮肥2006 ，(1)：13-14

[15] 王敏. 合成氨生产中的废气利用与节能效益[J] .江西能源，2001 (3) ：26-27

[16] 《小型氮肥厂生产 氨的合成 （工人读物）》[M]1969年10月第1版