化学化工学院 课程设计说明书
太 原 理 工 大 学 课 程 设 计 任 务 书 课程设计题目： 年产20万吨合成氨合成工段工艺设计 课程设计要求： 设计采用中压两级分氨流程，年产20万吨合成氨合成工段的工艺设计。设计配有设计说明书一份，图纸二张。说明书内容：原料气来源、流程方案的确定、物料衡算、热量衡算、设备选型及设计计算、车间布置、三废”治理及综合利用。二张图纸：1.带控制点的合成工段物料流程图； 2.中压合成塔的工艺装配图。 学生应交出的设计文件（纸质及电子版）： 1.设计说明书（首页附设计任务书） 2.工程设计图（CAD版） （1）主要设备图 （2）工艺流程图 主要参考资料（电子版）： 一．手册 1. 小合成氨厂工艺技术与设计手册(上册)，化学工业出版社，1994。 2. 小合成氨厂工艺技术与设计手册(下册) 梅安华主编，化学工业出版社，1994。 3. 氮肥工艺设计手册 气体压缩 氨合成 甲醇合成，化学工业出版社，1989。 4. 氮肥工艺设计手册 理化数据分册，石油化学工业出版社，1977。 二．参考文献 1中国环球化学工程公司编. 氮肥工艺设计手册 [M].1985 2郝晓刚等编著. 化工原理课程设计. 北京：化学工业出版社，2009 1 化学化工学院 课程设计说明书
3陈甘棠主编.化学反应工程[M]. 第三版.北京：化学工业出版社.1990（11） 4黄璐. 化工设计. 北京：化学工业出版社，2000 5陈五平主编.无机化工工艺学.第三版. 北京：化学工业出版社，1985 6姜胜阶.合成氨工学【J】.石油化学工业出版社，1978（7） 7湖北华工设计院.氨合成塔【J】.石油化学工业出版社，1977(12) 8化学工业出版社组织编写.中国化工产品大全[M].第二版上卷. 9司航主编.化工产品手册[M].第三版.北京：化学工业出版社. 10李祥君著.新编精细化工产品手册[M].北京：化学工业出版社.1996. 11万家亮 曾胜年主编.分析化学[M].第三版. 北京：高等教育出版社.2001（6）． 12天津化工研究院编.无机与工业手册【M】.北京:化学工业出版，1988(2) 13江寿建. 化工厂共用设施设计手册. 北京：化工工业出版社，2000 14时 均等. 化学工程手册. 北京：化学工业出版社，1996 15赵国方. 化工工艺设计概论. 北京：原子能出版社，1990 16化工工程师手册编辑委员会. 化学工程师手册. 北京：机械工业出版社，2000 17陈敏恒等. 化工原理，上下册. 北京：化学工业出版社，1985 18吴志泉等. 化工工艺计算，物料、能量衡算. 上海：华东理工大学出版社，1992 18倪进方. 化工过程设计. 北京：化学工业出版社，1999 专业班级 化学工程与工艺0802班 学生 李林豪 组别 第四组 组员 李林豪 李旭 连文豪 马楠 宋路华 要求设计工作起止日期 2011.11.21～2011.12.16 指导教师签字 日期 系主任批准签字 日期
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前 言
《化工设计》课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、各类塔结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
本设计就合成车间的工艺生产流程，着重介绍化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验。本说明书主要确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专业等内容。在全面介绍化工设计的基础知识上，重点阐述工艺流程设计、物料和能量衡算及车间布置等内容，并结合工艺计算、工程经济，力求体现当今化工设计的水平。
合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温条件下来制得氨气。
本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。
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摘 要
合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温条件下来制得氨气。本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。
[关键词]： 半水煤气合成法 合成塔 催化剂
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目录
符号说明........................................................................................................................................... 8 第一章 总 论 ............................................................................................................................... 9
1.1 概述 ........................................................................................................................................... 9 1.2 氨的性质 ................................................................................................................................... 9
1.2.1 氨的物理性质 ....................................................................................................... 9
1.2.2 氨的化学性质 ..................................................................................................... 10 1.3 原料气来源 ............................................................................................................................. 10 1.4 文献综述 ................................................................................................................................. 11
1.4.1 合成氨工业的发展 ............................................................................................. 11 1.4.2 合成氨工业的现状 ............................................................................................. 11 1.4.3 合成氨工业的发展趋势 ..................................................................................... 12 1.5 设计任务的项目来源 ............................................................................................................. 12 第二章 流程方案的确定 ............................................................................................................. 13
2.1 生产原理 ................................................................................................................................. 13 2.2 各生产方法及特点 ................................................................................................................. 13 2.3 工艺流程的选择 ..................................................................................................................... 14 2.4 合成塔进口气的组成 ............................................................................................................. 16 第三章 工艺流程简述 ................................................................................................................. 18
3.1 合成工段工艺流程简述 ......................................................................................................... 18 3.2 工艺流程方框图 ..................................................................................................................... 19 第四章 工艺计算 ......................................................................................................................... 20
4.1 物料衡算： ............................................................................................................................. 20
4.1.1设计要求： ............................................................................................................ 20
4.1.2计算物料点流程图： ............................................................................................ 20 4.1.3合成塔入口气组分： ............................................................................................ 21 4.1.4合成塔出口气组分： ............................................................................................ 21 4.1.6氨分离器气液平衡计算： .................................................................................... 22 4.1.7冷交换器气液平衡计算： .................................................................................... 25 4.1.8液氨贮槽气液平衡计算： .................................................................................... 26 4.1.9液氨贮槽物料计算： ............................................................................................ 28 4.1.10合成系统物料计算: ............................................................................................. 30 4.1.11合成塔物料计算： .............................................................................................. 32 4.1.12水冷器物料计算： .............................................................................................. 33 4.1.13氨分离器物料计算： .......................................................................................... 34 4.1.14冷交换器物料计算： .......................................................................................... 34 4.1.15氨冷器物料计算： .............................................................................................. 35
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