学校代码：11059 学 号：0903024030
毕业设计（论文）
BACHELOR DISSERTATION
Hefei University
论文题目：8万吨/年合成氨装置中合成系统的设计 学位类别： 工学学士 学科专业： 化学工程与工艺 作者姓名： 费磊磊 导师姓名： 程甲辰 完成时间： 2013年5月30日
8万吨/年合成氨装置中合成系统的设计
中 文 摘 要
本次课程设计任务为年产八万吨合成氨装置中合成系统的工艺设计，氨合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步骤，上述基本步骤组合成为氨合成反应的工艺流程。其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。通过查阅相关文献和资料，设计了年产八万吨合成氨厂合成工段的工艺流程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及仪表流程图和设备布置图。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和材质进行了选择。
关键词：氨合成；物料衡算；能量衡算
The Design of 80kt/a Synthetic Ammonia Process
Abstract
There are many types of Ammonia synthesis technology and process. Generally, they includes ammonia synthesis,separation and recycling, inert gases Emissions and other basic steps, Combining the above basic steps turnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process, in which ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammonia process. The task of curriculum design is the ammonia synthesis section of an annual eighty thousand tons synthetic ammonia plant. By consulting the relevant literature and information, we designed the ammonia synthesis section of an annual eighty thousand tons synthetic ammonia plant, with the help of CAD technology, we designed piping and instrument diagram and equipment layout. Finally, we did the material balance accounting, and the energy balance accounting of the process, also we selected piping size and material according to the design operation of temperature, pressure and relevant standards.
KEY WORD: Ammonia synthesis section; Material balance accounting; Energy balance accounting
目 录
第一章 合成氨综述 ............................................................................................................. 1
1.合成氨工业在国民经济中的地位 ............................................................................. 1 2.原料路线及资源开发利用 ......................................................................................... 1 3.未来我国合成氨工业发展方向 ................................................................................. 2 第二章 合成工序工艺计算 ................................................................................................. 3
1.物料衡算 ..................................................................................................................... 3
1.1计算依据 ........................................................................................................... 3 1.2计算物料点流程 ............................................................................................... 4 1.3物料衡算 ........................................................................................................... 4 2热量衡算 ................................................................................................................... 31
2.1冷交换器热量计算 ......................................................................................... 31 2.2氨冷器热量计算 ............................................................................................. 34 2.3循环机热量计算 ............................................................................................. 37 2.4合成塔热量计算 ............................................................................................. 39 2.5废热锅炉热量计算 ......................................................................................... 42 2.6 热交换器热量计算 ........................................................................................ 44 2.7水冷器热量计算 ............................................................................................. 45 2.8氨分离器热量核算 ......................................................................................... 47 3主要设备计算 ........................................................................................................... 47
3.1废热锅炉设备工艺计算 ................................................................................. 47 3.2热交换器设备工艺计算 ................................................................................. 52 3.3水冷器设备工艺计算 ..................................................................................... 59 3.4冷交换器设备工艺计算 ................................................................................. 63 3.5氨冷器设备工艺计算 ..................................................................................... 71
第三章 合成工序工艺流程简介 ....................................................................................... 76
1.氨合成反应的原理及特点 .................................................................................... 76 2.合成工序工艺流程简述 ........................................................................................ 76 3.合成工序设计特点 ................................................................................................ 77 附 表 ............................................................................................................................... 78 结束语 ................................................................................................................................. 83 参考文献 ............................................................................................................................. 84
第一章 合成氨综述
1.合成氨工业在国民经济中的地位
合成氨工业是基础化学工业之一。其产量居各种化工产品的首位。氨本身是重要的氮素肥料,除石灰氮外,其它氮素肥料都是先合成氨,然后加工成各种铵盐或尿素。将氨氧化制成硝酸,不仅可用来制造肥料(硝酸铵、硝酸磷肥等),亦是重要的化工原料,可制成各种炸药。氨、尿素和硝酸又是氨基树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素等高分子化合物的原料。以其为原料可制得塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品。作为生产氨的原料一氧化碳、氢气合成气,可进行综合利用,以联产甲醇及羰基合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列碳一化工产品。以做到物尽其用,减少排放物对环境的污染,提高企业生产的经济效益。已成为当今合成氨工业生产技术发展的方向。国际上对合成氨的需求,随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿化面积的扩大而不断增加。
据资料统计:1997年世界合成氨年产量达103.9Mt。预计2000年产量将达111.8Mt。其化肥用氨分别占氨产量的81.7%和82.6%。我国1996年合成氨产量已达30.64Mt,专家预测2000年将达36Mt,2020年将增加至45Mt。即今后20年间将增加到现在的1.5倍。因而合成氨的持续健康发展还有相当长的路要走。未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。合成氨工业在国民经济中举足轻重。农业生产,“有收无收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。我国七十至九十年代先后重复引进30多套大化肥装置,耗费巨额资金,在提高了化肥生产技术水平的同时,也受到国外的制约。今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术,自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。过去引进建设一套大型化肥装置,耗资数十亿元。当今走老厂改造扩建的道路,可使投资节省1/2—2/3。节省的巨额资金,用作农田水利建设和农产品深加工,将在加速农村经济发展,提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要作用。
2.原料路线及资源开发利用
提高天然气原料制氨的比重以天然气为原料制氨应是今后我国合成氨工业发展的方向。现世界天然气探明储量约相当于石油储量。世界天然气可采资源量为3.28×1014m3。资源探明度约59%，预计可采年限在65年以上。近期发现大有前途的冷冻天然气潜在资源,在地球上约有1.6×1015m3甲烷水化物冷冻成冰的天然气,其储量比已探明的天然气量高达数倍。这种位于海底的矿藏起码在海底800m处，最佳开采深度为4000m。在今后10—15年中,钻井技术和从深层运出天然气都会有突破。我国海域辽阔，将会成为未来的丰富天然气资源。目前我国天然气在一次能源中只占
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