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1、本科毕业设计_年产20万吨合成氨合成工段工艺的_初步设计 太原理工大学现代科技学院 化工设计概论课程设计说明书 年产20万吨合成氨合成工段工艺的初步设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解
2、安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 太原理工大学现代科技学院 化工设计课程设计任务书 一、化工课程设计题目 年产20万吨合成氨合成工段工艺的初步设计二、化工课程设计要求及原始数据（资料）： 原始数据（资料）： （1）年产量：20万吨合成氨 （2）年操作时间：300 d （3）压力（MPa）： 合成塔压力32MPa 补充气
3、31.4 系统压差2.5 合成塔压差0.8 气氨总管压力0.5 放氨压力2.52.9 （4）温度（）： 触媒层温度初期4705，后期4905 塔壁温度140 塔出口温度300350 水冷前气体温度：95 水冷后气体温度：45 氨冷温度0-15 （5）成分 精炼气（CO+CO2）25ppm 循环气H2/ N2：2.22.8 补充气中惰性气体含量2.0% 碱度1500mg/L CL300mg/L 三、化工课程设计主要内容： 一、绪论 二、生产流程或方法的确定 三、物料衡算和热量衡算 四、主要工艺设备的计算及选型（包括设备一览表） 五、原材料、动力消耗定额及消耗量 六、参考文献 七、致谢 八、附图（
4、带控制点的工艺流程图和关键设备的结构图） 时间安排： 共设计四周，前2周收集资料，进行工艺流程的设计、物料和热量衡算，后两周进行设计说明书的撰写、工艺流程图和设备图的绘制。 四、学生应交出的设计文件： 课程设计说明书一本 带控制点的工艺流程图一套（要求手工绘制2#图纸） 主要设备结构图一套（要求CAD绘制，2#图纸） 五、主要参考文献（资料）： 1.化工设计.王静康主编.1995年版.化学工业出版社出版 2.化工原理（上、下). 2022年版天津大学化工原理教研室编天津科学技术出版社出版 3中国环球化学工程公司编. 氮肥工艺设计手册M.1985 4.郝晓刚等编著. 化工原理课程设计. 北京：化
5、学工业出版社，2022 5.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） 6.黄璐. 化工设计. 北京：化学工业出版社，2000 7.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 8.姜胜阶.合成氨工学J.石油化学工业出版社，1978（7） 9.湖北华工设计院.氨合成塔J.石油化学工业出版社，1977(12) 10.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. 专业班级化工10-3班学生张旭 要求设计工作起止日期 2022年11月26日至2022年12月21日指导教师签字日期 教研室主任签字日期 系主任批准签字日期 目录 第一
6、章总论 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 氨的性质 (1) 1.2.1 氨的物理性质 (1) 1.2.2 氨的化学性质 (1) 1.3 原料气来源 (2) 1.4 文献综述 (3) 1.4.1 合成氨工业的发展 (3) 1.4.2 合成氨工业的现状 (3) 1.4.3 合成氨工业的发展趋势 (3) 1.5 设计任务的项目来源 (4) 第二章流程方案的确定 (5) 2.1 生产原理 (5) 2.2 各生产方法及特点 (5) 2.3 工艺流程的选择 (6) 2.4 合成塔进口气的组成 (8) 第三章工艺流程简述 (10) 3.1 合成工段工艺流程简述 (10) 3.2 工艺流程方框图 (10)
7、 第四章工艺计算 (12) 4.1 物料衡算： (12) 4.1.1设计要求： (12) 4.1.2计算物料点流程图： (12) 4.1.3合成塔入口气组分： (13) 4.1.4合成塔出口气组分： (14) 4.1.5合成率： (14) 4.1.6氨分离器气液平衡计算： (15) 4.1.7冷交换器气液平衡计算： (17) 4.1.8液氨贮槽气液平衡计算： (18) 4.1.9液氨贮槽物料计算： (21) 4.1.10合成系统物料计算: (22) 4.1.11合成塔物料计算： (24) 4.1.12水冷器物料计算： (25) 4.1.13氨分离器物料计算： (26) 4.1.14冷交换器物料
8、计算： (26) 4.1.15氨冷器物料计算： (28) 4.1.16 冷交换器物料计算： (30) 4.1.17液氨贮槽物料计算: (32) 4.2 热量衡算： (35) 4.2.1冷交换器热量计算： (35) 4.2.2氨冷凝器热量衡算： (38) 4.2.3循环机热量计算： (41) 4.2.4合成塔热量衡算： (42) 4.2.5废热锅炉热量计算： (45) 4.2.6热交换器热量计算： (46) 4.2.7水冷器热量衡算： (48) 4.2.8氨分离器热量核算： (50) 第五章设备选型及设计计算 (51) 5.1 合成塔催化剂层设计： (51) 5.2 废热锅炉设备工艺计算： (5
9、3) 5.2.1计算条件 (53) 5.2.2管内给热系数的计算 (53) 5.2.3管外给热系数 (57) 5.2.4传热总系数K (57) 5.2.5传热温差 (58) 5.2.6传热面积 (58) 5.3 热交换器设备工艺计算: (58) 5.3.1计算条件 (58) 5.3.2管内给热系数的计算 (59) 5.3.3管外给热系数 (61) 5.3.4总传热系数 (65) 5.3.5传热面积核算 (65) 5.4 水冷器设备工艺计算： (66) 5.4.1计算条件 (66) 5.4.2管内给热系数的计算 (66) 5.4.3管外给热系数 (68) 5.4.4传热温差 (69) 5.4.5
10、传热总系数K (69) 5.5 氨冷器设备工艺计算: (70) 5.5.1计算条件 (70) 5.5.2管内给热系数的计算 (70) 5.5.4传热总系数K (74) 5.5.5传热温差 (74) 5.5.6传热面积 (74) 第六章车间布置 (77) 第七章“三废”治理及综合利用 (78) 7.1 “三废”的产生及污染 (78) 7.1.1废气污染危害 (78) 7.1.2废水污染危害 (79) 7.1.3工业废渣对环境的污染 (79) 7.2 “三废”治理原则 (80) 致谢 (81) 参考文献： (82) 附录： (83) 物料衡算汇总表 (83) 热量计算点图 (87) 摘要 合成氨生
11、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、换热器、循环机、分离器、冷凝器等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485500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中也进行了相关的设计，在合成效率方面也有进一步研究。 关键词：半水煤气合
12、成氨合成工段 Abstract The productive task design of synthesis ammonia determines the size of the production of synthetic ammonia , equipment requirements , and the status of the process.The design adopts the method of semi water gas synthetic method,and its raw material are coal and nitrogen gas,using the
13、 coal to generate hydrogen.But the design is mainly concerned about the design of the ammonia synthesis section,so the raw materials directly adopt nitrogen and hydrogen.The synthetic tower as the main equipment, with the ammonia cooler,watercooler,heat exchanger, circulator, separator, condenser an
14、d other auxiliary equipment,ferroferric oxide as catalyst,in 485500high temperature condition to produce ammonia.The design require to master the working principle of the synthetic tower,the production process,and to be able to conduct the operation calculation according to technic indexes.In the pr
15、ocess of the process calculation,it contains material balance and heat balance calculation,and equipments selection calculation,etc.The application of ammonia production and the three wastes also have related design,in terms of the synthetic efficiency also having a further study. 第一章总论 1.1 概述 氨是一种重
16、要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业。 在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨主要用来制
17、作化肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙-6、丙烯腈等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸，是各种炸药和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各种炸药。硝酸铵既是优良的化肥，又是安全炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。 氨在其他工业中的应用也非常广泛。在石油炼制、橡胶工业、冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。例如制冷、空调、食品冷藏系统大多数都是用氨作为制冷剂。 1.2 氨的性质
18、 1.2.1 氨的物理性质 氨在常温下是无色气体，比空气轻，具有刺激性臭味，能刺激人体感官粘膜空气中，含氨大于0.01时即会引起人体慢性中毒。 气态氨易溶于水，成为氨水，氨水呈弱碱性。氨在水中的溶解度随压力增大而降低。氨水在溶解时放出大量热。氨水中的氨极易挥发。 常压下气态氨需冷却到-33.35 （沸点）才能液化。而在常温下需加压到0.87MPa时才能液化。液氨为无色液体，气化时吸收大量的热。 1.2.2 氨的化学性质 氨与氧在催化剂作用下生成氮的氧化物,并能进一步与水作用,制得硝酸： 3224546NH O NO H O + 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应： 3244242)N
19、H H SO NH SO +=（ 3343 NH HNO NH NO += 34 NH HCl NH Cl += 334424NH H PO NH H PO += 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素： 32422NH CO NH COONH += ()42222NH COONH CO NH H O =+ 氨与二氧化碳和水作用,生成碳酸氢铵： 32243NH CO H O NH HCO += (5) 氨可与盐生成各种络合物，如CuCl 2?6NH 3、CuSO 4?4NH 3。 氨与空气(或氧)的混合气,在一定浓度范围内能发生剧烈的氧化作用而爆炸。在常温常压下，氨与空气爆炸极限为
20、15%28%(NH 3)。100，0.1 MPa 下，爆炸极限为14.5%29.5%(NH 3)。 1.3 原料气来源 原料气主要有两部分：氮气、氢气。氮气主要是从空气中提取。氢气是从半水煤气中提取的，以煤为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、及甲烷等混合气体的过程。在气化过程中所使用的空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气等称为汽化剂。这种生成的混合气称为煤气。 煤气的成分取决于燃料和汽化剂的种类以及进行汽化的条件。根据所用汽化剂的不同，工业煤气可分为下列四种： 空气煤气：以空气为汽化剂制取的煤气，又称为吹风气。 水煤气：以水蒸气（或水蒸气与氧的混合气）为汽化剂制取的煤气。 混合煤气：以空气和适量的水蒸气为汽化剂制取的煤气，一般作燃料用。 半水煤气：是混合煤气中组成符合（H 2+CO ）/N 2=3.13.2的一个特例。可用蒸气与适量