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内蒙古化工职业学院毕业设计论文1摘要氢和氮是合成氨的主要原料，精制后的氢、氮混合气在高温，高压并在催化剂存在的条件下进行氨合成反应。根据合成反应器所采用的压力，温度及催化剂型号的不同，氨合成的方法可以分为低压法，中压法和高压法三种。小型合成氨厂采用低压法和中压法两种。其中合成压力分别为15——20Mpa和32Mpa。本设计采用的是中压法。本设计由两部分构成分别是设计说明书和四张图纸。设计说明书包括：总论，流程的选择和确定，流程的说明，合成工序的计算四部分。三张图纸分别是：，一张工艺流程图，一张设备平面布置图，一张合成塔设备图。关键词：氨合成催化剂流程工艺内蒙古化工职业学院毕业设计论文2目录前言--------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ第1章总论-------------------------------------------------------------------------21.1设计依据与指导思想----------------------------------------------------31.1.1设计依据-----------------------------------------------------------31.1.2指导思想----------------------------------------------------------31.2设计范围与技术要求----------------------------------------------------41.2.1设计范围-----------------------------------------------------------41.2.2生产规模-----------------------------------------------------------41.2.3原料动力消耗定额和消耗量--------------------------------41.3原理说明---------------------------------------------------------------------41.3.1生产原理说明----------------------------------------------------41.3.2氨合成的机理----------------------------------------------------5第2章工艺流程的选择确定----------------------------------------------52.1由氨合成的主要特点进行工艺流程的设计选择---------------62.2催化剂的选用---------------------------------------------------------------6第3章化工工艺设计说明--------------------------------------------------73.1生产工艺流程的说明----------------------------------------------------73.2生产设备选型说明--------------------------------------------------------83.2.1技术经济指标----------------------------------------------------83.2.2设备结构的要求-------------------------------------------------83.2.3设备布置与三废治理说明-----------------------------------8内蒙古化工职业学院毕业设计论文3第4章合成工序的工艺计算--------------------------------------------94.1物料计算--------------------------------------------------------------------94.1.1计算依据----------------------------------------------------------94.1.2物料计算--------------------------------------------------------114.2能量衡算-------------------------------------------------------------------174.2.1水冷器能量衡算-----------------------------------------------174.2.2氨分离器能量计算-------------------------------------------174.2.3循环机出口能量计算----------------------------------------184.2.4油过滤器能量衡算-------------------------------------------194.2.5冷凝塔热量计算-----------------------------------------------194.2.6氨蒸发器热量计算-------------------------------------------204.2.7废热回收器能量计算----------------------------------------234.3设备计算和选用---------------------------------------------------------234.3.1废热回收器工艺计算----------------------------------------234.3.2水冷器的工艺计算-------------------------------------------294.3.3冷凝塔的工艺计算-------------------------------------------334.3.4氨蒸发器工艺计算--------------------------------------------38参考文献------------------------------------------------------------------------------42结束语----------------------------------------------------------------------------------43内蒙古化工职业学院毕业设计论文4前言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。以其为原料可制化肥、塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品。作为生产氨的原料气CO和H2合成气，可进行综合利用，以联产甲醇及羰基合成甲酸、醋酸等一系列碳化工产品。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艺生产技术发展的方向。国际上对氨的需求，随着人口的增长和对农作物增产的需求和环境绿化面积的扩大而不断增加。内蒙古化工职业学院毕业设计论文5第1章总论1.1节设计依据与指导思想1.1.1设计依据本设计以北京化工大学下达的毕业设计任务书作为设计的依据，见毕业设计任务书。1.1.2指导思想(1)本设计力求做到技术先进，切合实际，经济核算，安全适用，在以上前提下提出的专业设计原则和设计标准，本设计积极采用国内的技术革新成果，努力开发新技术，贯彻工艺与设备共举的方针，加强了工艺流程与装备的配套开发设计。整体贯彻“工厂布置一体化，专业生产露天化，建筑物轻型化，公用工程社会化，引用工程国产化”的“五化”设计原则。(2)氨合成工段的设计原则①以节能为中心，采用有效地的节能措施，提高余热的回收利用率，降低各项消耗，通过合成氨蒸汽自给提高经济效益。②采用各项节能措施，力求技术先进，安全可靠，简单易行，用材省投资少。③减少环境污染，加大环境力度。④设计的流程必须符合工业生产的目的和要求，以确保生产出合格产品。⑤充分利用原料，未反应物要从生产的产品中分离出来，回收并循环使用副产物要加工成产品，并尽量减少废物的产生和排放。内蒙古化工职业学院毕业设计论文61.2节设计范围与技术要求1.2.1设计范围本设计是中小型合成氨厂氨合成工段的工艺设计，其中主要合成工艺设计和主要设备设计。1.2.2生产规模根据任务书，本设计采用年产6万吨的生产规模。1.2.3原料动力消耗定额和消耗量原料动力消耗定额和消耗量如表1.1表1.1原料动力消耗定额和消耗量表名称规格/3Nm/h消耗定额/3Nm/h消耗量/3Nm/h备注新鲜气2H:73.74％36105.4384259959156.5300天/年1.3节原理说明1.3.1生产原理说明氨合成反应的基本原理氨合成反应的化学方程式为：32H+2N≒23NH+Q由反应式可以看出以下特点⑴氨合成反应是可逆反应内蒙古化工职业学院毕业设计论文7⑵这是一个放热反应⑶由三个分子的氢和一个分子的氮（共四个气体分子）合成得到二个分子的氨。因此，氨合成反应是分子数减少的过程，也就是体积缩小的过程。从平衡观点出发，温度愈底，压力愈高则反应愈趋向合成氨的方向移动，达到平衡时混合气体中的氨含量达到最大值。1.3.2氨合成的机理有固体触媒存在下，气体之间的反应可按次序分为七个步骤a.氢和氮的绝大部分，自外表向催化剂的毛细口内部扩散，到达内表面；b.氢和氮（个别或同时）被催化剂表面（主要是内表面）的活性吸附；c.吸附后的气体，反应气体混合物氢和氮从气象主体扩散到铁催化剂的外表；d.在表面上起化学反应，生成一系列中间化合物后，形成吸附态的氨；e.氨从催化剂表面上的脱吸；f.脱吸后的氨从毛细孔组织内部向外表面扩散；g.氨从催化剂表面扩散到气体主体；以上七步中，a和g为扩散过程，b和f是内扩散过程，c，d，e总称化动力学过程。内蒙古化工职业学院毕业设计论文8第2章工艺流程的选择确定2.1由氨合成的主要特点进行工艺流程的设计选择因为氨的合成受化学平衡的限制，单程合成效率较低，所以分氨后未反应的气体必须返回合成塔，进行循环反应。由于氨的合成过程是一个放热过程，反应后塔壁的温度会升高，为保护设备，实现能量的充分利用，原料气分主，副两条线进入合成塔，主线气体从热交换器换热后进入合成塔，副线气体直接进入合成塔，与主线气体混和后进行反应。该流程具有以下特征1.氨合成反应热未充分予以回收，利用副产蒸汽。2.流程简单，设备投资低。3.放空位置设在惰性气含量最高，氨含量较低处以减少氨和原料损失。4.新鲜气和循环气中油，水分及杂质可通过氨冷却器降温，从油分离器中除去。2.2催化剂的选用近年来国产氨合成催化剂发展很快，小合成氨厂使用的氨催化剂绝大部分是国产系列，主要有A106，A110，A2110，A3110，A4110，A201，A301等催化剂。小型合成塔催化剂容积利用系数高，空速大，若采用小颗粒催化剂将使阻力增大。一般情况下用3.3～7.4和7.4～7.6mm的颗粒为宜。催化剂筐上层反应速度快，则上层可装小颗粒催化剂，下层反应速度减慢，内蒙古化工职业学院毕业设计论文9内扩影响小，宜装大颗粒催化剂。本设计选用A2110型催化剂，在反应温度范围内活性大，易还原。第3章化工工艺设计说明3.1节生产工艺流程的说明气体走向：由压缩机六段来的新鲜气和冷交二出（热出）出来的气体汇合一起进入卧式氨冷器管内被壳程液氨冷却降温，进入氨分，分离下的液氨去中间槽，分离后的气体进入冷交，由下沿冷交中心管上行至冷交上部换热器管内，与管外冷交热进气换热提高