錄 第一部分 說(shuō)明書(shū) 一章 概 述 二章 原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格 三章 危險(xiǎn)性物料主要物性表 四章 生產(chǎn)原理及流程簡(jiǎn)述 五章 主要設(shè)備的選擇與計(jì)算 六章 原材料及動(dòng)力消耗 七章 生產(chǎn)分析及三廢排量 八章 存在問(wèn)題及建議 九章 主要參考書(shū)目 十章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 二部分 物料衡算和熱量衡算 三部分 設(shè)備的選型與計(jì)算 四部分 帶主要控制點(diǎn)的工藝流程圖 一部分 說(shuō)明書(shū) 第一章 概 述 1段的概況及特點(diǎn)： 1設(shè)計(jì)依據(jù)： 本設(shè)計(jì)按照材化系下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)進(jìn)行編制，參照鴻鵠化工總廠的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，以及中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程總公司（原 化工部第四設(shè)計(jì)院），和石油化工部化工設(shè)計(jì)院的有關(guān)資料設(shè)計(jì)而成。 2設(shè)計(jì)規(guī)模及特點(diǎn)： 本工段生產(chǎn)液氨，生產(chǎn)能力為 15 萬(wàn)噸液氨 /年，與傳統(tǒng)流程相比較，具有節(jié)能低耗的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)串聯(lián)的氨冷器，在低壓下，既減少了動(dòng)力消耗，又保證了合成塔入口氨含量的要求；現(xiàn)具體起來(lái)如下： （ 1）循環(huán)機(jī)位置： 本工段設(shè)置在氨分離系統(tǒng)后，合成塔之前，從而充分利用循環(huán)機(jī)壓縮功，提高進(jìn)合成塔溫度，減少冷量消耗，降低氨冷器負(fù)荷，同時(shí)提高進(jìn)塔壓力，提高合成率，而進(jìn)循環(huán)機(jī)的氨冷量較低，避免了塔后循環(huán)機(jī)流程容易帶液氨而導(dǎo)致循環(huán)機(jī)泄漏。 （ 2）反應(yīng)熱回收的方式及利用： 這涉及到廢熱鍋爐的熱量利用幾合成塔塔外換熱器如何科學(xué)設(shè)置的問(wèn)題，廢熱鍋爐的配置實(shí)際上是如何提高反應(yīng)熱的回收率和獲得高品位熱的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)選擇塔后換熱器及后置鍋爐的工藝路線，設(shè)置塔后換熱器使廢熱鍋爐出口氣體與合成塔二進(jìn)氣體換熱，充分提高合成塔二進(jìn)溫度，相應(yīng)提高了合成塔二出溫度，進(jìn)廢熱鍋爐的氣體溫度為 360 度，副產(chǎn) 帕的中壓蒸汽，充分提高回收熱量品位。 （ 3）采用“二進(jìn)二出”合成流程： 全部冷氣經(jīng)合成塔環(huán)隙后進(jìn)入熱交換器，可使合成塔體個(gè)點(diǎn)溫度分布均勻，出口氣體保持較低溫度，確保 合成塔長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，與循環(huán)機(jī)來(lái)的冷氣直接進(jìn)入熱交換器相比，使熱交換器出口溫度增大。進(jìn)入水冷的氣體溫度降低意味著合成余熱回收率高和水冷負(fù)荷低。 （ 4）水冷器、氨冷器的設(shè)置： 水冷后分離液氨再進(jìn)行冷交，氨冷有利于降低后續(xù)氨冷的負(fù)荷，邊冷卻邊分離液氨，即提高了液氨的分離效果，又避免了氣液兩相流的存在，通過(guò)設(shè)置兩氨冷器的冷凝充分解決了低壓下，水冷后很少有氨冷凝下來(lái)的矛盾，達(dá)到了進(jìn)一步冷卻，保證合成塔入口氨冷量的要求。 （ 5）補(bǔ)充氣及放空點(diǎn)位置設(shè)置： 補(bǔ)充氣設(shè)置在冷交的二次入口，以便減少系統(tǒng)阻力，并通過(guò)氨冷進(jìn)一步 洗脫微量二氧化碳和一氧化碳及氨基甲酸等雜質(zhì)，有利于保護(hù)觸媒防止管道和設(shè)備堵塞。放空點(diǎn)設(shè)置在冷交換器和氨分離器之間，氨分后有效氣體濃度較低，惰性氣體含量較高，有利于降低新鮮氣單耗。 （ 6）新型設(shè)備的使用： 離心式循環(huán)壓縮機(jī) 離心式循環(huán)壓縮機(jī)用于合成工段，能避免油污滲入循環(huán)氣，提高合成氣質(zhì)量，從而可不設(shè)油分離器降低能耗，對(duì)于本工段選用冷激式內(nèi)件，要求合成氣質(zhì)量較高，無(wú)油壓縮機(jī)更為合適，離心式循環(huán)壓縮機(jī)還具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，經(jīng) 蘇宜興化肥廠資料表明，無(wú)油壓縮機(jī)與注油壓縮機(jī)相比較平均使用壽命可延長(zhǎng)十倍。 冷交 換器 分離器為外向型旋流板，上部換熱器為列管換熱器和下部氨分離器，將熱氣體在進(jìn)入氨冷器前用冷氣體進(jìn)行冷卻換熱，以回收冷氣體的冷凍量，使入氨冷器的熱氣體預(yù)冷卻，從而節(jié)省冷凍量，同時(shí)分離經(jīng)氨冷后含氨混和氣中的液氨，安徽淮南化工公司發(fā)表與小氮肥雜志上的有關(guān)資料表明，該設(shè)備節(jié)能降耗顯著。 3三廢治理及環(huán)境保護(hù)： 放空氣弛放氣送氫回收系統(tǒng)，先用洗滌塔回收幾乎全部氨，制成濃氨水，再回收大部分氨送入高壓機(jī)壓縮后制氨既可以避免氨氣進(jìn)入大氣，與放空氣作燃料相比又更合理經(jīng)濟(jì)。 廢物集中處理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。 4生產(chǎn)制度： 每年操作日 330 天，三班連續(xù)操作。 第二章 原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格 （一） 原材料技術(shù)規(guī)格： 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 備注 成分 百分含量（摩爾） 1 精練氣 氫氣 氣 氣 0 甲烷 氣 二）液氨產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 備注 等級(jí) 組分 含量 1 液氨 一級(jí)品 氨 和油 液氨 二級(jí)品 氨 和油 三）氨水產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn) 備注 等級(jí) 組分 含量 1 農(nóng)業(yè)用 氨水 一級(jí)品 氨 20 部標(biāo) 二級(jí)品 氨 18 三級(jí)品 氨 15 2 工業(yè)用 氨水 一級(jí)品 氨 25 部標(biāo) 殘?jiān)?級(jí)品 氨 20 渣 級(jí)品 氨 20 殘?jiān)?三章 危險(xiǎn)性物料主要物性表 序號(hào) 名稱(chēng) 分子量 熔點(diǎn)（度） 沸點(diǎn)（度） 閃點(diǎn)（度） 燃點(diǎn)（度） 空氣中爆炸極限（ ） 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 備注 上限 下限 1 氨氣 30 2 氫氣 400 3 甲烷 184 190 650 第四章 流 程簡(jiǎn)述 由氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)送來(lái)的 35 45 的新鮮氣，與放空后經(jīng)冷交換器來(lái)的循環(huán)氣混合，而后溫度被降至 20 ，進(jìn)入氨冷器 。氣體管內(nèi)流動(dòng)，液氨在管外蒸發(fā)，由于氨大量蒸發(fā)吸收了混合氣的熱量，使管內(nèi)氣體進(jìn)一步被冷卻至 0 左右，為降低氨冷器 負(fù)荷，進(jìn)入 氨冷器 繼續(xù)冷卻至 左右，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用分離器將液氨分離，分離出的液氨進(jìn)入液氨貯罐，分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至 22 后出冷交換器，然后，氣體經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)，補(bǔ)充壓力至 15 兆帕，由合成塔的下部進(jìn)入層間換熱器， 移走第二絕熱床反應(yīng)熱，冷氣體升溫進(jìn)入第一絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，再入第一、二絕熱床空間（冷激器）由 185度左右的冷氣體作冷激氣原與出第一絕熱床的反應(yīng)氣體混合降溫到 385度左右，混合后氣體進(jìn)入第二絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨凈值升高，出第二絕熱床氣體進(jìn)入層間換熱器，移走熱量，使冷氣升溫，熱氣體降溫后進(jìn)入第三絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨含量增加到 ，再經(jīng)塔內(nèi)下?lián)Q熱器將熱量移走，后進(jìn)入沸熱鍋爐，副產(chǎn) 熱產(chǎn)生蒸汽后進(jìn)入循環(huán)器加熱器一次出塔氣體至 160 ，本身溫度降至 112 左右進(jìn)水冷器被冷卻產(chǎn)生部 分液氨，溫度降至 35 ，混合氣液進(jìn)氨分離器，分離液氨，分離的液氨去液氨罐貯存，出氨分離器的氣體則部分放空，放空氣去氫回收裝置，放空 后的循環(huán)氣經(jīng)冷交換器降溫至 17 與新鮮氣混合，繼續(xù)下一循環(huán)。液氨產(chǎn)品易蒸發(fā)，有強(qiáng)烈刺激性氣味，對(duì)人的消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)都造成傷害，與空氣混合后遇火會(huì)爆炸，應(yīng)密閉貯存，管道輸送，盡可能避免泄漏。 第五章 主要設(shè)備的選擇與計(jì)算 后） 合成塔內(nèi)件 合成塔的選擇主要是觸媒筐和塔內(nèi)換熱器，本著節(jié)約自身 的水電和冷凍量消耗同時(shí)提高氨合成反應(yīng)熱的回收品位和利用率本設(shè)計(jì)觸媒筐選用三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件。三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件有如下特點(diǎn)： 1）高效節(jié)能 冷激 凈值高； 2）生產(chǎn)能力大； 3）床層間復(fù)合換熱； 4）節(jié)約管材； 5）便于催化劑還原。 裝填 合成塔催化劑，此種催化劑具有良好的抗毒性能，低溫高活性，較好的熱穩(wěn)定性特點(diǎn)。 四川輕化工學(xué)院 工程名稱(chēng) 設(shè)備一覽表 編制 蔡愛(ài)民 編號(hào) 1 校核 第1 頁(yè) 共 1 頁(yè) 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 審核 序號(hào) 位號(hào) 設(shè)備名稱(chēng)及規(guī)格 圖號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 單位 數(shù)量 材料 技術(shù)特性表編號(hào) 備注 1 成 塔 臺(tái) 1 2 冷凝器 臺(tái) 1 16 3 冷凝器 臺(tái) 1 16 4 環(huán)加熱器 臺(tái) 1 1 5 熱鍋爐 臺(tái) 1 1 6 交換器 臺(tái) 1 16 7 冷器 臺(tái) 1 8 環(huán)壓縮機(jī) 臺(tái) 1 9 分離器 臺(tái) 1 16 10 罐 1 20 修改標(biāo)記 姓名 蔡愛(ài)民 日期 2002/6/03 第六章 原材料及動(dòng)力消耗 （一） 原材料消耗 序號(hào) 名稱(chēng) 消耗定額（每噸 氨） 消耗量 單位 備注 每小時(shí) 每年 1 新鮮補(bǔ)充氣 二）動(dòng)力消耗 序號(hào) 名稱(chēng) 消耗定額（每噸氨） 消耗量 單位 備注 每小時(shí) 每年 1 液氨 2 冷卻水 3 鍋爐給 水 4 電 W 注：消耗定額以每噸合格液氨產(chǎn)品計(jì) 第七章 生產(chǎn)分析及三廢排量 （一）生產(chǎn)控制分析方法 序號(hào) 取樣點(diǎn) 分析項(xiàng)目 分析方法 控制指標(biāo) 分析次數(shù) 1 合成塔二 次出口 氨氣 兩小時(shí)一次 氫氣 2=3 氮?dú)?（二）三廢排量 序號(hào) 1 2 3 名稱(chēng) 冷卻水 放空氣 廢污 溫度（度） 40 21 壓力， 除點(diǎn) 水冷量 氨分后 氨分離器，冷交換器 排放量 /H 114568有害物含量 體含量 2000放標(biāo)準(zhǔn) 處理意見(jiàn) 送涼水塔 回收利用 送水處 理 第八章 存在問(wèn)題和意見(jiàn) 催化劑的裝卸問(wèn)題 由于第二段反應(yīng)床與第三段反應(yīng)床采用中間換熱器，床層催化劑不能從頂部裝卸，為解決此問(wèn)題，建議在換熱器下面的筒體上開(kāi)一至二個(gè)裝卸孔。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)達(dá)到了鍛煉的目的，學(xué)會(huì)了用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)館查閱、收集、整理資料，并運(yùn)用工具書(shū)解決實(shí)際問(wèn)題，能夠在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立處理一些設(shè)計(jì)中遇到的困難，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)計(jì)算機(jī)編輯和繪圖功能的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。當(dāng)然設(shè)計(jì)中還存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)。這次設(shè)計(jì)的順利完成還得益于翁賢芬老師和其他老師、同學(xué)的大力支持，在此一并感謝。 第 九章 主要參考書(shū)目 物理化學(xué)（上、下）天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，高等教育出版社出版， 993 年 6 月第三版 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下）國(guó)家醫(yī)藥管理局編，化學(xué)工業(yè)出版社， 1986年 6 月第一版 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下），梅安華主編，化學(xué)工業(yè)出版社 化工工藝設(shè)計(jì)技術(shù)概論，揚(yáng)國(guó)榮編 小氮肥， 1998各期 化工設(shè)計(jì)通訊， 1990各期 化工計(jì)算，葛家華編 化工原理（上、下），天津大學(xué)化工原理教研室主編 合成氨，陳五平主編 化工熱力學(xué)，張聯(lián)科編 氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 理化數(shù)據(jù)，石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院編，石油化學(xué)工業(yè)出版社出版 第十章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 一、設(shè)計(jì)要求： 年工作日： 330 天；系統(tǒng)工作壓力： 15練氣組成（ ）： 2 成塔進(jìn)氣（ ）： r 15;出氣， 冷器出口溫度： 35 設(shè)計(jì)裕度： 10 二、工藝流程圖： 第二部分 物料計(jì)算和熱量計(jì)算 料計(jì)算： 合成塔 廢熱鍋爐 熱交換器 水冷器 氨分離器 冷交換器 循環(huán)機(jī) 氨冷器 氨冷器 液氨貯槽 新鮮氣 塔氨含量： ; 入塔甲烷含量： =； 入塔氫含量： 100-（ =； 入塔氬含量： =； 入塔氮含量： 100-（ = 入塔氣組分含量 （ ） r 2 小計(jì) 00 以 1000塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分， 由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量： 5(1+1000(1+塔氣量 : 塔氣量 生成氨含量 =塔氨含量： 出塔甲烷含量： 8)1000/= 出塔氨含量： 8)000/= 出塔氫含量： (1 =3/4(= 出塔氮含量： (= 出塔氣體組分含量（ ） r 2 小計(jì) 00 成率： 合成率 =2 = 1000( = 分離器氣液平衡計(jì)算： 已知氨分離器入口混合物組分 m(i) 計(jì) 35 ， P=組分平衡常數(shù)： （ V/L） =，帶入 Lx(i)=m(i)/ 1+(V/L)xK(i) =L(i): 1+(V/L)= 1+(V/L)=Ar= 1+(V/L)r =H2= 1+(V/L)=H2= 1+(V/L)= 總 = L( L( L( L( L( L(離氣體量： V=1 計(jì)算氣液比：（ V/L） =誤差 （ V/L） -（ V/L） /（ V/L） =（ =，結(jié)果合理從而可計(jì)算出液體中各組分含量： 體中氨含量： = 液體中氬含量： = 液體中甲烷含量： = 液體中氫含量： = 液體中氮含量： = 氨分離器出口液體含量 r 2 小計(jì) 離氣體組分含量： 氣體氨含量 ( = 氣體甲烷含量 (= 氣體氬含量 ( = 氣體氫含量 ( = 氣體氮含量 ( = 氨分離器出口氣體含量（ ） r 2 小計(jì) 冷交換器氣液平衡計(jì)算 ： 查 t=15 ,p=平衡常數(shù) 交換器出口液體組分含量： 出口液體甲烷含量 = 出口液體氨含量 = 出口液體氬含 量 = 出口液體氫含量 = 出口液體氮含量 = 冷交換器出口液體組分含量（ ） r 2 小計(jì) 液氨貯槽氣液平衡計(jì)算： 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合 后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣 ;兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù) . G =（ 1+x( )/( x(1- ) =(1+x（ / （ x（ = 水冷后分離液氨占總量的 冷交，氨冷后分離液氨占總量的 . 液氨 貯槽入口 1體計(jì)算為準(zhǔn)，即 入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(15)16 G x 15i+(1- G )15i+16i 混合后入口氨含量： 848+合后入口甲烷含量 :057+合后入口氬含量 :0053=合后入口氫含量： 064+合后入口氮含量： 024+氨 貯槽入口液體含量 計(jì) 熱 t=17 平衡計(jì)算得，平衡常數(shù) P=70 540 575 620 根據(jù)氣液平衡 L(i)=m(0i)/1+(V/L)xk(i),設(shè) (V/L)=入上式得 : 出口液體氨含量：(1+(V/L)1+口液體甲烷含量： 1+(V/L)= 1+口液體氬含量： r/ 1+(V/L)=1+口液體氫氣含量： 1+(V/L)=1+口液體氮?dú)夂浚?1+(V/L)=1+(總 )=V/L) =V/L=差 ( 當(dāng) V/L= V=1 )=V/L) =V/L=差 (= 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： = 出口液體甲烷含量： = 出口液體氬含量： = 出口液體氫氣含量： = 出口液體氮?dú)夂浚?= 液氨貯槽出口液氨組分（ ） r 2 小計(jì) 口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： V=( 放氣甲烷含量： V=( 弛放氣氬含量： V=(= 弛放氣氫氣含量： V=( 弛放氣氮?dú)夂浚?V=(= 出口弛放氣組分含量 r 2 小計(jì) 液氨貯槽物料計(jì)算： 以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量L(19)=其中 L(19L(199= L(19L(199= L(19L(19Ar)9= L(19L(19H2)9= L(19L(19N2)9=液氨貯槽出口弛放氣（ V/L） =(20)=9)=其中 V(20V(20 y( 20=V(20V(20 y( 20=V(20V(20 y( 20=(20V(20 y( 20=V(20V(20 y( 20=液氨貯槽出口總物料 =L(19)+ V(20)=液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料 =出槽總物料， L(21)=L(19)+V(20)=入口液體各組分含量 計(jì)算 :L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 L(21 L(21 L(21 L(21 L(21入口液體中組分含量核算 ,由 m(0i)=L(21i)/L(21): 入口液體中氨含量 m(0= 入口液體中甲烷含量 m(0 = 入口液體中氬含量 m(0 = 入口液體中氫氣含量 m(0 = 入口液體中氮?dú)夂?m(0 = 入口液體中組分含量 m(0i) M(0i) 成系統(tǒng)物料計(jì)算 : 將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充 氣補(bǔ) 離開(kāi)該系統(tǒng)的物料有放空氣 液氨貯槽弛放 V 弛 ，產(chǎn)平液氨 L 氨 由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表： 名稱(chēng) r 2 氣量 補(bǔ)充氣 補(bǔ) 放空氣 放 弛放氣 氨 0141 塔氣 入 出塔氣 出 根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求 V 補(bǔ) ,V 放 ,V 入 ,V 出 ： 循環(huán)回路中氫平衡： V 補(bǔ) =V 放 V 弛 +3/2V 放 +3/2V 弛 循環(huán)回路中氮平衡 :V 補(bǔ) =V 放 V 弛 +1/2V 放 +1/2V 弛 +1/2 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 : V 補(bǔ) ( + )= 弛 ( + )+V 弛 ( + ) V 補(bǔ) (V 放( 補(bǔ) = 放 + 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 :V 出 =V 放 y 放 +V 弛 y + = + x 循環(huán)回路中總物料體平衡 : V 入 =V 出 + V 補(bǔ) - V 放 - V 弛 - + 聯(lián)立 各式解得： V 放 = V 補(bǔ) =2917.8 V 出 = V 入 = 合成塔物料計(jì)算： 入塔物料： 5=x =x =r x =2 x =2 x =成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器，冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料 即 5=7=塔物料 x = x =r x =2 x =2 x =成塔生成氨含量： 8熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。 即 9=0 水冷器物料計(jì)算：