天然氣合成氨20萬(wàn)噸合成工段設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)(更新版)

　　

【正文】 導(dǎo)熱系數(shù) (6) 氣體粘度 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》（理化數(shù)據(jù)）圖122,23,25,30,31各組分氣體在壓力下的粘度表554 氣體粘度表NH3CH4ArH2N211 Kg/()高壓下含氨混合氣體的粘度 (7)雷諾準(zhǔn)數(shù)設(shè)取管內(nèi)流速 密度 (8) 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 管內(nèi)給熱系數(shù) 式中F氨冷器的換熱面積，用試差法計(jì)算設(shè) 設(shè)管內(nèi)污垢系數(shù) 無(wú)縫鋼管導(dǎo)熱系數(shù) 總傳熱系數(shù)與假定面積相符合 取管數(shù)根 管長(zhǎng) U型管) 表56 工藝設(shè)備選型匯總表合成塔外殼公稱直徑壓力外殼高度空重容積內(nèi)件內(nèi)件規(guī)格形式公稱直徑型式三段絕熱冷激—間接換熱式凈空高觸媒裝填量下部換熱器型式列管式 電加熱器功率塔內(nèi)熱電偶規(guī)格嵌裝式K型測(cè)溫范圍電偶直徑數(shù)量3組共20點(diǎn)廢熱鍋爐型式臥式U型換熱管換熱管數(shù)量根換熱管長(zhǎng)度L=換熱管規(guī)格換熱面積熱交換器型式列管式換熱器換熱管數(shù)量根換熱管長(zhǎng)度換熱管規(guī)格無(wú)縫鋼管換熱面積水冷器型式淋灑式排管冷卻器換熱管列數(shù)根直管長(zhǎng)度換熱管規(guī)格換熱面積氨冷器型式立式氨冷器換熱管數(shù)量根換熱管長(zhǎng)度換熱管規(guī)格換熱面積第六章 車間布置車間布置是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，既要符合工藝要求，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，合理布局。2． 設(shè)備布置設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的大部分設(shè)備由于沒(méi)有特殊要求，因而可露天布置，露天布置設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 可節(jié)約建筑面積，節(jié)省基建投資（2） 可節(jié)約土建工程量，加快基建速度（3） 有利于化工生產(chǎn)的防水，防爆和防毒，對(duì)廠房的擴(kuò)建改建具有較大的靈活性。大量的工業(yè)廢氣排入大氣，必然使大氣環(huán)境質(zhì)量下降，危害人類健康和造成經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)中國(guó)十個(gè)城市統(tǒng)計(jì)，呼吸道疾病的患病率在工業(yè)重污染地區(qū)為30％～70％，而輕污染區(qū)只有它的一半。其危害表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。廢水污染對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)備和農(nóng)作物的危害是同樣嚴(yán)重的。生產(chǎn)過(guò)程中的氨氣、硫化氫、甲醛等氣體通過(guò)使設(shè)備密封，使用液體石蠟與空氣隔離等措施，防止其溢出，基本做到不超標(biāo)。首先設(shè)計(jì)開(kāi)始要做好充分的準(zhǔn)備工作，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱與工藝路線和重點(diǎn)設(shè)備相關(guān)的文獻(xiàn)資料及手冊(cè)。我不僅學(xué)到了新知識(shí)，也對(duì)專業(yè)課程中所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了鞏固。作為一個(gè)化工人，我一定要樹(shù)立起實(shí)事求是、認(rèn)真負(fù)責(zé)以及與他人合作的工作作風(fēng)。化工計(jì)算首先要清楚設(shè)計(jì)的思路，只有思路清晰、方法正確、謹(jǐn)慎悉心才能及時(shí)高效完成任務(wù)。爐渣和煤渣可用于鋪路、作建筑保溫材料(3)噪聲。放射性廢渣進(jìn)入土壤后，通過(guò)雨水和幫助而進(jìn)入水體，造成污染。一類是水體受到致病微生物的污染，滋生病毒菌，從而引傳染病的蔓延；另一類是水中含有有毒物質(zhì)引起人的中毒癥狀發(fā)生。(3)物質(zhì)材料破壞 廢氣中的二氧化硫、氮氧化物、各種有機(jī)物等不僅直接腐蝕建筑物、橋梁和機(jī)械設(shè)備，而且衍生的二次污染物光化學(xué)氧化劑、酸雨等污染物能對(duì)這些物質(zhì)材料產(chǎn)生更大的破壞作用。工業(yè)廢氣造成的危害表現(xiàn)在以下五個(gè)方面，即人體健康危害、居民生活費(fèi)增加、物質(zhì)材料破壞、農(nóng)林水產(chǎn)損失擴(kuò)全球環(huán)境影響。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)污染的治理越來(lái)越引起人勻的廣泛注意。車間布置是指對(duì)車間各基本工段、輔助工段、生產(chǎn)服務(wù)部門(mén)、設(shè)施、設(shè)備、倉(cāng)庫(kù)、通道等在空間和平面上的相互位置的統(tǒng)籌安排。（5）熱交換器熱負(fù)荷表427 熱交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）冷氣帶入熱量 Q6冷氣帶入熱量 Q7熱氣帶入熱量 Q9熱氣帶出熱量 Q10小 計(jì)小 計(jì)由題意知水冷器出口溫度 ，設(shè)氣體先冷卻至35℃后氨再冷凝（1）熱氣帶入熱量 Q10 由熱交換器熱平衡計(jì)算 （2）氨冷凝熱 查 《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》 1011得：氨冷凝熱。其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 計(jì)算誤差校核氨分離器液氨百分?jǐn)?shù)氨分離器液氨百分?jǐn)?shù)：冷交換器分離液氨百分?jǐn)?shù)：計(jì)算誤差進(jìn)槽物料：氨分離器入槽液體 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 冷交換器入槽液體 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 入槽混合物料 各組分物料含量： 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 百分含量 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 出槽物料：液氨貯槽出口弛放氣 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 出口液氨總物料 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量：其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 液氨產(chǎn)量核算: 物料衡算匯總表見(jiàn)附錄 熱量衡算冷交換器Q3Q2Q17Q16Q14圖421 冷交換器熱量計(jì)算示意圖 （1）熱氣進(jìn)口溫度，冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器體出口溫度，由題意知 。 。循環(huán)機(jī)位于水冷器和氨冷器之間，適用于有油潤(rùn)滑往復(fù)式壓縮機(jī)。然后氣體分兩股進(jìn)入合成塔，一股主線經(jīng)主閥由塔頂進(jìn)入塔內(nèi)環(huán)隙，另一股副線經(jīng)副閥從倒塔底進(jìn)入塔內(nèi)中心管，以調(diào)節(jié)催化劑床層溫度。壓力高，氨合成反應(yīng)速度快，進(jìn)口氨含量可適當(dāng)控制高一些；壓力低，為保持一定的反應(yīng)速度，進(jìn)口氨含量可適當(dāng)控制低一些。相反，則要控制低一些。(2) 惰性氣體在混合氣體中含有甲烷和氬氣等，統(tǒng)稱為惰性氣體。本設(shè)計(jì)采用冷凝法。同時(shí)，單位循環(huán)氣量的產(chǎn)氨量減少。新的催化劑因活性比較高，可采用較低的溫度。為了提高反應(yīng)速率，必須使用催化劑才能實(shí)現(xiàn)氨合成反應(yīng)。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加，合成氨凈值增高，單位氨所需要的循環(huán)氣量減少，因而循環(huán)氣壓縮功減少，同時(shí)壓力高也有利于氨的分離，在較高氣溫下，氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。本設(shè)計(jì)采用中壓法，操作壓力為32 MPa。由于壓力高，一般用水冷的方法氣體中的氨就能得到完全的分離，而不需要氨冷。 各生產(chǎn)方法及特點(diǎn)合成氨的生產(chǎn)主要包括三個(gè)步驟 ：第一步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；第二步是凈化，不論選擇什么原料，用什么方法造氣，都必須對(duì)原料氣進(jìn)行凈化處理，以除去氫、氮以外的雜質(zhì)；第三步是壓縮和合成，將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下合成為氨。其產(chǎn)品集中度達(dá)到50%，并形成35家在國(guó)際上有一定影響的大型企業(yè)集團(tuán)。在氮肥行業(yè)，要推廣新型煤氣化技術(shù)，包括粉煤氣化、水煤漿氣化技術(shù)等；新型凈化技術(shù)，如低溫變換、低溫甲醇洗MDEA等凈化技術(shù)；新型氨合成塔及大型低壓合成的成套技術(shù)和裝備。目前，國(guó)內(nèi)合成氨年生產(chǎn)能力30萬(wàn)噸以上的大型企業(yè)有26家，合成氨年生產(chǎn)能力10萬(wàn)噸以上的中型企業(yè)有100多家，其他還有800多家小氮肥廠也生產(chǎn)約占總量60%的合成氨?；旌厦簹猓阂钥諝夂瓦m量的水蒸氣為汽化劑制取的煤氣，一般作燃料用。 原料氣來(lái)源原料氣主要有兩部分：氮?dú)狻錃?。氨水在溶解時(shí)放出大量熱。由氨制成的硝酸，是各種炸藥和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各種炸藥。大氣中存在有大量的氮，在空氣中氨占78％（體積分?jǐn)?shù)）以上，它是以游離狀態(tài)存在的。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氫合成為氨，再進(jìn)一步制成化學(xué)肥料或用于其它工業(yè)。在石油煉制、橡膠工業(yè)、冶金工業(yè)和機(jī)械加工等部門(mén)以及輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)部門(mén)中，氨及其加工產(chǎn)品都是不可缺少的。液氨為無(wú)色液體，氣化時(shí)吸收大量的熱。在氣化過(guò)程中所使用的空氣、水蒸氣或富氧空氣水蒸氣混合氣等稱為汽化劑。本設(shè)計(jì)采用半水煤氣，半水煤氣經(jīng)過(guò)凈化后得到純凈的氫氣，再配制適量的氮?dú)?，成為合成氨的原料氣，其中含有氮?dú)?、氫氣、以及惰性氣體甲烷和氬。而我國(guó)氮肥原料以煤為主，天然氣僅占20%，我國(guó)氮肥行業(yè)急需解決采用成熟的粉煤氣化技術(shù)，以本地粉煤代替無(wú)煙塊煤。②節(jié)能和降耗。希望通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生可以較好地把理論學(xué)習(xí)中的分散知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際生產(chǎn)操作有機(jī)結(jié)合起來(lái)，得到較為合理的設(shè)計(jì)成果，達(dá)到課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練的目的，提高學(xué)生分析和解決化工實(shí)際問(wèn)題的能力。采用活性強(qiáng)的亞鐵氰化物作催化劑，但它對(duì)毒物很敏感，所以對(duì)氣體中的雜質(zhì)（CO、CO2）要求十分嚴(yán)格。高壓法管理比較復(fù)雜，特別是由于合成率高，催化劑層內(nèi)的反應(yīng)熱不易排除而使催化劑長(zhǎng)期處于高溫下操作，容易失去活性。(1) 最適宜的操作壓力 氨合成反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，提高壓力有利于反應(yīng)平衡向右移動(dòng)。所以要根據(jù)能量消耗、原料費(fèi)用、設(shè)備投資等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果來(lái)選擇操作壓力。反應(yīng)溫度不能低于活性溫度，在活性溫度范圍內(nèi)選用較低溫度，也有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。(3) 空間速度 空間速度反映氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短。 綜合以上各方面的考慮，空間速度的增加是有限度的。～ MPa，此時(shí)，冷凝過(guò)程中溶解在液氨中的氫、氮及惰性氣體大部分可減壓釋放出來(lái)，即弛放氣。 惰性氣體來(lái)源于新鮮氣，隨著合成反應(yīng)的進(jìn)行，它們不參與反應(yīng)而在系統(tǒng)中積累，這樣合成系統(tǒng)中惰性氣體越來(lái)越多，為了提高氨的合成率，必須不斷在循環(huán)氣中將它們排放出去。(3) 塔進(jìn)口氨含量 進(jìn)塔氣體中氨的含量，主要決定于氨分離時(shí)的冷凝溫度和分離效率。% 。為降低惰性氣體含量，保持循環(huán)系統(tǒng)中一定量的惰性氣體，循環(huán)氣岀氨分離器后部分放空，然后進(jìn)循環(huán)機(jī)增壓后送往油分離器，從而完成一個(gè)循環(huán)。查 , 的平衡常數(shù)：表418 平衡常數(shù)表27517580冷交換器出口液體組分含量：出口液體氨含量 出口液體甲烷含量 出口液體氬含量 出口液體氫含量 出口液體氮含量 表419 冷交換器出口液體組分含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100圖412 液氨貯槽氣液平衡圖液氨儲(chǔ)槽L19L16L15V20L21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。取過(guò)飽和度 ，故 ?；旌虾蟀蠢錃馊肟跓釟鉁囟?（6）氣體帶出熱量 和 由冷交換器熱量計(jì)算 （7）氣體中液氨帶出熱量 （8）液氨蒸發(fā)吸熱 （9）需冷凍量 查液氨，液氨，所以： ， 表422 氨冷器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）氣體帶入熱量氣體帶出熱量液氨帶入熱量液氨帶出熱量氣體中氨冷凝熱冷凍量新鮮氣帶入熱小 計(jì)小 計(jì)（1）由《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》表111查的絕熱指數(shù)如下表：表423 絕熱指數(shù)表組分H2N2ArCH4NH3Ki.由公式 ∴ 由前已知 代入上式得：（2）氣體帶入熱量 （3）壓縮功 又 式中 將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功的計(jì)算式得： 壓縮功 (4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得： ∵ 由 查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖1519比熱容壓力校正圖，誤差 則計(jì)算正確。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合成塔的催化劑層設(shè)計(jì)，依據(jù)已給定參數(shù)設(shè)計(jì)確定催化劑用量及幾何尺寸等工藝參數(shù)，然后再按照一定的操作條件確定催化劑床層溫度、濃度和產(chǎn)量。 本設(shè)計(jì)的車間的平面布置要根據(jù)工廠的生產(chǎn)大綱和車間分工表、生產(chǎn)流程、工藝路線、生產(chǎn)組織形式、機(jī)器設(shè)備和起重運(yùn)輸設(shè)備的種類、型號(hào)、數(shù)量等多方面因素共同確定。因此，解決工業(yè)“三廢”污染的任務(wù)還相當(dāng)艱巨。慢性危害是大氣污染物在直接或間接的長(zhǎng)期作用下對(duì)人體健康造成的危害。據(jù)1985年估算，僅二氧化硫和氟化物污染這兩項(xiàng)，全國(guó)每年約損失20億元。懸浮物中的有機(jī)物還會(huì)腐敗分解，發(fā)出難聞的氣味，使水體出現(xiàn)渾濁，發(fā)黑發(fā)臭，成為蚊蠅孳生的產(chǎn)所，危害水質(zhì)和周圍環(huán)境。同時(shí)，在運(yùn)輸與處理的過(guò)程中，產(chǎn)生的有害氣體和粉塵也是十分嚴(yán)重的。國(guó)內(nèi)主要有七種方法來(lái)解決：①?gòu)U液提取單細(xì)胞蛋白；②廢液生產(chǎn)飼料酵母；③厭氧好氧二段生物處理；④廢液制造有機(jī)肥料；⑤廢液制造殺菌劑和植物生長(zhǎng)劑；⑥深井曝氣、生物轉(zhuǎn)盤(pán)及氧化塘法；⑦加強(qiáng)企業(yè)管理，改進(jìn)工藝，提高水循環(huán)的利用率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也認(rèn)識(shí)到了自身的不足，原有知識(shí)儲(chǔ)備不足，也不夠牢固，在知識(shí)應(yīng)用方面仍然比較