毕业设计说明书题 目 年产15万吨液氨合成工段工艺设计系 别 材料与化学工程系专业班级 无机化工九八级一班学生指导教师 二零零二年六月三日目 录第一部分 说明书-3第一章 概 述-3第二章 原材料与产品主要技术规格-4第三章 危险性物料主要物性表-5第四章 生产原理与流程简述-5第五章 主要设备的选择与计算-5第六章 原材料与动力消耗-6第七章 生产分析与三废排量-7第八章 存在问题与建议-7第九章 主要参考书目-7第十章 工艺设计计算书-8第二部分 物料衡算和热量衡算-8第三部分 设备的选型与计算-27第四部分 带主要控制点的工艺流程图-46第一部分 说明书第一章 概 述1-1工段的概况与特点：1设计依据：本设计按照材化系下达设计任务书进行编制，参照鸿鹄化工总厂的现场生产，以与中国五环化学工程总公司（原化工部第四），和石油化工部化工的有关资料设计而成。2设计规模与特点：本工段生产液氨，生产能力为15万吨液氨/年，与传统流程相比较，具有节能低耗的特点，通过设计两个串联的氨冷器，在低压下，既减少了动力消耗，又保证了合成塔入口氨含量的要求；现具体起来如下：（1）循环机位置：本工段设置在氨分离系统后，合成塔之前，从而充分利用循环机压缩功，提高进合成塔温度，减少冷量消耗，降低氨冷器负荷，同时提高进塔压力，提高合成率，而进循环机的氨冷量较低，避免了塔后循环机流程容易带液氨而导致循环机泄漏。（2）反应热回收的方式与利用：这涉与到废热锅炉的热量利用几合成塔塔外换热器如何科学设置的问题，废热锅炉的配置实际上是如何提高反应热的回收率和获得高品位热的问题，本设计选择塔后换热器与后置锅炉的工艺路线，设置塔后换热器使废热锅炉出口气体与合成塔二进气体换热，充分提高合成塔二进温度，相应提高了合成塔二出温度，进废热锅炉的气体温度为360度，副产1.3兆帕的中压蒸汽，充分提高回收热量品位。（3）采用“二进二出”合成流程：全部冷气经合成塔环隙后进入热交换器，可使合成塔体个点温度分布均匀，出口气体保持较低温度，确保合成塔长期安全稳定运行，与循环机来的冷气直接进入热交换器相比，使热交换器出口温度增大。进入水冷的气体温度降低意味着合成余热回收率高和水冷负荷低。（4）水冷器、氨冷器的设置：水冷后分离液氨再进行冷交，氨冷有利于降低后续氨冷的负荷，边冷却边分离液氨，即提高了液氨的分离效果，又避免了气液两相流的存在，通过设置两氨冷器的冷凝充分解决了低压下，水冷后很少有氨冷凝下来的矛盾，达到了进一步冷却，保证合成塔入口氨冷量的要求。（5）补充气与放空点位置设置：补充气设置在冷交的二次入口，以便减少系统阻力，并通过氨冷进一步洗脱微量二氧化碳和一氧化碳与氨基甲酸等杂质，有利于保护触媒防止管道和设备堵塞。放空点设置在冷交换器和氨分离器之间，氨分后有效气体浓度较低，惰性气体含量较高，有利于降低新鲜气单耗。（6）新型设备的使用：离心式循环压缩机离心式循环压缩机用于合成工段，能避免油污渗入循环气，提高合成气质量，从而可不设油分离器降低能耗，对于本工段选用冷激式件，要求合成气质量较高，无油压缩机更为合适，离心式循环压缩机还具有运行时间长的特点，经宜兴化肥厂资料表明，无油压缩机与注油压缩机相比较平均使用寿命可延长十倍。冷交换器分离器为外向型旋流板，上部换热器为列管换热器和下部氨分离器，将热气体在进入氨冷器前用冷气体进行冷却换热，以回收冷气体的冷冻量，使入氨冷器的热气体预冷却，从而节省冷冻量，同时分离经氨冷后含氨混和气中的液氨，化工公司发表与小氮肥杂志上的有关资料表明，该设备节能降耗显著。3三废治理与环境保护：放空气弛放气送氢回收系统，先用洗涤塔回收几乎全部氨，制成浓氨水，再回收大部分氨送入高压机压缩后制氨既可以避免氨气进入大气，与放空气作燃料相比又更合理经济。废物集中处理达到国家排放标准后排放。4生产制度：每年操作日330天，三班连续操作。第二章 原材料与产品主要技术规格（一） 原材料技术规格：序号名称规格备注成分百分含量（摩尔）1精练气氢气72.76氮气25.92氨气0甲烷0.98氩气0.34 （二）液氨产品技术规格序号名称规格国家标准备注等级组分含量1液氨一级品氨99.8GB356-65水和油0.22液氨二级品氨99.5GB356-65水和油0.5 （三）氨水产品技术规格序号名称规格标准备注等级组分含量1农业用氨水一级品氨20部标HGI-88-64二级品氨18三级品氨152工业用氨水一级品氨25部标HGI-88-64残渣0.3二级品氨20残渣0.3三级品氨20残渣0.5 第三章 危险性物料主要物性表序号名称分子量熔点（度）沸点（度）闪点（度）燃点（度）空气中爆炸极限（）国家标准备注上限下限1氨气17.03-77.7-33.5651.2263027.415.7已2氢气2.016-259.8-252.840074.24.1甲3甲烷16.043-184-161.5-19065015.05.0甲第四章 流程简述 由氮氢气压缩机送来的3545的新鲜气，与放空后经冷交换器来的循环气混合，而后温度被降至20，进入氨冷器。气体管流动，液氨在管外蒸发，由于氨大量蒸发吸收了混合气的热量，使管气体进一步被冷却至0左右，为降低氨冷器负荷，进入氨冷器继续冷却至-15左右，出氨冷器后的气液混合物，在冷交换器的下部用分离器将液氨分离，分离出的液氨进入液氨贮罐，分氨后的循环气上升至上部换热器壳程被热气体加热至22后出冷交换器，然后，气体经循环压缩机，补充压力至15兆帕，由合成塔的下部进入层间换热器，移走第二绝热床反应热，冷气体升温进入第一绝热床进行合成反应，再入第一、二绝热床空间（冷激器）由185度左右的冷气体作冷激气原与出第一绝热床的反应气体混合降温到385度左右，混合后气体进入第二绝热床进行合成反应，气体氨净值升高，出第二绝热床气体进入层间换热器，移走热量，使冷气升温，热气体降温后进入第三绝热床进行合成反应，气体氨含量增加到16.5，再经塔下换热器将热量移走，后进入沸热锅炉，副产1.3Mpa蒸气。换热产生蒸汽后进入循环器加热器一次出塔气体至160，本身温度降至112左右进水冷器被冷却产生部分液氨，温度降至35，混合气液进氨分离器，分离液氨，分离的液氨去液氨罐贮存，出氨分离器的气体则部分放空，放空气去氢回收装置，放空后的循环气经冷交换器降温至17与新鲜气混合，继续下一循环。液氨产品易蒸发，有强烈刺激性气味，对人的消化系统和呼吸系统都造成伤害，与空气混合后遇火会爆炸，应密闭贮存，管道输送，尽可能避免泄漏。第五章 主要设备的选择与计算1.主要设备的选择计算见计算部分的设备选型2.设备一览表（见后）3.设备的选定说明：合成塔件合成塔的选择主要是触媒筐和塔换热器，本着节约自身的水电和冷冻量消耗同时提高氨合成反应热的回收品位和利用率本设计触媒筐选用三段绝热冷激间冷式件。三段绝热冷激间冷式件有如下特点：1）高效节能 冷激-间冷式件是托普索节能型氨合成塔件基础上开发的一种高效节能型件，氨净值高；2）生产能力大； 3）床层间复合换热；4）节约管材；5）便于催化剂还原。 装填A106型合成塔催化剂，此种催化剂具有良好的抗毒性能，低温高活性，较好的热稳定性特点。轻化工学院工程名称设备一览表编制蔡爱民编号1校核第1 页共1页设计项目审核序号位号设备名称与规格图号或标准号单位数量材料技术特性表编号备注1E0301合 成 塔台12C0301氨冷凝器台116MnR3C0302氨冷凝器台116MnR4C0303循环加热器台11Cr18NiTi5C0304沸热锅炉台11Cr18NiTi6C0305冷交换器台116MnR7C0306水冷器台18J0301循环压缩机台19F0301氨分离器台116MnR10F0302氨罐120MnMo修改标记蔡爱民日期2002/6/03第六章 原材料与动力消耗（一） 原材料消耗序号名称消耗定额（每吨氨）消耗量单位备注每小时每年1新鲜补充气2917.855260.2144.377x108m3（二）动力消耗序号名称消耗定额（每吨氨）消耗量单位备注每小时每年1液氨1316.22824928.0421.974x108m32冷却水48.426917.1407.264x106m33锅炉给水