1、新疆大学毕业论文（设计） 1 新疆大学毕业论文 (设计 ) 题 目 :大型氨厂凯洛格工艺氨合成工序工艺设计计算 指导老师 : 李惠萍 副教授 学生姓名： 妥小飞 所属院系： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级 ： 化工 09-1 完成日期 ： 2013 年 5 月 26 日 论文声明 新疆大学毕业论文（设计） 2 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人
2、承担。 学位论文作者签名： 日期： 2013 年 5 月 26 日 新疆大学毕业论文（设计） 3 摘要： 氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有 重要地位。液氨可直接作为农业肥料。 合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到 1 亿吨以上，其中约有 80%的氨用来生产化学肥料， 20%作为其它化工产品的原料。 合成氨生产装置是我国化肥生产的基础，对目前我国化肥行业状况，只有进一步稳定生产降低能 耗，才能降低成本，增加效益。而实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。 这篇论文主要推算了大型氨厂凯洛格工艺工序设计，主要进行了主要反应器的物料衡算、热量衡算；还对氨
3、回收装置 -吸收塔进行了计算。 关键字 ： 氨合成；物料衡算；热量衡算；吸收 新疆大学毕业论文（设计） 4 SUMMARY Ammonia is one of important inorganic chemical products and synthetic ammonia industry occupies an important position in national economy. Liquid ammonia can be directly as a fertilizer .Synthetic ammonia is one of the bulk chemical produ
4、cts. The synthetic ammonia production has reached more than 100 million tons per year. About 80% of the ammonia used to produce chemical fertilizer, 20% as a feedstock for other chemical products. Ammonia production unit is the basis for the production of fertilizer in China. On the current situatio
5、n of fertilizer industry, Only further stabilize production to reduce energy consumption in order to reduce costs, increase efficiency. This paper mainly derived Kellogg process large ammonia plant process design, mainly for the main reactor material balance, heat balance; also absorber were calcula
6、ted. Keyword： ammonia ； material balance； heat balance； absorb 新疆大学毕业论文（设计） 5 新 疆 大 学 毕业论文（设计）任务书 班 级： 化工 09-1 姓 名： 妥小飞 论文（设计）题目： 大型氨厂凯洛格工艺氨合成工序工艺设计计算 专 题： 要求完成的内容： 1. 查阅、收集、学习相关文献资料，完成合成氨生产综述。 2. 合成工段物料衡算及部分设备热量衡算。 3. 氨回收吸收塔工艺设计 4. 绘制合成工 段工艺流程图一张、吸收塔设备示意图一张。 5. 完成指定的英文资料译文任务 发题日期： 2012年 12月 10日 完成日
7、期： 2013年 5 月 26日 实习实训单位： 地点： 论文页数： 页； 图纸张数： 2 指导教师 ： 李惠萍 教研室主任 ： 李惠萍 院 长 ： 王吉德 新疆大学毕业论文（设计） 6 设计条件 一、物料衡算 1.操作压力 P=20MPa 2.气体组成 组成（ %） 2H 2N 4CH Ar 3NH 入塔气 62.695 20.688 9.314 4.692 2.584 新鲜气 74.034 24.679 0.887 0.401 - 出塔气氨含量： 17.144% 3.操作温度： （ 1）新鲜气温度 38 压缩机三段出口温度 66.5 压缩机循环段入口温度 25 压缩机循环段出口温度 37.
8、5 （ 2）入塔工艺温度 141 （ 3）入“水冷”工艺气温度 52 （ 4）出“水冷”工艺气温度 33 （ 5）出 “第氨冷”工艺气温度 10 （ 6）出“第氨冷”工艺气温度 -6.9 （ 7）入“第氨冷”工艺气温度 6.9 （ 8）出“第氨冷”工艺气温度 -12 （ 11）进“进出口换 热器（压缩机出来股）” 工艺气温 35.5 （ 12）进“进出口换热器（合成塔出来股）”工艺气温度 141 （ 13）出“压缩机低压段”工艺气温度 66.5 入塔气量 初设： 23631.96kmol/h 二、热量衡算 以物料衡算结果为基础，其余已知条件： 操作温度： （ 1）第一氨冷：入液氨 20， 蒸发
9、至 0.34MPa (2) 第二氨冷：入液氨 0， 蒸发至 0.21MPa （ 3）第三氨冷：入液氨 -18， 蒸发至 0.12MPa 三、氨回收装置 新疆大学毕业论文（设计） 7 1. 吸收塔进气 组成（ %） 2H 2N 4CH Ar 3NH 自 107-F 来闪蒸气 38.558 15.625 20.653 5.458 19.676 自 126-C 来不凝气 14.877 8.911 39.499 4.843 31.871 来自 107-F的气量 =32.22kmol/h 来自 126-C的气量 =5.74kmol/h 2. 吸收剂 ： 含 3 0.01%NH （质量）的水溶液，用量 9
10、00.00kg/h 3. 吸收率 ： =98% 4. 操作压力 1.8MPa 5. 操作温度 62 新疆大学毕业论文（设计） 8 目录 第一章、合成氨工艺综述 . 1 第二章、物料衡算 . 5 2.1 合成塔物料衡算 . 5 2.2 系统物料衡算 . 7 2.3 合成塔放空气计算 . 8 2.4 水冷器物料衡算 . 10 2.5 第一氨冷器物料衡算 . 13 2.6 第二氨冷器物料衡算 . 15 2.7 第三氨冷器的物料衡算 . 17 2.8 物料衡算校核 . 19 2.9 物料衡算结果汇总 . 20 第三章、热量衡算 .21 3.1 第一氨冷器热量衡算 . 21 3.2 第二氨冷器热量衡算
11、. 22 3.3 第三氨冷器热量衡算 . 23 3.4 热量衡算结果汇总表 . 23 第四章、吸收塔 设计 .24 4.1 填料及吸收剂的选择 . 24 4.2 工艺计算 . 24 4.2.1 吸收塔物料衡算 . 24 4.2.2 塔径的计算 . 25 4.2.3 填料层的计算 . 26 4.2 填料塔压降的计算 . 28 4.3 设计汇总 . 28 参考文献 .29 致谢 .30新疆大学毕业论文（设计） 1 第 一 章 、 合成氨工艺综述 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。合成氨工业诞生于本世纪之初，在六十年代的合成氨厂大型化是其发展史上一次重大的改革。在五十年代里，
12、最大的合成氨装置日产量不过二三百吨。 1963 年世界上出现了第一个采用离心式合成气压缩机的合成氨厂，日产 600 吨（年产量 20 万吨）。大型氨厂一出现就显示出它有投资省、成本低、占地少，劳动生产率高等种种优越性。 1966 年建成了日产 1000 吨的合成氨厂（年产 30万吨）， 1972 年建成了 日产 1500 吨的合成氨厂（年产量 50万吨）。随着合成氨需求量的急剧增长，在世界各地都出现了一批这样的大型氨厂。现大型氨厂的产量占世界合成氨总产量的一半以上，而且其比重还在逐年上升。氨本身是重要的氮素肥料，除石灰氮外，其他氮素都是先合成氨，然后加工成各种铵盐和尿素。将氨氧化制成硝酸，不仅
13、可以制造尿素，也是重要的化工原料，可制成炸药。氨、尿素和硝酸又是氨基树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素等高分子化合物的原料。以其为原料可制的塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品。作为生产氨的原料 co+h2 合成气，可进行综合利用，以联 合甲醇及羰基合成甲酸、醋酸、酸酐等一系列碳一化工产品。物尽其用减少对环境的污染、提高企业的经济效益，已成为当今合成氨工业发展方向。全球对氨的需求，随着农作物增产的需求和环境绿化面积的扩大而不断增加。 现代大型氨厂具有一下几个共同的特点。 1、生产能力大。一般所谓的大型氨厂指日产量 600 至 1500 吨或更高的的合成氨装置。 2、单系列生产。每种机器或设备基本上都
14、是只有一台，除个别的备用泵以外，一般都没有并联的或备用的机器、设备。这样就大大节省了投资，简化了流程。 3、采用高速回转的离心式压缩机代替原来的往复式压 缩机，并用厂内自产蒸汽推动透平，与离心式压缩机直接相连。这样的机组生产能力大，占地面积小，投资小，检修也方便。 4、具有一套完整的热回收系统，把工艺过程中的余热充分利用起来，产生高压蒸汽，即提供了各种转动设备所需要的动力（用蒸汽透平直接带动，或利用蒸汽透平发电），又做为工艺蒸汽和加热媒介。这样就大大减少了外供电耗，大幅度降低了产品成本，并且可以减少守外界电力供应波动的影响。 5、整个装置的各个工序构成一个有机的整体，不能像过去那样分成几个互相
15、独立的车间或工段。任何一个局部地区的变化都影响到全局，再加上设备 是单系列的，每一部门的事故均可能导致全厂停车。因此，大型氨厂对于操作人员的管理水平和责任心，以及生产控制的自动化程度，都提出了更高的要求。 6、大型氨厂每天消耗的原材料和制成的产品数量都是很大的数字，从原料新疆大学毕业论文（设计） 2 供应到产品的运输和销售都必须彼此协调。特别还要提出的是，大型氨厂如不在满负荷下操作，消耗指标将大大上升，甚至根本无法继续生产。所以，如果由于某一环节的失调而造成全厂停产或减产，损失将是很大的。 我国合成氨工业在“大中小并举”的方针指导下，也兴建了一批日产千吨的大型氨厂并已陆续投产。开好管好这批工厂
16、 是化肥战线，尤其是大型氨厂全体人员的光荣任务。 我国化肥工业是从 1935 年从美国引进了一套硫酸铵生产装置开始，建成南京永利宁厂（现南化公司氮肥厂），次年在大连又引进一套硫酸铵生产装置 |（现大化公司化肥厂）， 2厂合成氨生产能力总和为 5000t。 新中国成立以后，党和国家十分关注粮食增长和化肥工业的发展， 20 世纪 50 年代初期已着手扩建解放前仅有的 2 家化肥厂。 从此我国化肥工业得到了迅速发展，到 70 年代末，我国建有中型化肥厂 56家、小型化肥厂 1572 家，到 80 年代末有发展了大型化肥厂 28家。目前，我国全国合成氨总 生产能力达到 5458 万 t。是解放初的 1
17、0916 倍。 我国开发了以煤（焦）为原料的全低温变换工艺；中温 低温变换工艺，中温 低温 低温变换工艺，以及适应的宽温区的耐硫变换催化剂。 气体净化方面：（一）、脱硫技术有湿法脱硫和干法脱硫。（二）、脱 CO2 技术：物理有碳酸丙烯酯法、加压水洗法、低温甲醇洗法、变压吸附法等。化学法有热钾碱加二乙醇胺、氨基甲酸、空间位阻胺等。其工艺有两段吸收、两段再生、蒸汽喷射再生、适应煤（焦）为原料的低供热源变压再生工艺等。气体精制即少量CO的清除。少量 CO 的清除除了传统的醋酸铜氨洗涤外 ，我国还开发了氨和甲醇联合生产技术（俗称联成）；甲醇化 甲烷化工艺（俗称双甲）；甲醇化 烃化工艺。 我国自行开发的
18、氨合成塔的结构形式多样，比较典型的是轴 径向中间换热式氨合成塔等。氨合成催化剂不经有传统的以 Fq04 为主体的催化剂，还开发了以 FeO 为主体的氨合成催化剂，也合成了含钴的氨合成催化剂、球形催化剂等。还成功开发了膜分离和变压吸附回收驰放气中的氢。 近年来，中氮厂在填平补齐、技术改造、设备更新和扩建、改良品种等方面迈出了新的步伐。曾甫、柳州、江西二话将扩建 6、 8 万吨合成氨，淮南等一批厂进行技术改造和填 平补齐。 当今世界技术革命深入发展，科学技术日新月异，科技更新进一步加快，经济发展从主要依靠物质资源逐渐向主要科学技术转化为生产力的时代过渡。经济效益已越来越要靠技术创新创造出来。我国百万合成氨工业科技工作者及生产大军，应对占世界人口 1/4 的中国，应用科学技术更好的发挥土地、资源、环境条件的作用，为人类丰衣足食绿化环境的美好生活。在合成氨工艺生产科学创造出
