合成氨合成工段课程设计说明书

太原理工大学

前言

《化工设计》课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、各类塔结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。

本设计就合成车间的工艺生产流程，着重介绍化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验。本说明书主要确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专业等内容。在全面介绍化工设计的基础知识上，重点阐述工艺流程设计、物料和能量衡算及车间布置等内容，并结合工艺计算、工程经济，力求体现当今化工设计的水平。

合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温条件下来制得氨气。

本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。

摘要

合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温条件下来制得氨气。本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。

[关键词]：半水煤气合成法合成塔催化剂

目录

符号说明 (7)

第一章总论 (8)

1.1 概述 (8)

1.2 氨的性质 (8)

1.2.1 氨的物理性质 (8)

1.2.2 氨的化学性质 (9)

1.3 原料气来源 (9)

1.4 文献综述 (10)

1.4.1 合成氨工业的发展 (10)

1.4.2 合成氨工业的现状 (11)

1.4.3 合成氨工业的发展趋势 (11)

1.5 设计任务的项目来源 (12)

第二章流程方案的确定 (12)

2.1 生产原理 (12)

2.2 各生产方法及特点 (12)

2.3 工艺流程的选择 (14)

2.4 合成塔进口气的组成 (16)

第三章工艺流程简述 (17)

3.1 合成工段工艺流程简述 (17)

3.2 工艺流程方框图 (18)

第四章工艺计算 (19)

4.1 物料衡算： (19)

4.1.1设计要求： (19)

4.1.2计算物料点流程图： (19)

4.1.3合成塔入口气组分： (20)

4.1.4合成塔出口气组分： (21)

4.1.6氨分离器气液平衡计算： (22)

4.1.7冷交换器气液平衡计算： (24)

4.1.8液氨贮槽气液平衡计算： (25)

4.1.9液氨贮槽物料计算： (28)

4.1.10合成系统物料计算: (29)

4.1.11合成塔物料计算： (31)

4.1.12水冷器物料计算： (32)

4.1.13氨分离器物料计算： (33)

4.1.14冷交换器物料计算： (33)

4.1.15氨冷器物料计算： (35)

4.1.16 冷交换器物料计算： (37)

4.1.17液氨贮槽物料计算: (39)

4.2 热量衡算： (42)

4.2.1冷交换器热量计算： (42)

4.2.2氨冷凝器热量衡算： (45)

4.2.3循环机热量计算： (48)

4.2.4合成塔热量衡算： (50)

4.2.5废热锅炉热量计算： (52)

4.2.6热交换器热量计算： (54)

4.2.7水冷器热量衡算： (55)

4.2.8氨分离器热量核算： (57)

第五章设备选型及设计计算 (59)

5.1 合成塔催化剂层设计： (59)

5.2 废热锅炉设备工艺计算： (61)

5.2.1计算条件 (61)

5.2.2管内给热系数的计算 (61)

5.2.3管外给热系数 (65)

5.2.4传热总系数K (65)

5.2.5传热温差 (65)

5.2.6传热面积 (66)

5.3 热交换器设备工艺计算: (66)

5.3.1计算条件 (66)

5.3.2管内给热系数的计算 (67)

5.3.3管外给热系数 (69)

5.3.4总传热系数 (73)

5.3.5传热面积核算 (73)

5.4 水冷器设备工艺计算： (74)

5.4.1计算条件 (74)

5.4.2管内给热系数的计算 (74)

5.4.3管外给热系数 (76)

5.4.4传热温差 (77)

5.4.5传热总系数K (77)

5.5 氨冷器设备工艺计算: (78)

5.5.1计算条件 (78)

5.5.2管内给热系数的计算 (78)

5.5.4传热总系数K (82)

5.5.5传热温差 (82)

5.5.6传热面积 (82)

第六章车间布置 (84)

第七章“三废”治理及综合利用 (85)

7.1 “三废”的产生及污染 (85)