合成氨合成工段工艺12

毕业论文（设计）

2012 届

题目合成氨合成工段工艺

专业

学生

学号

小组成员

指导教师

完成日期 2012-04-10

毕业论文（设计）任务书班级日期2012-04-10

1、论文（设计）题目：合成氨合成工段工艺

2、论文（设计）要求：

（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的容和工作量，最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。

（3）主题明确，思路清晰。

（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域的成果及其最新进展。（5）格式规，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。

（6）所有学生必须在月日之前交论文初稿。

3、论文（设计）日期：任务下达日期2011年12月10日

完成日期 2012 年 4 月 10日

4、指导教师签字：

毕业论文（设计）成绩评定

报告

毕业论文答辩及综合成绩

合成氨合成工段工艺

摘要：在氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，这部分约占30 %的比例,称之为“工业氨”。

世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变, 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性”的基本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发。

合成氨生产过程中，换热器应用十分广泛，主要用于热量的交换和回收。变换工段中主要涉及一氧化碳的转化和能量的回收利用，列管换热器在传热效率，紧凑性和金属耗量不及某些换热器，但它具有结构简单，坚固耐用，适用性强，制造材料广泛等独特优点，因而，在合成氨变换工段选择列管式换热器，而本设计主要对该换热器进行相关选计算。

关键词：氨，合成氨，反应热，氢气

目录

1绪论 (1)

1.1怎样固氮 (1)

1.2氨从实验室到工业生产 (1)

1.2.1艰难的探索 (1)

1.2.2哈伯终成正果 (1)

1.3氨工业化后的发展 (2)

2氨的合成 (3)

2.1原料气来源 (3)

2.1.1 煤气的生成 (3)

2.1.2天然气制氨 (3)

2.1.3重质油制氨 (4)

2.3氨合成反应的特点和催化剂 (4)

2.3.1氨合成反应的特点 (4)

2.3.2氨合成铁系催化剂 (4)

2.4最佳工艺条件的选择 (5)

2.4.1压力 (6)

2.4.2温度 (6)

2.4.3空间速度 (6)

2.4.4合成塔入口气体组成 (6)

2.5合成氨工艺流程 (6)

3工艺过程设计 (8)

3．1估算传热面积 (8)

3.1.1查取物行数据 (8)

3.1.2 热量衡算 (8)

3.1.3 确定换热器的材料和压力等级 (8)

3.1.4 流体通道的选择 (8)

3.1.5 计算传热温差 (8)

3.1.6 选K值，估算传热面积 (9)

3.1.7 初选换热器型号 (9)

3.2计算流体阻力 (10)

3.2.1 管程流体阻力 (10)

3.2.2 壳程流体阻力 (10)

3.3计算传热系数，校正传热面积 (11)

3.3.1 管程对流给热系数i (11)

3.3.2 壳程对流传热系数α0 (11)

3.3.3 计算传热系数 (11)

3.3.4 计算传热面积 (12)

4节能措施 (14)

5世界合成氨工业近期进展及前景展望 (15)

6总结 (17)

参考文献 (18)

致 (19)

1绪论

1.1怎样固氮

氨（Ammonia），分子式NH3，1754 年由英国化学家普里斯特利（J.Joseph Priestley）加热氯化铵和石灰石时发现。1784 年，法国化学家贝托雷（C.L.Berthollet）确定了氨是由氮和氢组成的。从那以后很长一段时间，氨的主要来源是氮化物，而氮化物的主要来源是自然界中的硝石矿产。

19 世纪以来，人类步入了现代化的历程。随着农业的发展，氮肥的需求量在不断提高；同时随着工业的突飞猛进，炸药的需求量也在迅速增长。1809 年，在智利发现了一个很大的硝酸钠矿产地；但是面对人类不断膨胀的需求，自然界的生物和矿产资源毕竟有限。然而全世界无论何处，大气的五分之四都是氮，如果有人能学会大规模地、廉价地把单质的氮转化为化合物的形式，那么，氮是取之不尽、用之不竭的。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题，而合成氨，作为固氮的一种重要形式，也变成了19 至20 世纪化学家们所面临的突出问题之一。

1.2氨从实验室到工业生产

1.2.1艰难的探索

氨的合成反应式：N2+3H2=2NH3

合成氨的化学原理，写出来，不过这样一个方程式；但就是这样一个简单的化学方程式，从实验室研究到最终成功、实现工业生产，却经历了约150 年的艰难探索。在此期间，曾有不少著名的化学家踏上了合成氨的研究之路，但他们的最终结局却都是无功而返。

1795 年，曾有人试图在常压下进行氨合成，后来又有人在50 个大气压下试验，结果都失败了。19 世纪下半叶，物理化学的巨大进展，使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方向，提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又使反应速度过小；催化剂对反应将产生重要影响。这实际上就为合成氨的试验提供了理论指导。

1.2.2哈伯终成正果

在合成氨研究屡屡受挫的情况下，德国物理化学家F·哈伯（Fritz Haber）知难而