合成氨最終的設計

本文格式為Word版，下載可任意編輯——合成氨最終的設計河南城建學院畢業(yè)論文（設計）

摘要

合成氨生產(chǎn)任務設計決定了生產(chǎn)合成氨的規(guī)模，設備的要求以及工藝流程的狀況。本設計所采用的方法是半水煤氣合成法，其主要原料是煤和氮氣，利用煤來生成氫氣，第一步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；其次步是凈化，不管選擇什么原料，用什么方法造氣，都必需對原料氣進行凈化處理，以除去氫、氮以外的雜質；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。

目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種類的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。本設計主要是對合成塔工段的設計，故所用原料直接采用氮氣和氫氣，其以合成塔為主要設備，在氨冷器、水冷器、氣—氣交換器、循環(huán)機、分開器、冷凝塔等輔助設備的作用下，以四氧化三鐵為觸媒，在485—500℃的高溫高壓條件下來制得氨氣。

本設計要求要把握合成塔的工作原理，生產(chǎn)的工藝路線，并能根據(jù)工藝指標進行操作計算。在工藝計算過程中，包含物料衡算，熱量衡算及設備選型計算等，在合成效率方面也有進一步研究。

關鍵詞:氮氣；氫氣；四氧化三鐵催化劑；氨合成塔

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Abstract

Ammoniaproductiondesigndeterminesthesizeoftheproductionofsyntheticammonia,equipmentrequirements,aswellasthestatusprocess.Thedesignofthemethodusedwassemi-watergassynthesis,themainrawmaterialiscoalandnitrogen,theuseofcoaltogeneratehydrogen,whilethedesignisasynthesisofthemainsectionofthetowerdesign,itisthedirectuseofrawmaterialsusedinnitrogenandhydrogen,itssynthesistowerasthemainequipment,intheammoniacooler,watercoolers,gas-gasexchange,recyclingmachines,separators,auxiliaryequipment,suchascondensationofthetowerunderthefourironoxidecatalyst,inthehigh-temperatureconditionsof485-500℃obtainedfromammonia.Thefirststepistobuildgas,

Preparationthatcontainshydrogen,nitrogengas;secondstepispurification,regardlessofwhatmaterials,whatmethodsofgasmustbecarriedoutonthefeedgaspurificationtoremovehydrogenandnitrogenimpuritiesoutside;thirdstepistocompressandsynthetic,willbepurehydrogen,nitrogen,mixed-compressiontohighpressureandhightemperatureintheironcatalystforammoniasynthesisconditions.Thecurrentmethodofammoniasynthesis,theuseofpressure,temperatureanddifferenttypesofcatalyst,thegenerallawcanbedividedintolow-voltage,mediumvoltageandhigh-pressuremethodthree.

Designrequirementsofthetowertogettheworkingprincipleofsynthesis,theprocessofproductionline,andcanoperateinaccordancewiththecalculationprocessindicators.Calculationintheprocess,includingmaterialbalance,heatbalancecalculationsandequipmentselection.Theuseofammoniaproductionandthewastegeneratedinthisdesignhasalsomentionedthattheefficiencyofthesynthesishavestudiedfurther.Keywords:

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15萬噸合成氨合成工藝計算

第一章總論

1.1概述

氨是一種重要的含氮化合物。氮是蛋白質質中不可缺少的部分，是人類和一切生物所必需的養(yǎng)料；可以說沒有氮，就沒有蛋白質，沒有蛋白質，就沒有生命。大氣中存在有大量的氮，在空氣中氨占78%（體積分數(shù)）以上，它是以游離狀態(tài)存在的。但是，如此豐富的氮，尋常狀況下不能為生物直接吸收，只有將空氣中的游離氮轉化為化合物狀態(tài)，才能被植物吸收，然后再轉化成人和動物所需的營養(yǎng)物質。把大氣中的游離氮固定下來并轉變?yōu)榭杀恢参镂盏幕衔锏倪^程，稱為固定氮。目前，固定氮最便利、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氫合成為氨，再進一步制成化學肥料或用于其它工業(yè)

在國民經(jīng)濟中，氨占有重要地位，特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重大意義。氨主要用來制作化肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工產(chǎn)品有尿素、硝酸銨、氯化氨和碳酸氫氨以及磷酸銨、氮磷鉀混合肥等。

氨也是十分重要的工業(yè)原料，在化學纖維、塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素作為氮元素的來源生產(chǎn)己內酰胺、尼龍-6、丙烯腈等單體和尿醛樹脂等產(chǎn)品。

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。硝酸銨既是優(yōu)良的化肥，又是安全炸藥，在礦山開發(fā)等基本建設中廣泛應用。

氨在其他工業(yè)中的應用也十分廣泛。在石油煉制、橡膠工業(yè)、冶金工業(yè)和機械加工等部門以及輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)部門中，氨及其加工產(chǎn)品都是不可缺少的。例如制冷、空調、食品冷藏系統(tǒng)大多數(shù)都是用氨作為制冷劑。

1.2氨的性質1.2.1氨的物理性質

氨在常溫下是無色氣體，比空氣輕，具有刺激性臭味，能刺激人體感官粘膜

空氣中，含氨大于0.01%時即會引起人體慢性中毒。

氣態(tài)氨易溶于水，成為氨水，氨水呈弱堿性。氨在水中的溶解度隨壓力增大而降低。氨水在溶解時放出大量熱。氨水中的氨極易揮發(fā)。

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常壓下氣態(tài)氨需冷卻到-33.35℃（沸點）才能液化。而在常溫下需加壓到0.87MPa時才能液化。液氨為無色液體，氣化時吸收大量的熱。

1.2.2氨的化學性質

⑴氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物,并能進一步與水作用,制得硝酸：4NH3+5O24NO+6H2O

⑵氨與酸或酐反應生成鹽類,是制造氮肥的基本反應：

2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4NH3+HNO3=NH4NO3NH3+HCl=NH4ClNH3+H3PO4=NH4H2PO4

⑶氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨,進一步脫水成為尿素：2NH3+CO2=NH4COONH2NH4COONH2=CO(NH2)2+H2O

⑷氨與二氧化碳和水作用,生成碳酸氫銨：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3

氨可與鹽生成各種絡合物，如CuCl2?6NH3、CuSO4?4NH3

氨與空氣(或氧)的混合氣,在一定濃度范圍內能發(fā)生猛烈的氧化作用而爆炸.在常溫常壓下,氨與空氣爆炸界限為非作15%～28%(NH3)。100℃,0.1MPa下，爆炸界限為14.5%～29.5%(NH3)。

1.3原料氣來源

原料氣主要有兩部分：氮氣、氫氣。

氮氣主要是從空氣中提取。氫氣是從半水煤氣中提取的，以煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富養(yǎng)空氣-水蒸氣混合氣，經(jīng)過一系列反應生成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣、及甲烷等混合氣體的過程。在氣化過程中所使用的空氣、水蒸氣或富養(yǎng)空氣-水蒸氣混合氣等稱為汽化劑。這種生成的混合氣稱為煤氣。

煤氣的成分取決于燃料和汽化劑的種類以及進行汽化的條件。根據(jù)所用汽化劑的不同，工業(yè)煤氣可分為以下四種。

空氣煤氣：以空氣為汽化劑制取的煤氣，又稱為吹風氣。

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水煤氣：以水蒸氣（或水蒸氣與氧的混合氣）為汽化劑制取的煤氣?；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。半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（H2+CO）/N2=3.1～3.2的一個特例?？捎谜魵馀c適量的空氣或蒸氣與適量的富養(yǎng)空氣為汽化劑制得，也可用水煤氣與吹風混合配制。

本設計采用半水煤氣，半水煤氣經(jīng)過凈化后得到純凈的氫氣，再配制適量的氮氣，成為合成氨的原料氣。

半水煤氣生產(chǎn)的工藝流程：在吹風階段中，空氣由煤氣發(fā)生爐的底部吹入，由爐頂排出吹風氣。吹風氣送入燃燒蓄熱室，在此通入助燃空氣使吹風氣中的一氧化碳燃燒。再將吹風氣送入廢熱鍋爐以產(chǎn)生水蒸氣。吹風氣被冷卻至200℃左右，由煙囪排入大氣。

在上吹階段中，由煤氣發(fā)生爐爐底吹入空氣-水蒸氣混合氣，半水煤氣由爐頂排出。半水煤氣經(jīng)過燃燒室加熱蓄熱磚（此時不加助燃空氣），再依次經(jīng)過廢熱鍋爐、洗氣箱、洗氣塔送入氣柜。

在下吹階段中，水蒸氣與空氣混合，經(jīng)燃燒室回收蓄熱磚的熱量后，從煤氣發(fā)生爐頂部吹入（空氣較水蒸氣略遲通入），從爐底排出半水煤氣。下吹煤氣直接經(jīng)洗氣箱及洗氣塔送入氣柜。

在二次上吹階段中，空氣-水蒸氣混合氣由爐底吹入，流向與上吹階段完全一致。

在空氣吹凈階段，從爐底吹入空氣，產(chǎn)生吹風氣將半水煤氣經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱及洗氣塔送入氣柜。

1.4文獻綜