合成氨系统工艺设计及计算

摘要：合成氨是重要的化工产品，在国民经济中具有十分重要的意义。合成氨工艺是最典型的化工生产工艺之一，它集原料前处理、反应、传热、传质、分离、产品后处理等为一体，设备多，流程长而复杂。合成氨还是一个消耗原料、燃料和动力很大的化工产品。从七十年代能源危机自今，能源供应紧张，价格越来越高，同时世界各国对环境保护的要求也越来越高，严峻的形势迫使合成氨生产企业实施节能降耗技术改造。

本文综合物理化学、化工原理、反应工程、分离工程等学科相关内容，针对合成氨固有的流程做出全装置物料衡算和能量衡算。并对装置中各体系进行了热力学物性计算、相平衡计算。在计算的基础上对合成工段的一些装置进行了选型。

关键词: 合成氨；物料衡算；能量衡算

目  录

中文摘要 I

英文摘要 II

目录 III

1 绪论 1

  1.1 概述 1

  1.2 文献综述 2

      1.2.1 合成氨工业的发展历史 2

      1.2.2 合成氨工业的现状 3

      1.2.3 合成氨技术未来的发展趋势 4

  1.3 设计任务的依据 4

  1.4 贮运情况 4

2 生产流程与生产流程简述 6

  2.1 合成氨生产工艺 6

       2.1.1 Uhde 技术以双压氨合成工艺为核心技术 6

       2.1.2 凯洛格技术以KAAP工艺为核心技术 7

       2.1.3 Topsoe技术以改造的转化技术和S-250为核心技术 7

       2.1.4 鲁奇技术 7

  2.2 合成氨生产流程简述 8

       2.2.1 原料气制备 8

       2.2.2 一氧化碳变换过程 8

       2.2.3 脱硫脱碳过程 9

       2.2.4 气体精制过程 9

       2.2.5 氨合成 10

3 工艺计算书 11

  3.1 总气体消耗量计算 11

      3.1.1 各气体成分 11

      3.1.2 合成一吨氨所需纯净H2—N2混合气 11

      3.1.3 补充气消耗量的计算 11

      3.1.4 循环气量的计算 12

      3.1.5 碳化气消耗量计算 12

      3.1.6 变换气消耗量计算 13

      3.1.7 半水煤气消耗量的计算 13

      3.1.8 单耗计算汇总 13

  3.2 合成工段物料与热量衡算 14

      3.2.1 计算依据 14

      3.2.2 热量衡算 16

  3.3 主要设备的工艺计算 21

      3.3.1 合成塔计算 21

      3.3.2 一级氨冷器 33

      3.3.3 二级氨冷器 36

      3.3.4 水冷器 39

      3.3.5 冷交换器 42

      3.3.6 压缩机 45

      3.3.7 氨油分离器 45

      3.3.8 液氨贮槽 46

4 环保与安全措施 47

  4.1 环保措施 47

  4.2 安全问题与措施 48

      4.2.1 安全问题 48

      4.2.2 安全措施 49

5 总结与展望 52

致谢 53

参考文献 54