合成氨合成工段工艺设计

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

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545

合成 第一章 工艺原理

氨的合成是氨厂最后一道工序，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混和气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从未合成为氨的混和气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。

一、 氨合成反应的特点

31H2?N2?NH3?Q 22氨合成的化学反应式如下：

这一化学反应具有如下几个特点：

（1） 是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。 （2） 是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。 （3） 是体积缩小的反应。

（4） 反应需要有催化剂才能较快的进行。

二、 氨合成反应的化学平衡

1、 平衡常数 氨合成反应的平衡常数Kp可表示为： Kp=

p(NH3)

P1.5(H2)?p0.5(N2)式中p(NH3)、p(H2)、p(N2)-----为平衡状态下氨、氢、氮的分压。

由于按合成反应是可逆、放热、体积缩小的反应，根据平衡移动定律可知，降低温度，提高压力，平衡向生成氨的方向移动，因此平衡常数增大。

2、平衡氨含量 反应达到平衡时按在混和气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或称为氨的平衡产率。平衡氨含量是给

吕梁学院本科毕业设计

摘 要

变换工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工艺的流程中起着非常重要的作用

本次设计为70 kt/a合成氨变换工段的工艺设计。本设计采用全低变的工艺流程.。根据有关文献资料，完成物料、热量的计算。并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器以及变换气换热器等主要设备进行选型计算。并做出了合成氨变换工段全低变的工艺流程图和设备布置图。所得结果基本满足设计要求，工艺流程可行。

关键词：合成氨；低温变换；热量衡算；物料衡算

.

I

吕梁学院本科毕业设计

Abstract

Transform processes is one of the most important processes, and it plays a very important role in the industry of synthetic ammonia.

The task is the design of shift process in 70 kt/a NH3. The low-temperature shift technology was adopted in this calculatio

吕梁学院本科毕业设计

摘 要

变换工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工艺的流程中起着非常重要的作用

本次设计为70 kt/a合成氨变换工段的工艺设计。本设计采用全低变的工艺流程.。根据有关文献资料，完成物料、热量的计算。并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器以及变换气换热器等主要设备进行选型计算。并做出了合成氨变换工段全低变的工艺流程图和设备布置图。所得结果基本满足设计要求，工艺流程可行。

关键词：合成氨；低温变换；热量衡算；物料衡算

.

I

吕梁学院本科毕业设计

Abstract

Transform processes is one of the most important processes, and it plays a very important role in the industry of synthetic ammonia.

The task is the design of shift process in 70 kt/a NH3. The low-temperature shift technology was adopted in this calculatio

武汉工程大学本科毕业设计

摘 要

变换工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工艺的流程中起着非常重要的作用

本次设计为70 kt/a合成氨变换工段的工艺设计。本设计采用全低变的工艺流程.。根据有关文献资料，完成物料、热量的计算。并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器以及变换气换热器等主要设备进行选型计算。并做出了合成氨变换工段全低变的工艺流程图和设备布置图。所得结果基本满足设计要求，工艺流程可行。

关键词：合成氨；低温变换；热量衡算；物料衡算

.

I

武汉工程大学本科毕业设计

Abstract

Transform processes is one of the most important processes, and it plays a very important role in the industry of synthetic ammonia.

The task is the design of shift process in 70 kt/a NH3. The low-temperature shift technology was adopted in this calcul

继续教育学院 毕业设计（论文）

题 目 年产3000吨合成氨厂合成系统工艺设计 专 业 姓 名 学 号 指导教师 起讫日期

2011 年 5 月 26 日

2011年2月21日-2011年5月26日

化学工程与工艺

年产3000吨合成氨厂合成系统工艺设计

摘 要

氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。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。氨本身是重要的氮素肥料除石灰氮外，其它氮素肥料都是先合成氨，然后加工成各种铵盐或尿素。合成氨的生产主要分为原料气的制取原料气的净化与合成。合成工段是指精炼气反应生成氨气与氢气，从而进一步生产氨产品。本设计是生产3000吨合成氨的工艺计算。

本设计工艺计算部分是对合成塔、水冷器、冷交换器、一级氨冷器、二级氨冷器的物料和热量衡算。主要设备计算部分是合成塔与冷交换器的外筒强度计算，里面包括筒身强度计算、主要螺栓强度计算、大顶盖强度计算、电热器盖及其螺栓强度计算。设计中，在混合气体中的气氨未冷凝时，采用分压叠加法，即先算出高压下真实分子热容，再换算为平均分子热容，在有气氨冷凝时，因处于氨饱和区内，则采用压力校正法，即先算出