合成氨回收工段工艺及氨水换热器设计(附件)
氨是重要的无机化工产品之一，在合成氨工业生产中，因工艺需要会产生含氨尾气，对合成氨尾气中的氨进行回收是合成氨工业节能降耗的重要课题。本文对几种氨回收工段工艺的优缺点作了比较，结合设计任务，确定了氨回收工段工艺的工艺流程，同时本文也比较了几种管壳式换热器的优缺点，再结合换热介质的性质，确定了管壳式换热器的类型。还有，该论文利用大学四年所学的知识分别对蒸氨塔、氨水换热器、氨冷凝器及液氨储罐进行了工艺计算，对氨水换热器进行了机械计算。关键词 合成氨，氨回收，换热器
目录
绪论1
1.1氨的物理化学性质1
1.2氨的生产原料1
1.3 氨回收技术状况1
1.4 管壳式换热器的分类2
2.工艺流程3
2.1工艺流程方案的确立3
2.2工艺分析4
2.3工艺方案流程图6
3.工艺计算部分7
3.1蒸氨塔工艺计算7
3.1.1蒸氨塔的物料衡算7
3.1.2相对挥发度的计算7
3.1.3理论板数的技算10
3.1.4平均摩尔质量计算10
3.1.5平均密度计算11
3.1.6精馏塔的气液负荷11
3.1.7精馏塔实际板层数计算11
3.1.8塔径的计算12
3.1.9热量衡算13
3.2氨水换热器的工艺计算13
3.2.1确定物性数据13
3.2.2估算传热面积14
3.2.3工艺尺寸结构14
3.2.4传热系数的校核15
3.2.5总传热系数Kc的确定17
3.2.6传热面积17
3.2.7换热器内流体阻力核算17
3.2.8氨水换热器的机械计算18
3.3氨冷凝器的工艺计算25
3.3.1确定物性数据25
3.2.2估算传热面积25
3.3.3总传热系数K25
3.3.4计算传热面积26
3.4储罐的计算26
4.技术经济概算与项目管理26
4.1设备成本 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
估价26
4.2其他成本27
5.安全技术与环保部分28
5.1环境保护28
5.2安全措施28
总结29
致谢30
参考文献31 1.绪论
1.1氨的物理化学性质[1]
氨是一种无色且有具有刺激性气味的气体，熔点78℃；沸点33.5℃；分子量为17 .03；相对密度为0.5962（相对于空气，空气等于1 )，在标准状况下，1L氨气的质量为0.77089g ，室温时在67大气压之下可以液化，也容易固化成雪花状的固体，在 0℃ 时，液氨的相对密度为0.638 。氨极易溶解于乙醇，乙醚和水，在0℃ 时1L水中可溶解溶解1176 mL,即 907g。
1.2 氨的生产原料
目前合成氨的原料主要是煤、石油和天然气。我国合成氨原料的百分比和全球合成氨原料的百分比如下表所示。
表11我国合成氨原料的百分比
年份
煤
石油
天然气
2010
0.76
0.03
0.21
2018
0.80
0.02
0.18
表12全球合成氨原料的百分比
年份
煤
石油
天然气
2010
0.31
0.03
0.66
2018
0.29
0.03
0.68
1.3氨回收技术状况[2]
目前国际化肥行业为了增加氨的附加值，有能力的厂家都在逐渐的淘汰碳铵，改产尿素或者附加值更高的其它产品，但是随着尿素工程的投产运行后，生产过程中合成氨的驰放气(放空气)氨回收工艺大多仍采取水洗的办法，除氨以后可以得到大量的稀氨水(18%左右)，有的直接销售稀氨水，有的逐级提浓后再转化为低附加值的碳铵产品，也有的把氨水送往尿素解析中蒸氨。水吸收氨工艺都是利用氨在水中溶解度极大的特点，在一定的压力下用水吸收氨并通过塔内或塔外换热的方法移去溶解放出的热量从而维持较低的温度。科技人员借助过程合成手段和流程模拟筛选出一系列方案，经过实践验证，形成了几个典型的工艺流程，三塔串联余氨回收工艺、等压水吸收氨工艺、无动力氨回收或低温氨回收工艺和低压闪蒸氨回收工艺。
表13几种氨回收工艺的比较
优缺点
三塔串联余氨回收工艺[3]
等压水吸收氨工
艺[4]
无动力氨回收或低温氨回收[5]
低压闪蒸氨回收工艺[6]
优点
该工艺可以使冷排降温和吸收过程可同时进行,减少了消耗的时间。充分利用了尾气中的能量，并取消了中间的循环泵，减少了生产的费用,提高了含氨尾气的回收利用率。
排放气中氨的浓度达到了排放的标准，尽量不对周围环境造成空气污染。可以通过不断的循环，提高氨水的浓度，最后使得出吸收塔时氨水的浓度达到20%以上。
回收氨的过程中，无需额外的动力，最终装置回收的氨纯度大于99%。整套系统除了仪控用电以外，不需要额外的动力输入，具有占地小、投资少、自动化程度高等优点。
弛放气在通过部分膨胀时获得动能并通过风机、轴来输出外功，从而有效的消耗了弛放气本身的内能，同时获得了最大的绝热焓降，让弛放气得到了所需要的低温。
缺点
降低了合成氨的附加值，同时会有大量氨水没有办法处理，对环境保护构成了严重的威胁。
等压氨回收塔水冷却器的冷却效果对等压氨回收塔的氨回收率的影响较大。
尾气残余氨的含量达到2%。不能达到环保排放的要求，会对环境造成一定的污染。
目录
绪论1
1.1氨的物理化学性质1
1.2氨的生产原料1
1.3 氨回收技术状况1
1.4 管壳式换热器的分类2
2.工艺流程3
2.1工艺流程方案的确立3
2.2工艺分析4
2.3工艺方案流程图6
3.工艺计算部分7
3.1蒸氨塔工艺计算7
3.1.1蒸氨塔的物料衡算7
3.1.2相对挥发度的计算7
3.1.3理论板数的技算10
3.1.4平均摩尔质量计算10
3.1.5平均密度计算11
3.1.6精馏塔的气液负荷11
3.1.7精馏塔实际板层数计算11
3.1.8塔径的计算12
3.1.9热量衡算13
3.2氨水换热器的工艺计算13
3.2.1确定物性数据13
3.2.2估算传热面积14
3.2.3工艺尺寸结构14
3.2.4传热系数的校核15
3.2.5总传热系数Kc的确定17
3.2.6传热面积17
3.2.7换热器内流体阻力核算17
3.2.8氨水换热器的机械计算18
3.3氨冷凝器的工艺计算25
3.3.1确定物性数据25
3.2.2估算传热面积25
3.3.3总传热系数K25
3.3.4计算传热面积26
3.4储罐的计算26
4.技术经济概算与项目管理26
4.1设备成本 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
估价26
4.2其他成本27
5.安全技术与环保部分28
5.1环境保护28
5.2安全措施28
总结29
致谢30
参考文献31 1.绪论
1.1氨的物理化学性质[1]
氨是一种无色且有具有刺激性气味的气体，熔点78℃；沸点33.5℃；分子量为17 .03；相对密度为0.5962（相对于空气，空气等于1 )，在标准状况下，1L氨气的质量为0.77089g ，室温时在67大气压之下可以液化，也容易固化成雪花状的固体，在 0℃ 时，液氨的相对密度为0.638 。氨极易溶解于乙醇，乙醚和水，在0℃ 时1L水中可溶解溶解1176 mL,即 907g。
1.2 氨的生产原料
目前合成氨的原料主要是煤、石油和天然气。我国合成氨原料的百分比和全球合成氨原料的百分比如下表所示。
表11我国合成氨原料的百分比
年份
煤
石油
天然气
2010
0.76
0.03
0.21
2018
0.80
0.02
0.18
表12全球合成氨原料的百分比
年份
煤
石油
天然气
2010
0.31
0.03
0.66
2018
0.29
0.03
0.68
1.3氨回收技术状况[2]
目前国际化肥行业为了增加氨的附加值，有能力的厂家都在逐渐的淘汰碳铵，改产尿素或者附加值更高的其它产品，但是随着尿素工程的投产运行后，生产过程中合成氨的驰放气(放空气)氨回收工艺大多仍采取水洗的办法，除氨以后可以得到大量的稀氨水(18%左右)，有的直接销售稀氨水，有的逐级提浓后再转化为低附加值的碳铵产品，也有的把氨水送往尿素解析中蒸氨。水吸收氨工艺都是利用氨在水中溶解度极大的特点，在一定的压力下用水吸收氨并通过塔内或塔外换热的方法移去溶解放出的热量从而维持较低的温度。科技人员借助过程合成手段和流程模拟筛选出一系列方案，经过实践验证，形成了几个典型的工艺流程，三塔串联余氨回收工艺、等压水吸收氨工艺、无动力氨回收或低温氨回收工艺和低压闪蒸氨回收工艺。
表13几种氨回收工艺的比较
优缺点
三塔串联余氨回收工艺[3]
等压水吸收氨工
艺[4]
无动力氨回收或低温氨回收[5]
低压闪蒸氨回收工艺[6]
优点
该工艺可以使冷排降温和吸收过程可同时进行,减少了消耗的时间。充分利用了尾气中的能量，并取消了中间的循环泵，减少了生产的费用,提高了含氨尾气的回收利用率。
排放气中氨的浓度达到了排放的标准，尽量不对周围环境造成空气污染。可以通过不断的循环，提高氨水的浓度，最后使得出吸收塔时氨水的浓度达到20%以上。
回收氨的过程中，无需额外的动力，最终装置回收的氨纯度大于99%。整套系统除了仪控用电以外，不需要额外的动力输入，具有占地小、投资少、自动化程度高等优点。
弛放气在通过部分膨胀时获得动能并通过风机、轴来输出外功，从而有效的消耗了弛放气本身的内能，同时获得了最大的绝热焓降，让弛放气得到了所需要的低温。
缺点
降低了合成氨的附加值，同时会有大量氨水没有办法处理，对环境保护构成了严重的威胁。
等压氨回收塔水冷却器的冷却效果对等压氨回收塔的氨回收率的影响较大。
尾气残余氨的含量达到2%。不能达到环保排放的要求，会对环境造成一定的污染。
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