30万吨年合成氨工厂氢回收工段工艺设计(附件)
本文主要叙述了合成氨工业驰放气氢回收工艺的相关技术，对比深冷法，高压法，膜分离法，从工艺成熟度及经济效益、社会影响等综合因素考虑后，确定本课题设计选用膜分离法，分离膜材料为中空纤维，对驰放气中的氢气组分进行回收利用。设计过程中主要是通过物料衡算、热量衡算、水洗塔的设计型计算、加热器的设计型计算、以及膜分离器的设计型计算，作为设备选型理论依据，并根据计算结果绘制主要设备相关的CAD图纸、主要设备图纸、带控制点的工艺流程图。最后进行经济核算、安全环保等相关事项探讨，作为工业化运行的理论依据。关键词 合成氨，驰放气，膜分离，氢回收
目录
1 总论 1
1.1 选题意义与设计依据 1
1.1.1 选题意义 1
1.1.2 设计依据 1
1.2 设计的指导思想 1
1.3 厂址选择 2
2 发展评述 2
2.1 合成氨发展简述 2
2.2 氢回收发展简述 3
3 膜分离法的工作原理与工艺流程 4
3.1 膜分离法的工作原理 4
3.2 膜分离法的工艺 5
4 设计基础 5
4.1 原料气 6
4.2 产品气的质量指标 6
4.3 尾气 6
4.4 脱盐水 6
4.5 蒸汽 6
5 工艺计算部分 6
5.1 物料衡算 6
5.1.1 水洗塔的物料衡算 6
5.1.2分离器的物料衡算(aspen软件过程模拟结果) 7
5.1.3膜分离法从合成氨驰放气体中回收氢气的物料平衡 9
5.2 热量衡算 9
5.2.1 水洗塔热量衡算 9
5.2.2 预热器热量衡算 10
5.2.3 膜分离器热量衡算 11
6 设备选型 11
6.1 水洗塔 11
6.1.1液相基础物性数据 11
6.1.2气相基础物性数据 12
6.1.3相平衡常数 12
6.1.4塔径的计算 12
6.1.5填料层的计算 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
6.2 高压水泵 15
6.2.1往复泵的工作原理及适用范围 15
6.3 换热器 16
6.3.1换热器设计的基本原则流体流径的选择 16
6.3.2 换热器的面积 16
6.4 膜分离器 18
7 PID基本单元设计 18
7.1 往复泵（P101） 18
7.2 洗氨塔（T101） 19
7.3 膜分离器（M101 ） 19
8 技术经济概算 20
8.1 生产消耗核算估算。 20
8.2 车间人员编制级工资计算 21
8.3 核算结果 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 总论
1.1 选题意义与设计依据
1.1.1 选题意义
合成氨工业是高能耗工业，其生产成本中能耗占有较大比例，因此，自上世纪初哈伯（Haber）开创合成氨工业以来，世界各国对如何降低能耗，提高能量利用率以降低成本十分[1]。合成氨装置出于生产操作过程中控制氨合成塔中惰性组分含量的需要，会有气体放空的操作，这部分放空气体称为驰放气。氨合成驰放气由H2、N2、NH3和CH4。组成，其中H2含量高达50％以上。在化工生产工艺中，特别是在合成氨工业中，氢气是非常宝贵的原料气体。因此如何合理、经济地回收并加以利用合成氨放空气中的氢气是合成氨生产中的一项重大的节能课题。提高驰放气的回收利用对提高经济效益具有很大的潜力作用，对合成氨驰放气中的H2回收再利用，提高原料气的转化率[2]，既能提高能源利用率，又能进一步降低合成氨的生产成本。
1.1.2 设计依据
在本设计开展过程中，主要参考的依据有：
（1）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》(2001年6月1日国家石油和化学工业局发布)[3]；
（2）《化工工艺设计手册(第四版》；
（3）化工设计相关国家标准；
（4）国家经济、建筑、环保等相关政策[4]；
1.2 设计的指导思想
本设计以任务书为主，用理论知识结合实际要求，设计出符合课题要求的生产需要工艺过程。在设计过程中，必须要综合考虑经济、环保等诸多生产、社会因素。在进行设计时，要完成以下任务：
（1）初步了解合成氨工艺背景及现代发展状况；
（1）了解合成氨氢回收生产工艺要求和目的；
（2）对原料气体进行相应的物料衡算、热量衡算；
（3）对生产所需要的主要设备进行设计和选型；
（4）阐述涉及物质的安全环保技术及产生的废气和废料、废水进行处理。
（5）对该工艺进行经济核算，包括设备费用、维修费用、工人工资、原料花费、水电费等。
（6）绘制相应的图纸。
1.3 厂址选择
随着现代社会的飞速发展，社会对工厂的建设地点也越来越重视，工厂的建设地点影响着周边的环境及人民的生活环境，所以项目的选址过程是项目建设过程中的一项非常重要的工作，选址的主要原则有：
（1）化工产品应当选择空气中的含尘量低的地区建厂，可以选在农村、郊区、远离居住密集的区域。
（2）为减少生产用水的费用、应当选择在水源较好、较丰富、水质较好、并且便于给水用水的地区。
（3）考虑到原料的运入和产品的输出问题，必须要选择交通方便，利于产品输出及原料输入之处。
（4）为使生产连输，产品持续输出，必须要有电力能源的保障，需要选择电力供应稳定并且与电力部门有供电协议的地区。
2 发展评述
目录
1 总论 1
1.1 选题意义与设计依据 1
1.1.1 选题意义 1
1.1.2 设计依据 1
1.2 设计的指导思想 1
1.3 厂址选择 2
2 发展评述 2
2.1 合成氨发展简述 2
2.2 氢回收发展简述 3
3 膜分离法的工作原理与工艺流程 4
3.1 膜分离法的工作原理 4
3.2 膜分离法的工艺 5
4 设计基础 5
4.1 原料气 6
4.2 产品气的质量指标 6
4.3 尾气 6
4.4 脱盐水 6
4.5 蒸汽 6
5 工艺计算部分 6
5.1 物料衡算 6
5.1.1 水洗塔的物料衡算 6
5.1.2分离器的物料衡算(aspen软件过程模拟结果) 7
5.1.3膜分离法从合成氨驰放气体中回收氢气的物料平衡 9
5.2 热量衡算 9
5.2.1 水洗塔热量衡算 9
5.2.2 预热器热量衡算 10
5.2.3 膜分离器热量衡算 11
6 设备选型 11
6.1 水洗塔 11
6.1.1液相基础物性数据 11
6.1.2气相基础物性数据 12
6.1.3相平衡常数 12
6.1.4塔径的计算 12
6.1.5填料层的计算 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
6.2 高压水泵 15
6.2.1往复泵的工作原理及适用范围 15
6.3 换热器 16
6.3.1换热器设计的基本原则流体流径的选择 16
6.3.2 换热器的面积 16
6.4 膜分离器 18
7 PID基本单元设计 18
7.1 往复泵（P101） 18
7.2 洗氨塔（T101） 19
7.3 膜分离器（M101 ） 19
8 技术经济概算 20
8.1 生产消耗核算估算。 20
8.2 车间人员编制级工资计算 21
8.3 核算结果 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 总论
1.1 选题意义与设计依据
1.1.1 选题意义
合成氨工业是高能耗工业，其生产成本中能耗占有较大比例，因此，自上世纪初哈伯（Haber）开创合成氨工业以来，世界各国对如何降低能耗，提高能量利用率以降低成本十分[1]。合成氨装置出于生产操作过程中控制氨合成塔中惰性组分含量的需要，会有气体放空的操作，这部分放空气体称为驰放气。氨合成驰放气由H2、N2、NH3和CH4。组成，其中H2含量高达50％以上。在化工生产工艺中，特别是在合成氨工业中，氢气是非常宝贵的原料气体。因此如何合理、经济地回收并加以利用合成氨放空气中的氢气是合成氨生产中的一项重大的节能课题。提高驰放气的回收利用对提高经济效益具有很大的潜力作用，对合成氨驰放气中的H2回收再利用，提高原料气的转化率[2]，既能提高能源利用率，又能进一步降低合成氨的生产成本。
1.1.2 设计依据
在本设计开展过程中，主要参考的依据有：
（1）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》(2001年6月1日国家石油和化学工业局发布)[3]；
（2）《化工工艺设计手册(第四版》；
（3）化工设计相关国家标准；
（4）国家经济、建筑、环保等相关政策[4]；
1.2 设计的指导思想
本设计以任务书为主，用理论知识结合实际要求，设计出符合课题要求的生产需要工艺过程。在设计过程中，必须要综合考虑经济、环保等诸多生产、社会因素。在进行设计时，要完成以下任务：
（1）初步了解合成氨工艺背景及现代发展状况；
（1）了解合成氨氢回收生产工艺要求和目的；
（2）对原料气体进行相应的物料衡算、热量衡算；
（3）对生产所需要的主要设备进行设计和选型；
（4）阐述涉及物质的安全环保技术及产生的废气和废料、废水进行处理。
（5）对该工艺进行经济核算，包括设备费用、维修费用、工人工资、原料花费、水电费等。
（6）绘制相应的图纸。
1.3 厂址选择
随着现代社会的飞速发展，社会对工厂的建设地点也越来越重视，工厂的建设地点影响着周边的环境及人民的生活环境，所以项目的选址过程是项目建设过程中的一项非常重要的工作，选址的主要原则有：
（1）化工产品应当选择空气中的含尘量低的地区建厂，可以选在农村、郊区、远离居住密集的区域。
（2）为减少生产用水的费用、应当选择在水源较好、较丰富、水质较好、并且便于给水用水的地区。
（3）考虑到原料的运入和产品的输出问题，必须要选择交通方便，利于产品输出及原料输入之处。
（4）为使生产连输，产品持续输出，必须要有电力能源的保障，需要选择电力供应稳定并且与电力部门有供电协议的地区。
2 发展评述
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