太原理工大学前言《化工设计》课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、各类塔结构等图形。
在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
本设计就合成车间的工艺生产流程，着重介绍化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验。
本说明书主要确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专业等内容。
在全面介绍化工设计的基础知识上，重点阐述工艺流程设计、物料和能量衡算及车间布置等内容，并结合工艺计算、工程经济，力求体现当今化工设计的水平。
合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。
本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温条件下来制得氨气。
本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。
在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。
生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。
摘要合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。
本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，而本设计主要是对合成氨合成工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温条件下来制得氨气。
本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。
在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。
生产的氨的用途和产生的三废在本设计也有所提到，在合成效率方面也有进一步研究。
[关键词]：半水煤气合成法合成塔催化剂目录符号说明 (7)第一章总论 (8)1.1 概述 (8)1.2 氨的性质 (8)1.2.1 氨的物理性质 (8)1.2.2 氨的化学性质 (9)1.3 原料气来源 (9)1.4 文献综述 (10)1.4.1 合成氨工业的发展 (10)1.4.2 合成氨工业的现状 (11)1.4.3 合成氨工业的发展趋势 (11)1.5 设计任务的项目来源 (12)第二章流程方案的确定 (12)2.1 生产原理 (12)2.2 各生产方法及特点 (12)2.3 工艺流程的选择 (14)2.4 合成塔进口气的组成 (16)第三章工艺流程简述 (17)3.1 合成工段工艺流程简述 (17)3.2 工艺流程方框图 (18)第四章工艺计算 (19)4.1 物料衡算： (19)4.1.1设计要求： (19)4.1.2计算物料点流程图： (19)4.1.3合成塔入口气组分： (20)4.1.4合成塔出口气组分： (21)4.1.6氨分离器气液平衡计算： (22)4.1.7冷交换器气液平衡计算： (24)4.1.8液氨贮槽气液平衡计算： (25)4.1.9液氨贮槽物料计算： (28)4.1.10合成系统物料计算: (29)4.1.11合成塔物料计算： (31)4.1.12水冷器物料计算： (32)4.1.13氨分离器物料计算： (33)4.1.14冷交换器物料计算： (33)4.1.15氨冷器物料计算： (35)4.1.16 冷交换器物料计算： (37)4.1.17液氨贮槽物料计算: (39)4.2 热量衡算： (42)4.2.1冷交换器热量计算： (42)4.2.2氨冷凝器热量衡算： (45)4.2.3循环机热量计算： (48)4.2.4合成塔热量衡算： (50)4.2.5废热锅炉热量计算： (52)4.2.6热交换器热量计算： (54)4.2.7水冷器热量衡算： (55)4.2.8氨分离器热量核算： (57)第五章设备选型及设计计算 (59)5.1 合成塔催化剂层设计： (59)5.2 废热锅炉设备工艺计算： (61)5.2.1计算条件 (61)5.2.2管内给热系数的计算 (61)5.2.3管外给热系数 (65)5.2.4传热总系数K (65)5.2.5传热温差 (65)5.2.6传热面积 (66)5.3 热交换器设备工艺计算: (66)5.3.1计算条件 (66)5.3.2管内给热系数的计算 (67)5.3.3管外给热系数 (69)5.3.4总传热系数 (73)5.3.5传热面积核算 (73)5.4 水冷器设备工艺计算： (74)5.4.1计算条件 (74)5.4.2管内给热系数的计算 (74)5.4.3管外给热系数 (76)5.4.4传热温差 (77)5.4.5传热总系数K (77)5.5 氨冷器设备工艺计算: (78)5.5.1计算条件 (78)5.5.2管内给热系数的计算 (78)5.5.4传热总系数K (82)5.5.5传热温差 (82)5.5.6传热面积 (82)第六章车间布置 (84)第七章“三废”治理及综合利用 (85)7.1 “三废”的产生及污染 (85)7.1.1废气污染危害 (86)7.1.2废水污染危害 (87)7.1.3工业废渣对环境的污染 (87)7.2 “三废”治理原则 (88)结束语 (88)参考文献： (89)附录： (90)物料衡算汇总表 (90)热量计算点图 (94)符号说明-----V kmol 气体摩尔质量， -----d m 管道直径， -----,L kmol 液体摩尔质量 -----G 气液百分数 2-----/g m s 重力加速度， 3-----Nm 标准立方米 -----K 平衡常数-----F 进料量 -----l m 长度，-----p C 比热容 -----m kg 质量，-----Q KJ 热量， -----/M kg kmol 摩尔质量，-----/I KJ kg 冷凝热， -----n 数量-----K 绝热指数 -----p MPa 压强，-----N KW 压缩功， -----r m 半径，-----Z 压缩系数 -----/R H KJ kmol 反应焓，-----T 温度，℃ 2-----F m 传热面积，3-----V m 体积， ()2-----/KJ m h α⋅传热系数，-----m Φ直径， -----y 气相摩尔分数-----/W kg h 重量流量， -----/()KJ m h λ⋅⋅导热系数，℃-----λ摩擦系数 -----a c P s P μ⋅粘度，或Pr-----普兰特常数 3-----/kg m ρ密度，-----/Q KJ h 热负荷， 2-----()/R m h KJ ⋅⋅污垢系数，℃ -----x 液相摩尔分数第一章总论1.1 概述氨是一种重要的含氮化合物。
氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。
大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78％（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。
但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。
把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。
目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业。
在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有着重大意义。
氨主要用来制作化肥。
液氨可以直接用作肥料，它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。
氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙-6、丙烯腈等单体和尿醛树脂等产品。
由氨制成的硝酸，是各种炸药和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各种炸药。
硝酸铵既是优良的化肥，又是安全炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。
氨在其他工业中的应用也非常广泛。
在石油炼制、橡胶工业、冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。
例如制冷、空调、食品冷藏系统大多数都是用氨作为制冷剂。
1.2 氨的性质1.2.1 氨的物理性质氨在常温下是无色气体，比空气轻，具有刺激性臭味，能刺激人体感官粘膜空气中，含氨大于0.01％时即会引起人体慢性中毒。
气态氨易溶于水，成为氨水，氨水呈弱碱性。
氨在水中的溶解度随压力增大而降低。
氨水在溶解时放出大量热。
氨水中的氨极易挥发。
常压下气态氨需冷却到-33.35 ℃（沸点）才能液化。
而在常温下需加压到0.87MPa 时才能液化。
液氨为无色液体，气化时吸收大量的热。
1.2.2 氨的化学性质⑴ 氨与氧在催化剂作用下生成氮的氧化物,并能进一步与水作用,制得硝酸：3224546NH O NO H O +→+⑵ 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应：3244242)NH H SO NH SO +=（3343 NH HNO NH NO +=34 NH HCl NH Cl +=334424NH H PO NH H PO +=⑶ 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素：32422NH CO NH COONH +=()42222NH COONH CO NH H O =+⑷ 氨与二氧化碳和水作用,生成碳酸氢铵：32243NH CO H O NH HCO ++=(5) 氨可与盐生成各种络合物，如CuCl 2•6NH 3、CuSO 4•4NH 3。
氨与空气(或氧)的混合气,在一定浓度范围内能发生剧烈的氧化作用而爆 炸。
在常温常压下，氨与空气爆炸极限为15%～28%(NH 3)。
100℃，0.1 MPa 下，爆炸极限为14.5%～29.5%(NH 3)。
1.3 原料气来源原料气主要有两部分：氮气、氢气。
氮气主要是从空气中提取。
氢气是从半水煤气中提取的，以煤为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、及甲烷等混合气体的过程。
在气化过程中所使用的空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气等称为汽化剂。
这种生成的混合气称为煤气。
煤气的成分取决于燃料和汽化剂的种类以及进行汽化的条件。
根据所用汽化剂的不同，工业煤气可分为下列四种：空气煤气：以空气为汽化剂制取的煤气，又称为吹风气。