课程设计说明书.doc

四川理工学院课程设计 1万吨/年硝酸铵生产装置设计学 生：杨元喜 学 号：07121020227 专 业：过程装备与控制工程班 级：2007级1班指导教师：曾涛 四川理工学院机械工程学院二O一一年一月附件 课程设计任务书格式四 川 理 工 学 院课 程 设 计 设计题目： 1万吨/年硝酸铵生产装置设计 学院： 机械工程学院 专业： 过程装备与控制工程 班级07级1班 学生： 杨元喜 指导教师： 曾涛 系主任: （签名）一、设计要求：1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述字数不小于8000字）2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号））二、进度安排：教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程图第一周设计室设备布置图、说明书整理、答辩。

第二周设计室三、指定参考文献与资料《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、 《化工单元过程及设备课程设计》摘要摘要内容 ：本文研究的是万吨每年的硝酸铵生产装置设计工业上生产硝铵的方法是利用氨与稀硝酸作原料的中和法，生产过程包括中和反应溶液蒸发结晶或造粒等步骤中和法制取硝铵的关键问题是如何处理和利用中和热和尽量减少氮损失；本文先根据工艺要求确定工艺流程图，然后通过工艺流程图进行物料衡算和能量衡算来确定各个设备的规格；最后画出设备布置图 所有原料中氯化物、油分、有机物均不应超过允许值，而且不应含有能在工艺过程中增加热分解和引起爆炸危险的其他物资 关键词： 中和法 中和热 氮损失 物料衡算 能量衡算 工艺流程图 原料 设备布置图 目 录摘要 3前言 50.1 硝铵的用途 50.2 硝铵的性质 50.3 硝铵的制取 5第一章 工艺方案的选择 61.1 转化法制取硝铵 61.2 中和法制取硝铵 61.2.1 基本原理 61.2.2 利用反应热的中和流程有以下几种 61.3 工艺方案的选择 7第二章 工艺流程说明 7第三章 物料衡算与能量衡算 83.1 物料衡算 83.2 能量衡算 10第四章 典型机器设备的选择与论证 12 4.1 典型设备 12 4.2 典型机器 14第五章 设备布置概述 16 5.1 设备布置的原则 165.2 设备布置设计的步骤 175.3 设备布置图的绘制 18第六章 总结 18 6.1 中和法制取硝铵生产工艺中面临的重要问题级注意事项 186.2 物料衡算与能量衡算在计算中应该注意的问题 196.3 设备选型的注意事项 19参考文献 20致谢 20前 言0.1 硝铵的用途硝酸铵（）简称硝铵，，分子量为。

硝酸铵含氨态氮和硝态氮的总量为次于液氨、尿素，但仍然为一种良好的氮肥，可单独施用或与磷、钾肥混合成不同比例的复合肥料用于农田、森林、牧田 硝铵所含的氮以氨态（）和硝酸态（）两种形式存在植物吸收氨态中的氮较为缓慢，而吸收硝酸态中的氮相当迅速，因硝铵易溶于水，施入土壤后其中的氨态氮被土壤中的胶体吸附，在起硝化作用的微生物影响下，逐渐氧化成硝酸态而被植物吸收因此硝铵在许多氮肥中是生理酸性极小的肥料，适合在不同土质的土壤中使用，只要施肥量和施用时间得当，很快能从作物的形态上表现出效果来从影响产量的农业化学性看，硝铵对各种土壤的肥效都很高，可作水浇地或旱田的追肥，特别是对于棉花的生产，其肥效更高，是较为理想的氮肥之一纯硝酸铵是一种无色的结晶物质, 在常温下是稳定的，对打击、碰撞或摩擦均不敏感它比硫酸铵和尿素等铵态氮肥的肥效快、效果好，在欧洲和北美等地使用较普遍，中国北方也常使用硝酸铵与燃料油结合在一起，可制成炸药，应用于军事和采矿等方面因此在生产、贮运和使用中必须严格遵守安全规定0.1 硝铵的性质1. 硝酸铵的熔点为℃熔融热为在℃温度范围内比热容为1.76kj/(kg.℃)2 固态硝铵具有五种晶型，每种晶型仅在一定的温度范围内稳定存在，在从一种晶型转变为另一种晶型时，不仅伴随有能量变化，而且会有体积变化。

此外，当温度突然从高温冷却至低温，晶型可能不经过中间的晶型而直接转化为另一种晶型3 硝铵易溶于水，并且溶解度随温度升高而急剧增加4 硝铵溶液的沸点和比重，随浓度的增加而增大5 硝铵具有很大的吸湿性和结块性6 硝铵在常温下是稳定的，受热开始分解，温度不同反应不同0.3 硝铵的制取本文采用加压中和法制取硝铵，这种方法在国外应用很普遍，而在中国大多采用常压中和法制取硝铵，但加压中和法在逐渐被国内企业所采用详细的工艺设计内容请看后面由于本人水平有限，设计过程中可能成存在一些问题，欢迎老师批评修正，第一章 工艺方案的选择硝酸铵的生产方法有中和法和转化法两种1.1 转化法制取硝铵工业生产多将硝酸钙用转化法加工成硝酸铵，可用两种方法来实现：用气态氨和二氧化碳处理（气态转化）或碳酸氨溶液作用（液态转化） 气态转化按下式进行反应：液态转化按下式进行反应：析出的碳酸钙沉淀经过滤分离，有的工厂将其作为生产水泥的原料滤液是硝铵溶液，可以用通常方法将其加工为商品硝铵或返回硝酸磷肥生产系统 影响硝酸钙完全转化的因素有：硝铵溶液中和比值，反应温度，搅拌强度，浆液的停留时间等1.2 中和法制取硝铵1.2.1基本原理：硝铵由气氨中和硝酸而得，其反应式如下：反应时放出的热量与所用硝酸的浓度（通常采用）和原料的温度有关，而且要相应的减去水稀释硝酸的稀释热的硝铵的溶解热。

1.2.2 利用反应热的中和流程有以下几种：1 常压下，一次（或两次）利用反应热的中和流程这种流程比较简单，能避免硝酸的分解，还可利用反应热制取浓度较高的硝铵溶液，操作比较简便与加压法比较，既可以节省附加设备的费用，又可降低在压力下输送反应物料的电能消耗，是较为理想的流程，中国硝铵生产广泛采用这种流程2 具有真空蒸发器的中和流程在中和器中并不利用反应热，而反应热实在真空蒸发器（在~0.87×Pa的真空度下操作）中被利用这样，由于溶液沸点降低，即使水分迅速蒸发，同时也达到冷却溶液的目的，然后一部分溶液送至后继工序，另一部分溶液反悔中和器内以使反应温度降到所用硝酸浓度的沸点一下真空蒸发的流程多用于氨气浓度纯度不高的场合3 加压中和流程加压（0..6~0.8MPa）中和是用较浓的硝酸（如）制取硝酸因为可得的硝铵溶液，所以无需蒸发而可送去结晶，从而可节约蒸汽；由于取消蒸发设备，所以还可降低基建投资采用加压可以降低由于热分解而造成的氮损失中和过程在加压下进行，还可以节省附加设备的费用，并可降低在压力下输送反应物料的动力消耗加压中和可以回收热量副产蒸汽，中和64%时，氨可副产约蒸汽目前世界各国新建的大厂，大都采用加压中和法。

加压中和工艺具有设备体积小、生产能力高、消耗定额低等优点因此，从发展趋势看，常压中和必将逐步为加压中和所取代综上所述，中和法的中和反应可以在常压、加压或真空条件下进行若有价廉的蒸汽来源，可采用常压中和，以节约设备投资，简化操作加压中和可以回收反应热，副产蒸汽，用于预热原料和浓缩硝酸铵溶液氨中和浓度为的硝酸时，每吨氨可副产蒸汽约，采用真空中和是与结晶硝酸铵生产相结合的，其设备与硫酸铵生产的饱和结晶器相似1.3 工艺方案的选择本文采用氨与稀硝酸作原料的加压中和法制取硝铵第二章 工艺流程说明（硝酸在压力为千帕下的中和）硝酸不经预热直接送往中和器 液氨在蒸发器中用来自大气的空气蒸发（冷却了的空气送去冷却沸腾床设备中的硝酸铵颗粒）或在氨蒸发器中用蒸发蒸汽的冷凝液蒸发在中和器中于温度约为℃下生成浓度约为78%的溶液，该溶液送往蒸发器用来自中和器的蒸发蒸汽加热蒸发蒸汽预先经过分离器在蒸发器中保持真空（余压约千帕，或公斤每）溶液蒸浓至，流入受槽6，在该处用泵送至再浓缩设备该设备安装在造粒塔上部来自蒸发器的蒸发蒸汽在水冷凝器中冷凝在中和器中保持碱性介质是加压硝酸中和流程的特点这即可减少介质对中和器的腐蚀作用，也可提高过程的安全性，但会引起蒸发蒸汽中氨含量显著提高。

来自蒸发器的蒸发蒸汽冷凝液节流后进入贮槽，在此，冷凝液开始沸腾溶解的氨由蒸气带出，二次沸腾蒸汽在冷凝液中冷凝，并用泵送往中和器其含氨量为克每升 大部分蒸发蒸汽冷凝液含氨克每升以下，用硝酸中和后含克每升以下的蒸发蒸汽冷凝液送往硝酸生产吸收塔，供喷淋用这一过程还可以改进，例如，自中和器排出的蒸发蒸汽可在塔盘式洗涤器中用酸性硝酸铵溶液进行洗涤，氨损失量和蒸发蒸汽冷凝液的污染程度均可减小第三章 物料衡算与能量衡算3.1 物料衡算 蒸发蒸汽年产万吨硝铵车间工艺设计的物料衡算，选取溶液循环式中和器进行物料衡算每小时生产能力的计算：根据实际任务，硝铵的年生产能力为万吨（折算为的硝铵）.全年天，除去大修理，中修理等共天则年工作日为：每昼夜生产能力为： 每小时生产能力 以此作为物料衡算的基准:进出中和器和分离器的物料衡算：气氨与硝酸的化学反应 x y 1282.05kg/h原料规格：硝酸的纯度为；气氨的纯度为理论输入； 因为在中和器中保持碱性介质是加压硝酸中和流程的特点，所以气氨应该过量：又由于硝铵在中和器中有一少部分要随着蒸发蒸汽一起流失，故生成的硝铵应该比上述计算的要多，否则年产量不能达标，这就要求原料比上述计算的多一些。

计算条件：每小时生产最终产品，（以计），包括蒸发过程及造粒或结晶过程在内实际消耗：;（） ，硝酸的浓度为，（含）计算基准：每小时生产最终产品计算：的硝酸消耗量 随硝酸带出的水量 进入的总水量为： 中和反应后每小时生成的量 式中： 反应需要的量 式中： 尚有游离氨 假定中和伴随蒸发而获得硝铵溶液（以后尚需以热量平衡计算来验证所假定的浓度是否正确），中和过程中随蒸发蒸汽带走硝铵损失按计，溶液中含游离氨为，则中和反应生成的硝铵量为 包括游离氨在内则为： 其中含水量： 蒸发蒸汽中水蒸汽量 蒸发蒸汽中夹带的硝铵量为蒸发蒸汽中夹带的游离氨量： 蒸发蒸汽总量为 中和物料平衡表单位均为： 进 。