Разработка технологических мероприятий по усовершенствованию стадии синтеза аммиака

ЧГУ, кафедра химических технологий, ХТНВ,
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
Название работы: Разработка технологических мероприятий по
усовершенствованию стадии синтеза аммиака
2026

Производительность колонны по аммиаку 1500 т/сут. Давление в узле синтеза
аммиака 30 МПа. Объемная скорость газовой смеси на входе в колонну 21000 ч-1.
Состав АВС после компрессора, об. %: Н2 – 72,26, N2 – 24,22, Ar – 1,40; CH4 – 2,12.
Состав циркуляционного газа в колонне синтеза, об. %: Н2 – 68,40, N2 – 22,93, NH3 –
3,01, Ar – 1,54; CH4 – 4,12. Температура газа на входе в 1-й слой катализатора 420 оС.
В межполочные пространства подается байпасный газ с температурой 180 С.
Потери тепла в окружающую среду принять равными 1,7 % от прихода тепла.
Остальные данные, необходимые для расчета, – литературные и цеховые.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 11
ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 13
1.1 Сравнительная характеристика агрегатов по производству аммиака 13
1.2 Сравнительная характеристика оборудования стадии синтеза аммиака 14
1.3 Анализ мероприятий по усовершенствованию стадии синтеза аммиака по литературе 16
1.4 Вывод по главе 1 17
ГЛАВА 2 РАСЧЁТНАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 18
2.1 Требования к качеству сырья и готового продукта 18
2.2 Физико-химические основы процесса синтеза аммиака 21
2.3 Технологическая схема стадии синтеза аммиака и ее описание 27
2.4 Расчёт материального баланса колонны после модернизации 29
2.4.1 Расчёт содержания аммиака в газовой смеси 30
2.4.2 Материальный баланс цикла синтеза аммиака 32
2.4.3 Расчет объёма и состава танковых газов 40
2.5 Тепловые расчеты цикла синтеза аммиака. Тепловой расчет колонны после модернизации.41
2.6 Расчёт материального баланса колонны до модернизации 43
2.7 Тепловые расчеты цикла синтеза аммиака. Тепловой расчет колонны до модернизации 44
2.8 Конструктивный расчет основного оборудования стадии синтеза аммиака 44
2.8.1 Технологический расчет 44
2.8.1.1 Определение высоты катализаторной коробки 44
2.8.1.2 Определение диаметра и высоты колонны синтеза аммиака 47
2.8.1.3 Расчет диаметра штуцеров 47
2.8.2 Гидравлический расчет 49
2.8.3 Тепловой расчет 51
2.8.4 Механический расчет на прочность и устойчивость 53
2.8.4.1 Расчет толщины стенки обечайки нижнего корпуса высокого давления 53
2.8.4.2 Определение толщины стенки обечайки верхнего корпуса 55
2.8.4.3 Поверочный расчет температурных напряжений с учетом температурного перепада по толщине стенки 56

2.8.4.4 Расчет толщины стенки полусферического днища 56
2.8.4.5 Расчет толщины стенки обечайки катализаторной коробки 57
2.8.5 Выбор конструкционных материалов и мероприятия по защите от коррозии……………………………………………………………………………...........................59
2.9 Выбор вспомогательного оборудования стадии синтеза аммиака 60
2.9.1 Техническая характеристика котла утилизатора 61
2.9.2 Расчет поверхности горячего теплообменника 64
2.9.3 Расчет водяного конденсатора 68
2.9.4 Расчет холодного теплообменника 72
2.9.5 Расчет теплового баланса аммиачного испарителя 75
2.10 Вывод по главе 2 77
ГЛАВА 3 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ……………………………………………………………………………………….79
3.1 Вывод по главе 3 79
ГЛАВА 4 БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА 81
4.1 Общая характеристика безопасности отделения синтеза аммиака 81
4.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасности в отделении синтеза аммиака 83
4.2.1 Разработка мероприятий по повышению эксплуатационной надёжности синтеза аммиака………………………………………………………………………………………………83
4.2.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасности персонала 84
4.2.3 Разработка мероприятий по взрывопожарной безопасности 85
4.2.4.1 Защита от поражения электрическим током 85
4.2.4.2 Защита от поражения статическим электричеством 86
4.2.4.3 Молниезащита 86
4.2.5 Разработка мероприятий по безопасности в случае возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций 86
4.2.6 Мероприятия по экологической безопасности 86
4.3 Вывод по главе 4 87
ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА 88
5.1 Выводы по главе 5 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 97

Объектом проектирования является колонна синтеза аммиака. Предметом проектирования
является модификация колонны синтеза аммиака с аксиальной на радиальную.
Цель работы — разработка технологических мероприятий по усовершенствованию стадии
синтеза аммиака для снижения удельной энергоемкости производства.
В работе применены методы анализа научно-технической литературы, расчёты
материального и теплового балансов, инженерные методы расчёта и подбора оборудования,
а также технико-экономическая оценка проектных решений.
В результате представлено техническое решение в виде колонны синтеза с радиальным
ходом газа производительностью 1500 т/сут при рабочем давлении 30 МПа и рабочей
температуре 450 °С.
Экономическая эффективность модернизации достигается за счёт увеличения выхода
готового продукта и снижения удельных энергозатрат, что обеспечивает повышение
рентабельности производства. Разработанные решения рекомендованы к внедрению при
реконструкции действующего производства аммиака.