芮能文_毕业设计说明书正文.doc
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1、目 录第1章 毕业设计任务书 1一、 原始资料 1二、 设计内容 12第2章 设计说明书 2一、 课题概述 23二、 设计意义和设计步骤 3三、 设计指导思想 34四、 设计特点 411第3章 设计计算书 12一、 原料气计算 1213二、 物料衡算 14三、 热量衡算 1516四、 补充空气用量 1718五、 副产蒸汽量 19六、 催化剂铂网计算 20七、 氧化炉部分计算 2122八、 素瓷过滤器计算 2第4章 参考文献 19第5章 设计的评论与收获 20设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果一、 毕业设计任务书二、设计说明书一. 毕业设计任务书(一) 原始数据设计课题:硝酸装
2、置的氨氧化工序装置生产能力:一万吨100%HNO3/年年工作日：300天装置建设地址：南化公司氮肥厂原料氨气来源：厂氨气总管压力0.1470.245MPa厂中压气总管压力：0.981MPa(二) 设计内容1. 设计说明书及计算书设计说明书包括：1) 设计任务（课题组及个人）2) 设计指导思想3) 设计过程4) 设计完成情况及需说明事项计算书包括：1) 氨氧化工序工艺计算（确定氨用量、空气用量、补充空气用量、副产蒸汽量等）2) 氨氧化反应催化剂铂网计算3) 氧化炉设计计算4) 各自设计部分计算 2. 氧化炉工艺设计，确定氧化炉的主要工艺参数，绘出供设备设计专业用的氧化炉工艺设计计算图。3. 绘制
3、1万吨100% HNO3/年带控制点工艺流程图，综合个组员的单独承检设计结果进行绘制。4. 绘制氨氧化工序平面布置图。5. 氨-空气混合气过滤器的工艺设计及附属管道，计绘出设备简图，绘出主要工艺参数及尺寸；确定工艺管道、管径、材质，选定阀门型号、规格；就控制点及仪表设置提出要求。二. 设计说明书(一) 概述硝酸是基本化学工业中最重要产品之一，既是氨加工的重要产品又是化学工业、军工某些产品的原料，各种酸中产量仅次于硫酸而居于第二位。硝酸用于制造肥料（氮磷钾复肥）、硝酸盐（如NaNO3）,还可用于染工业（苯胺）、军事工业（TNT），此外，在冶金、医药、塑料工业广泛应用。设计计算说明书设计计算内容计
4、 算 及 说 明计算结果 硝酸制法曾有硝石法（用浓H2SO4分解硝石）和电弧法（直接固定大气中氮的方法）。目前，工业硝酸都是以氨为原料采用氨的接触氧化法生产，氨氧化工序化学反应为：4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 216.7kcal原料采用氨和空气、氨-空气混合物的氨浓度大于14%，具有爆炸危险，当氨-空气混合气中氧氨比在1.72（即NH3百分含量在9.511.5%）最为适宜。既防止爆炸，又保持较高氨氧化率。由于副反应平衡常数较大，为了阻止副反应进行选择铂铑合金作为催化剂，加速氨氧化反应进行。氨氧化反应应保证有较高的氧化率NH3，同时应有尽可能高的生产强度，相应地反应温度常压
5、下取760840较为适宜，用三四层铂网。铂网对空气和氨中的灰尘、铁锈、油污及有害气体敏感，易中毒，所以在进行氧化前需要加以净制，整个氨氧化过程分为四部分： 空气和氨净化 空气和氨混合、净制 氨氧化反应 反应热利用。 具体过程如下：空气经空气过滤器过滤，并经风机加压升温后到混合器。氨气经氨蒸发器蒸发除去液氨，经过滤器除尘，进入混合器，氨和空气混合均匀，混合气体进入素瓷过滤器进一步除去灰尘等机械杂质，后进入氧化炉，反应生成气体经废热锅炉回收热能后去吸收系统。为防止气体被铁锈所沾住，从气体进口到氧化炉入口的全部管线用铝或镍铬钢等材料制成。(二) 设计意义和设计步骤1. 设计意义巩固所学理论知识，将理
6、论和实际有机结合，提高分析问题，解决问题的能力。2. 设计步骤分为四个步骤，先进行理论知识学习，再到厂里现场实习，看设备抄录数据，收集图书、资料，然后开始搞毕业设计。毕业设计首先从工艺计算开始，然后进行氧化炉、素瓷过滤器、流程图、平面布置设计和绘图，最后编制设计说明书、计算书和总结。设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果(三) 设计指导思想1. 可行性。设计方案是可行的，可以投资建设并进行生产2. 先进性。采用先进设备、材料，使工艺过程较先进、完善。经济性。有效利用反应热，减少材料成本。(四) 设计特点（设计构思）本设计的图纸包括：1.氧化炉设备简图 2.素瓷过滤器设备简图 3.
7、带控制点工艺流程图 4.氨氧化工序平面布置图1. 氧化炉设备简图本设计选择含铑钯3.54.0%的铂铑钯合金作为催化剂。因为铂铑钯合金活性高，机械强度大，而且铂损失少，将其拉成丝，织成网，这样在铂用量较少情况下，获得较大接触表面积，且再生及回收方便，还使氧化炉构造简单，铂价格较贵，在铂网下置一张铂网，用以回收铂。1) 结构 氧化炉是氨氧化部分主要设备，氨氧化率高低与氧化炉结构有关。 本设计采用由上、下两个圆锥体和中间一个圆柱体组成氧化炉。这种结构特点是：使氧和空气混合气能在铂网的整个截面上均匀通过，保持最大接触面积下尽可能缩小体积，减小热损失，结构简单，易于拆卸，流体阻力小。氧化炉采用从上向下型
8、式（混合气通过方向由上向下），这样在下锥体内采用耐火混凝土，减少热损失；气流方向与铂网重力方向一致，可减少网振动，降低铂损失，保证使用期限。2) 材料 上锥体和上圆柱体和内部构体用耐热不锈钢制成。不采用普通碳素钢，是因为普通碳素钢在腐蚀介质存在下易生锈，铁锈粉末被气流带到铂网上，会使铂网中毒，失去活性，使氧化率降低，而且普碳钢会加速氨分解或使氨过早氧化成氮。普碳钢耐热性能也不如耐热不锈钢，下圆锥体和下圆柱体用普碳钢制成，内衬石棉板和耐火混凝土，以减少热损失，且防止外层碳钢生锈。上下圆柱筒体之间用设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果耐热不锈钢法兰连接。3) 部件作用 设置托圈，将
9、铂网托起，并在法兰和法兰间夹有压圈，以夹紧铂网，为了防止铂网在气流和高温下下垂变形，在网的下面绷紧一些不锈钢钢条（格栅）支持铂网，在格栅下设置蓖楔将格栅撑住，由于反应温度高，气体膨胀有啸叫声，在下椎体内的孔板上堆放一些填料（瓷拉西环），消除噪音并起气体分部作用。圆锥体上装有三个视镜，用来观察网灼烧时的颜色以判断温度高低及网是否受热均匀。上圆柱体上有一正对着铂网中心的点火孔，作为开工时在此伸入点火器之用。铂网以上有一分析氨的取样口，下有一分析一氧化氮的取样口，分析后可求出氧化率。下圆柱体上有测温管口，用来插入热电偶，进行按自动调节和温度指示。4) 数据说明 氧化炉进出口管管径，上、下圆锥体高度铂
10、网直径是计算得出的（具体计算见P12-P14的“六七”两部分）。 氧化炉规格是查资料选取的。 炉体壁厚、石棉板厚、法兰、螺栓、螺母规格、格栅、托圈、孔板、支座尺寸等图上未算明的尺寸、规格、材料由设备专业人员确定。 管径，上、下椎体高度，氧化炉直径，取样口伸入内长度、各管口伸出长度、耐火混凝土厚是经验数据。 说明本图是设计简图，供设备专业人员用。2. 素瓷过滤器设计简图 素瓷过滤器可将流程前面的净化部分没有除去的混合气中的极小的灰尘截留住，从而延长了铂网再生周期，保证铂网使用期限，使铂网从连续生产20天延长到180天。 氨-空气混合气从下部进入素瓷过滤器，经过一些底部封闭的竖直放置的多孔性陶瓷管
11、（素瓷管），除去灰尘，从而达到进一步净化目的。1) 结构、材料、部件 上部有圆锥壳体，中部为圆筒体，下部为椭圆体设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果封头。圆锥壳体可使来混合均匀的混合气混合部分充分，提高氧化率，避免某些点上氨浓度过高或不足，圆柱筒体中部设置法兰，法兰之间夹有管板，管板上开孔，将素瓷管垂直插入。素瓷管以上的壳体为碳钢，内衬不锈钢。若采用碳钢会生锈，铁锈会使铂网中毒，采用铝强度低，只采用不锈钢，不仅厚度大、成本高，而且机械性能也不如碳钢内衬不锈钢。下部壳体采用碳钢，内部作防腐处理。设置人孔，用于制造时安装素瓷管和停车时清洗素瓷管之用。考虑到管板因素瓷管重力而向下弯曲
12、，以及安装、停车检修时工人要站在管板上，因此在管板下设置加固板。若流体流量大、压力大会使素瓷管被顶起，素瓷管凸像与管板咬合不紧时气体会短路，为防止这些情况发生，在管板上加上一压板。素瓷管随着灰尘积累，阻力会增大，此时需清洗。因此在素瓷管的上下壳体设有压力计管口，装上一压力计，显示素瓷管阻力（图中未画出）。2) 数据说明 进出口管径（368和 578），由计算得出（具体计算见P14-P15的“八” ）。 素瓷管规格，素瓷过滤器直径由资料得到（50/30，=762,268根）（1400） 人孔、法兰、管板、加固板、压板、支座尺寸、衬板厚、壳体厚等图中未标注的尺寸、规格材料由设备专业人员给定。3.
13、流程图综合各组员设计结果绘制而成。流程简述如下： 空气空气过滤器 风机 混合器 氨气 氨蒸发器 氨过滤器 素瓷过滤器氧化炉废热锅炉1) 各设备作用由于铂网对杂质很敏感，易中毒，空气中含有的灰尘和氨气中可能带来的铁粉等机械杂质遮盖在铂网表面，会造成中毒，有油污，也会降低活性，所以需要将空气和氨加以净化设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果装有粗毛呢装的空气过滤室、氨过滤器分别将空气和氨净化，风机使空气加压升温。氨蒸发器将液氨蒸发，避免氨气带液造成反应温度升高现象发生氨-空气混合器使氨-空气混合均匀，避免反应时接触区某些点上氨浓度过高而另一些点氨不足，而造成氧化率降低。 素瓷过滤器使
14、混合气中的小灰尘被截留。 氧化炉是氨氧化的反应设备。 废热锅炉则是热量回收装置，是反应后的气体降温后去吸收系统。汽包是与废热锅炉配套使用，产生蒸汽的。2) 阀门设置（特殊阀门说明） 风机出口处放置此阀，防止气体倒吹而使铂网被掀起，软水进出口处，则是防止供水水压突然下降时炉水、汽倒流，锅炉被烧干。 设置了氨气自动调节阀、软水自动调节阀、电磁阀氧化炉反应温度升高，氨自调阀调节氨量，防止爆炸。断电时，电磁阀自动切断，防止氨百分含量过高，引起爆炸汽包液位变化时，软水自调阀调节供水量。 安全阀。汽包上采用。汽包压力计升高超过允许值时，阀门自动开启，起到超压保护作用。 疏水阀。氨蒸发器的排冷凝水管线上自动
15、排泄蒸发器中产生的凝结水，同时阻止蒸汽逸出。 放空阀。鼓风机出口、汽包、电磁阀附近起到泄压作用。 放空阀、蒸发管道阀门采用闸阀。 副线阀。自动阀出故障或检修时用调节鼓风机气量。3) 控制点设置 流量计。空气流量、氨气量、二次空气、蒸汽便于生产操作。 压力计。空气、氨气、蒸汽、软水、汽包。空气、氨气、软水：便于生产操作控制。蒸汽、汽包：保护设备，防止爆炸。 温度计。反应器温度、反应温度。反应温度：控制氨量。 压差计。素瓷管阻力。设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果 取样。反应前后气体，锅炉排污。分析反应前后气体，可知氧化炉。分析锅炉排放污水，可以了解锅炉水质情况，并加以控制。 液
16、位计。汽包上采用。素瓷过滤器只有一压差计，通过测量素瓷管阻力，从而判断是否该清洗。4) 说明 氨气、软水以及加热锅炉用的蒸汽是由外而供应的。 二次空气、副产蒸汽是供出的。 素瓷过滤器及附属管道上的仪表要求：仪表编号名称介质仪表测量范围数量Pd101素瓷管阻力NH3-airU型管压差计0600mmHg1T102混合气温度NH3-air热电偶14. 平面布置图平面布置图是根据流程图、设备外行尺寸、管道过接等等绘制而成的。1) 平面布置图大约情况厂房分两层：一层的右边为空气过滤室，左边靠的是风机房。鼓风岗位操作室设备置在风机房的左边，氨蒸发器、氨过滤器设在厂房外，混合器在设在厂房里，与氨过滤器同轴线
17、。二层：混合器的正上方为素瓷过滤器，同水平线上，设置氧化炉的进气管，前方为汽包，氧化操作室和铂网再生室在二层右侧。2) 设计特点 厂房外形采用长方形，便于布置，节约用地，有利于缩短管线，易于安排交通出入口。 设备布置时考虑到工艺流程顺序，保证水平方向和垂直方向连续性。如混合器正上方就是读瓷过滤器，氧化炉与废热锅炉也是如此。 操作维修方便，将氧化操作室、铂网再生室与氧化炉设在同一层楼。 设备布置时考虑到有足够的操作，通行及检修需要的位置。如氧化炉与素瓷过滤器的间距取3m。设计计算说明书设计计算内容计 算 及 说 明计算结果 尽可能缩小设备间管线，将风机房、氨过滤器设在混合器旁，素瓷过滤器与氧化炉
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