中压法合成氨-1.2万吨.doc

过控专业综合课程设计
任 务 书

设计题目：中压法合成氨（年产1.2万吨）
学院： 专业： 班级：
学生： 指导教师： 系主任: （签名）
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）；管路布置图1张（图幅3号）。
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

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》

6

摘 要

从合成氨的定义，应用与发展以及合成的原则方法入手，通过对比分析，确定了采用中压法合成氨的思路，并结合传统工艺流程，设计出氨合成的工艺流程新方案，提出立式与卧式氨冷器并用的方法，有效的降低了滤油器和冷凝塔的负荷，并对其和方案进行了可行性的论证分析，并对合成塔和水冷却器进行了物料衡算和能量衡算，最后对主要设备进行了设备选型，并对其作用和原理进行了分析说明。

关键字：合成氨；中压法；工艺流程；设备选型

目 录

任 务 书 I
摘 要 II
前 言 1
第一章 概述 2
1.1 合成氨的定义 2
1.2 合成氨的用途和发展 2
1.3 合成氨的原则流程工艺 2
1.4 原则流程论述 3
第二章 工艺流程论证 4
2.1 合成氨方案的确定 4
2.2 中压法合成氨工艺流程设计 4
2.3 中压法合成氨工艺流程简图 5
2.4 中压法合成氨工艺流程条件 5
2.4.1 压强 6
2.4.2 温度 6
2.4.3 空间速度 6
2.4.4 氢氮比 6
2.4.5 进塔气中惰气的含量 6
2.4.6 催化剂的粒径 6
2.5 中压法合成氨工艺流程阐述 7
2.6 中压法合成氨工艺流程论证 7
第三章 物料衡算 10
第四章 能量衡算 12
第五章 典型设备选型及论证 14
5.1 合成塔 14
5.2 水冷器 15
5.3 氨分离器 15
5.4 冷凝塔 16
5.5 氨冷器 17
5.6 循环机 17

参 考 文 献 19
致 谢 20

前 言

本题目是过程装备与控制工程专业的大四上学年的专业综合课程设计，培养大家正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严谨求实的科学态度和勇于探索的创新精神；同时其也是我们学习化工设计基础知识，培养化工设计能力的重要教学环节，通过这一实践教学环节的训练，使我们掌握化工单元过程及设备设计的基本程序和方法，熟悉查阅和正确使用技术资料，能够在独立分析和解决实际问题能力方面有较大提高，增强工程观念和实践能力。换句话说，为了让我们顺应时代的发展，适应社会的快节奏，通过此次课程设计让我们顺利完成学业，同时让我们更好的成才。
为更好的完成本次设计，我实行了“三步走”战略，第一步：对题目进行系统分析，并到图书馆查阅和收集相关资料，并对资料进行了初次整理；第二步：结合设计题目要求，制定了相应的设计计划，对资料进行了二次整理，并完成设计论文的初稿；第三步：结合资料，对论文初稿作出相应修改，完成相应的任务，并提出自己独到的看法。在这个过程中，我按照“三步走”的计划，比较顺利的完成了资料的收集，整理，论文的初稿和最后的定稿工作，在这个过程中，我体会到要想做好一件事真的不容易，但是只要坚持不懈，只要自己不泄气，不放弃，那么就一定能够取得胜利。在期间我得感谢我们的成套设备的优秀的专业老师，周高工，是他无私的把他的知识教给我们，才能够使我顺利的完成设计题目，我在此对他说声，谢谢。
本文从合成氨的定义，应用与发展以及合成的原则方法入手，通过对比分析，确定了采用中压法合成氨的思路，并结合传统工艺流程，设计出氨合成的工艺流程新方案，提出立式与卧式氨冷器并用的方法，有效的降低了滤油器和冷凝塔的负荷，并对其和方案进行了可行性的论证分析，并对合成塔和水冷却器进行了物料衡算和能量衡算，最后对主要设备进行了设备选型，并对其作用和原理进行了分析说明。
本次设计的顺利完成，使我自己学习到很多知识，通过课程设计，同时也使我在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。无论是在现在还是以后，我相信这都是我人生的宝贵财富。
第一章 概述
1.1 合成氨的定义
合成氨的原料是H2和N2。N2来源于空气，可以在制氢的过程中直接加入空气，或在低温下将空气液化、分离而得；H2来源于水或含有烃的各种燃料，工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重油等燃料与水蒸气作用的气化方法。H2 和N2在高温高压和催化剂的作用下合成，分离得到氨。其中决定合成氨的重要因素是铁催化剂的活性，反应所产生的氨与氮气、氢气的分离以及氮、氢气的循环使用。
1.2 合成氨的用途和发展
合成氨可用来制造硝酸、硝酸盐、铵盐、氰化物等无机物，也可用来制造胺、磺胺、腈等有机物。氨和这些含氮化合物是生产燃料、炸药、医药、合成纤维、塑料等的原料。氨除了本身可以作为肥料外，它是进一步制取各种氮肥的原料。氮肥是现代农业生产比不可少的，年增加率达7%。目前有氨制成的氮肥，最重要的是尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵等。氨用于生产各种氮肥约占其总产量的80%~90%。
氨的合成使人类从自然界制取含氮化合物的最重要方法。氮则是进一步合成含氮化合物的最重要原料，而含氮化合物在人民生活中都是必不可少的。1977~1978年，世界含氮化合物产量为4935万吨氮，1980~1981年则达6284万吨。
鉴于氨在国民经济中的重要性，许多国家都集中主要力量解决与合成氨有关的技术和理论问题。如高压技术、煤的气化、深冷技术、气体净制、特种钢材、催化理论等。因此，合成氨的发展，又在理论上和技术上指导了其他新型的工业，如人造石油、甲醇、尿素的合成、乙烯的高压聚合等。
1.3 合成氨的原则流程工艺
原料
造 气
净化
合成
分离
氨
循环气（压缩）

图1-1：原则流程图
合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整个工艺过程的核心。
1.4 原则流程论述
合成氨的生产过程主要包括4个步骤：
1：造气，即制备含有氢、氮的原料气；
2：净化，不论选择什么原料，用什么方法造气，都必须对原料气进行净化处理，以除去氢、氮以外的杂质；
3：压缩和合成，将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂于高温条件下合成为氨；
4：分离，将合成反应后的氨混合气中的氨分离出来。
第二章 工艺流程论证
2.1 合成氨方案的确定
目前氨合成的方法，由于采用的压力、温度和催化剂种类的不同，一般可以分为低压法、中压法和高压法三种。
低压法：操作压力低于20Mpa的称为低压法，操作温度450~550℃。采用活性强的亚铁氰化物作催化剂，但它对毒物很敏感，所以对气体中的杂质（CO、CO2）要特别严格。该法的优点是由于操作压力和温度较低，对设备、管道的材质要求低，生产容易管理。但低压法合成率不高，合成塔出口气中含氨约8%~10%，所以催化剂的生产能力比较低；同时由于压力低，必须将循环气冷至-20℃的低温才能使气体中的氨液化，分离比较安全，所以需要设备庞大的冷冻设备，使得流程复杂，而且生产成本较高。
高压法：操作压力为60Mpa以上的称为高压法，其操作温度为550~650℃。高压法的优点：氨合成的效率高，合成塔出口气中含氨达25%~30%，催化剂的生产能力较大。由于压力高，一般用水冷的方法气体中的氨就能得到较完全的分离，而不需要氨冷。从而简化了流程；设备和流程比较紧凑，设备规格小，投资少，但由于在高压高温下操作，对设备和管道的材质要求比较高。合成塔需用高镍优质合金钢制造，即使这样，也会产生破裂。高压法管理比较复杂，特别是由于合成率高，催化剂层内的反应热不易排除而使催化剂长期处于高温下操作，容易失去活性。
中压法：操作压力为20~35Mpa的称为中压法，操作温度为450~550℃。中压法的优缺点介于高压法与低压法之间，但是从经济效果来看，设备投资费用和生产费用都比较低。
氨合成的上述三种方法，各有优缺点，不能简单的比较其优劣。目前，世界上合成氨总的发展趋势都产用中压法，其压力范围为30~35Mpa。中国目前新建的中型以上的合成氨厂都采用中压法，操作压力为32Mpa。所以综上所述，本次设计采用中压法合成氨。
2.2 中压法合成氨工艺流程设计
该工艺流程主要包括以下几个步骤：
①：不断补充新鲜氮氢混合气进入回路；
②：循环气的预热与氨的合成；
③：氨的分离；
④：热能的回收利用；
⑤：为补偿回路气体压力损失而设置循环气压缩机；
⑥：为避免新鲜氮氢混合气中少量甲烷和氩等惰性气体在回路中积累过多，必须排放适量的循环气。
氨分离器
水冷却器
滤油器
循环系统
冷凝塔
氨冷器
I
氨
合
成
塔
氨冷器II
新鲜
混合气
液氨
来自储槽
气氨
去储罐
气氨
循环
冷却回水
冷却
上水
油杂质
液氨
液氨
图2-1：工艺流程图
2.3 中压法合成氨工艺流程简图

2.4 中压法合成氨工艺流程条件
化学反应方程式：

氨的合成反应是放热可逆和体积缩小的反应，在催化剂的活性温度范围内转化率很低，为了提高转化率，反应需在高压下进行。由于转化率仍旧较低，因而，采用了循环流程，原料的利用率是很高的。因此，氨合成过程中除了考虑平衡氨含量外，主要优化目标不是原料利用率，而是降低动力消耗和提高设备的生产强度。这些技术经济问题，必将是在讨论工艺条件、合成塔构造以及生产流程时将起着决定性的影响。
2.4.1 压强
提高压强有利于提高平衡氨的浓度，也有利于加快反应速率。同时压力高时，氨分离流程还可以简化。但高压动力消耗大，对设备材料和加工制造要求高；高压和较高的温度下，催化剂使用寿命较短。由于采用的是中压法，压强一般在20~35Mpa之间。
2.4.2 温度
氨的合成是气固催化反应，最优的工艺条件必须根据催化剂的性能而定。催化剂对工艺条件的限制，主要是活性温度。由于氨的合成是可逆放热反应，最优反应温度由高而低地变化着。生产上选用的反应温度就是催化剂的活性温度（400~520 ℃ ）。
2.4.3 空间速度
空间速度是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量（标准状态下的体积），单位是 。空间速度的倒数为平均逗留时间，例如空间速度30000的平均逗留时间是3600/30000=0.12s。
2.4.4 氢氮比
化学动力学指出，氮的活性吸附是控制阶段，氢氮比低于3时比较有利。实验证明，在32MPa、450 ℃、催化剂粒度为1.2~2.5mm、空速为24000h-1 的条件下，氢氮比为2.5时，出口氨浓度最大。生产上为了追求高速率，同时又要保持生产稳定，可以采取这种办法：新鲜气体的氢氮比等于3，循环气体略低于3。
2.4.5 进塔气中惰气的含量
为了控制惰气的含量不超过一定限度，生产上采取放掉一部分循环气体的办法。然而循环气的弛放量越多，原料气的损失也就越多。因此，进塔气中的最优惰气含量应该在原料利用率和反应速率的经济效益对比中确定。
2.4.6 催化剂的粒径
在以铁为主的催化剂（铁系催化剂）有催化活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。催化剂的活性成分是金属铁，而不是鉄氧混合物。使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还原为具有较高活性的a型氧化铁。它们疏松地附在氧化铝的骨架上，还原前后表现容积并无显著改变，因此，除去氧后的催化剂便成为多孔的海绵状结构。催化剂的颗粒密度（表面密度）与纯铁的密度（7.86g/cm3）相比要小得多，说明孔隙率是很大的，一般孔呈不规则树枝状。还原态催化剂的内表面积约为4~6m2/g。反应初期，反应温度在440~470°C范围内，使用粒径0.6~3.7mm的催化剂较为合理;在反应后期,反应温度在420~440°C范围内，使用粒径8~16mm的催化剂较为合理。
2.5 中压法合成氨工艺流程阐述
由压缩机送来的新鲜氮氢混合气先在氨冷器I中降温，从30~45℃降到0~5℃，然后进入滤油器与循环压缩机来的循环气汇合之前，在滤油器内除去这两部分气体的油、水等杂质，同时，新鲜气带入的微量CO2和H2O也会与循环气中的NH3作用生成碳酸氢铵结晶（NH4HCO3），一并在滤油器中除去。从滤油器出来的气体，温度为20~35℃，进入冷凝器上部的热交换器管内，在此处被从冷凝塔下部氨分离器上升的冷气体间接降温到10~20℃，然后进入氨冷器II，在氨冷器II内，气体在高压盘管内流动，液氨在管外蒸发而吸取了热量。管内气体进一步被冷却到-5~5度，并使循环气体中的气氨进一步冷凝为液氨。氨冷器出来带有液氨的循环气，进入冷凝塔下部的氨分离器，以分离液氨。在此，气体中残存的微量水蒸气、油及碳酸氢铵，也被液氨洗涤随之除去。除氨后的循环气上升至上部热交换器的管间，被管内的热气体预热至20~40℃出冷凝塔，分两路进入合成塔，一路是主线（大量）经主阀由塔顶入塔，另一路副线（其量由反应温度需要而定）经副阀从塔底进入作调节催化剂层温度之用。进合成塔的循环气中，含氨量约2.8%~3.8%。自合成塔出来的气体，温度在230度以下，含氨量13%~17%，经水冷器间接冷却至25~50℃，使大部分气氨初步液化。从水冷器出来带有液氨的循环气，进入氨分离器分离液氨。在氨分离器的气体出口管上设有放空管，可排放惰性气体。从氨分离器出来的气体进入循环压缩机，经压缩补偿系统压力损失以后，又开始下一个循环，如此实现连续生产。同时，从氨分离器和冷凝塔不断地分离出液氨。经减压至1.6~1.8Mpa，由液氨管道送往液氨仓库。
2.6 中压法合成氨工艺流程论证
净化后的新鲜原料气在与循环气混合之前先降温，从30℃~45℃降到0℃~到5℃，以降低气体中水和油的分压；同时在油过滤器后增设氨冷器II，将补充气在进入氨冷器II之前与循环气汇合，在滤油器内除去这两部分气体的油、水等杂质，同时，新鲜气带入的微量CO2和H2O也会与循环气中的NH3作用生成碳酸氢铵结晶（NH4HCO3），一并在滤油器中除去，然后进入分离器分离。
为使气体到氨合成时所要求的压力，需将经过精制净化除去有害成分的氢氮混合原料气经压缩机进行压缩，由于压缩后气体中夹带油雾，新鲜原料气的引入循环压缩机的位置均不宜在氨合成塔之前，需经滤油器除油后再引入合成塔。同时循环压缩机还应尽可能设置在流程中气量较小，温度较低的部位，以降低功耗。为避免气体带油，目前已推广无油润滑的往复式压缩机或采用离心式压缩机，以便从根本上解决气体带油问题，并使流程简化。
氢氮混合气体需预热到接近反应温度后进入催化剂层，才能维持氨合成反应的正常操作，反应前的氢氮混合气是用反应后的高温气体预热的。这种换热过程一部分在催化剂床层中通过换热装置进行，另一部分在催化剂床层外的换热设备中进行。合成过程中的反应热有很大回收价值，还可以在反应器之外设置废热锅炉来副产蒸汽。
进入氨合成塔的氢、氮混合气，一次通过催化剂层的单程转化率是有限的，大部分氢氮气并没有反应，所以必须将出合成塔气体中氨分离出来，得到纯净的氨产品，同时将未反应的氢氮气体送入合成塔循环使用。从氢氮混合气体中分离氨的方法大致有两种：
（1） 水吸收法 氨在水中溶解度很大，与溶液成平衡的气相氨分压也很小，因而用水吸收法分离氨的效果很好。但是气相也会被水蒸气饱和，为防止催化剂中毒，循环气需严格脱除水分后才能循环送入合成塔。水吸收法得到的产品是浓氨水，若要制取液氨还必须经过氨水蒸馏及气氨冷凝等步骤而消耗一定的能量，所以工业上用该法分离氨的较少。
（2） 冷凝法 由于气氨容易液化，在压力条件下，采用一般降温的方法就可使气氨液化成液氨，而循环气中其他气体由于沸点很低，仍呈气态，所以可使氨从中分离出来。但冷凝法不可能达到百分之百氨分离的目的，氨的液化分离效率与温度、压力及分离器的结构等因素有关。例如操作压力在45Mpa以上时，用水冷却降温即能使氨冷凝；操作压力在20~30Mpa时，水冷降温仅能分出部分氨，气相尚含氨7%~9%，需进一步以液氨作冷冻剂降温到0度以下，才能使气相中的氨含量降至2%~4%，以符合循环气体回合成塔使用的条件。
本流程图中的氨分离器设置在水冷却器之后，从合成塔出来的含氨量为14%~20%的混合气体温度在180℃~230℃之间，高温混合气通过水冷却器内被冷却至20℃~40℃，部分气氨被冷凝下来，进入氨分离器中减压分离出液氨。液氨在氨分离器中与循环气体分开，减压过程中溶解在液氨中的氢、氮气及惰性气体大部分可减压释放出来。然后通过循环压缩系统压缩作为补充气与新鲜原料气汇合。
在合成塔中参加反应的原料氢、氮量可用氨合成率来表示（氨合成率是参加反应的氢氮量占反应前氢氮量的百分数），一般氨合成率只有25%，因而有75%的氢氮气体为参加反应，经分离氨后的循环气用循环压缩机补充压力，与新鲜原料气汇合，重新进入合成塔进行反应。 循环压缩机进出口压差（即气体增压）约为2~3Mpa，它说明了整个合成循环系统阻力降得大小。采用循环法操作时，新鲜原料气中的氢和氮会连续不断地合成为氨，而惰性气体除一小部分溶解于液氨中被带出外，大部分会在循环气中积累下来。因此，在工业生产中，常采用放空的方法，即将一部分含惰性气体较高的循环气体连续或间断地排出氨合成系统，以维持循环气体中惰性气体含量稳定。
综合以上特点，该工艺流程能够实现氨的合成工艺，能够达到循环操作，连续不间断的工艺效果，同时为能够维持系统的稳定性，采用适当的放空，具有一定的可行性。

第三章 物料衡算
由本题目中要求产量为年产1.2万吨，则以一年中除去维修时间后以一年330天计算，一天24小时，所以设每小时的氨产量为G：

在本设计中以合成塔为例，作其物料衡算：（数据为假设值）
表3-1 各点处气体组分
气体名称
H2 %
N2%
CH4%
Ar%
NH3%
进塔气
61.5
20.5
8
6
4
出塔气

16.8
合
成
塔
H2 61.5%
+N2 20.5%
NH3 16.8%

图3-1：氨合成塔物料衡算
根据产量与合成塔进出口氨含量，计算合成塔进出口气量及组成：
则： =
公式中 —合成塔进口气量，；
—产量，；
—塔出口气中的氨量，%；
—塔进口气中氨含量，% 。
故： ==
=
表3-2 各点处气体组分百分比
气体
组成
%
合成塔进口气体
合成塔出口气体
%

%

N2
20.5

19.36

H2
61.5

50.61

CH4
8

8.98
65.06
Ar
6

4.25
48.79
NH3
4

16.8

100
813.31
100
724.18

第四章 能量衡算
设各点的温度和压力为：
表4-1 测量各点的温度和压力
位置
循环机
滤油器
氨冷器
合成塔
氨分离器
进口
出口
出口
进口
出口
进口
出口
出口
温度℃
35
44
40
25
1
20
210
35
压力Mpa
29
32.4
32.4
31.8
31.6
31.4
29.6
29.2
本设计中以合成塔出口处数据为例：即对水冷器作能量衡算：
压力为29.6Mpa，温度为210℃。氨含量为16.8%是混合气体的热容由《氮肥工艺设计手册》理化数据分册图1-10查得，。求得气体带入的热量：
则：
液氨在35℃下的冷凝热为268.32 kJ/kg 氨，冷凝氨量为48.71 kg.mol/h，故冷凝热为:
则：
出口气量为，查得混合气体的，液氨比热为，故气体带走的热量为：
则：
水冷器移走的热量为：
则：
若冷却水进口温度为30℃，出口温度为40℃，则用水量为V：
则：

第五章 典型设备选型及论证
5.1 合成塔
合成塔包括外壳和内芯两个部分。
外壳需保证气体能够处于高压下，因此必须坚固。根据强度高，容积大，易加工等要求，外壳一般都制成长筒形。由于采取降温措施，外壳温度一般不超过50-60 ℃。所以，对外壳材料并不强调要耐氢、氮腐蚀，外壳通常是用高强度、低合金钢制成。
内芯供气体进行预热、反应和冷却之用。内芯由于处于高温、高压下，必须采用耐氮、氢腐蚀的特种合金钢，但内芯处于外壳内，压差很小，可以单薄一些，即使腐蚀损坏了，也可以更换。由此可见，把合成塔分成外壳和内芯两部分是节省大量合金钢、降低投资的重要措施。
本设计采用单管并流氨合成塔；单管并流氨合成塔的内件结构是内部换热合成塔的形式之一。它是由催化剂筐和下部换热器组成。催化剂筐内设有单层冷管、集气环、引气管以及电加热器中心管，下部换热器采用列管式。
3
4
5
1
21
7
6
图5-1：1—主进气口；2—催化剂筐；3—合成塔外筒；4—换热器； 5—副进气口；6—中心孔；7—排气孔

该结构的特点是冷管内气体移走的热量与催化剂层内氨合成放热规律基本一样。即上部催化剂层气体中氨含量较低，反应速度大，单位体积催化剂放出的热量多，而上部冷管内正好是温度较低的气体，温差较大，移走热量也多；下部催化剂层反应和放出的热量较少，而此时冷管内气体温度较高，管内外温差较小，冷管移走的热量也越少。从结构上看，它是用两根直径较大的升气管代替三套管中几十根两层内冷管，把气体从底部换热器引到催化剂上部冷管的管环中，以上下环管代替结构复杂的分气盒，加工方便、结构紧凑和容积利用系数高。以单管代替三套管，既节省钢材的消耗，又增加了催化剂的填装量，还降低了催化剂床的阻力。
5.2 水冷器
水冷器的作用是冷却从合成塔出来的反应后气体，使气体的温度降低至40℃以下，并使其中部分的气氨凝结成液氨。
本设计采用套管式。由两层套管组成的多组排管。内层为高压管，外层管位低压管。高温气体从上部进入高压管内，从下部出来后温度为40℃的高压气体，进入氨分离器。冷却水自下而上在套管内流动，以冷却高压管内的气体。一般在上部几排用以加热供锅炉用的软水以回收部分反应热。
该结构的特点是传热效率比较高，操作环境好。缺点是水质要求比较高，清洗较为麻烦，钢材消耗量大，占地面积也比较大。
5.3 氨分离器
氨分离器是用来分离经过水冷器以后循环气中凝结的液氨，分离下来的液氨经液面控制机构减压后送往液氨储罐。
本设计采用多层套筒式。分离器内件由固定在外层上部的多层套筒（三层或四层）组层。套筒之间形成环隙。

图5-2：1—循环气入口；2—筒体；3—内件；4—液氨排出口；
5、6—液面计接口；7—循环气出口；8—上盖
1
2
3
4
5
6
7
8

每层套筒均开有许多长方形槽孔，各层槽孔排列位置互相错开，以使气液混合物（液氨是以雾滴状分散在循环气流中）不断改变流动方向。带有液氨雾滴的循环气，由筒体上部侧面进入，沿筒体与外套筒环隙向下流动，当气体出环隙到达筒体中部时，由于流速的突然降低，气体中较大的液滴便得到分离。然后气体由最外层套筒上的方形槽孔进入，依次曲折经第二、三和第四层，由于气体流速及流向的不断改变，以及气体不断与各层套筒碰撞，更多的液氨被分离下来。同时，较小的液氨雾滴也会凝聚增大，由于重力的作用，沿着筒壁流下，达到分离的目的。分离掉液氨的气体，经中心圆筒上部引出氨分离器。液氨经减压后送往氨库。
该分离器结构比较简单，制造和安装方便。缺点是处理能力比较小。
5.4 冷凝塔
冷凝塔（又称冷热交换器）有两个作用。一个作用是将进入氨冷器的热气体和氨冷器出来的冷气体进行换热，以回收部分能量。另一作用是分离循环气体中夹带的液氨。
冷凝塔内件由上部列管换热器和下部氨分离器组成。分离下来的液氨，由液面控制机构减压后送往氨库。分离器内维持一定高度的液面，以防止高压气体窜到中、低压系统而发生事故。
5.5 氨冷器
氨冷器有如下两个作用：一个作用是利用液氨的低压下汽化吸收大量的蒸发潜热，将高压管内的气体温度由5~15℃降到-5~10℃，是循环气体中更多的气氨冷凝下来，然后到冷凝塔中进行分离；另一个作用是利用冷凝下来的液氨洗涤新鲜气中的催化剂毒物。液氨洗涤的作用是，一方面降低温度，使气相中油水的分压减小，另一方面是将油水及碳酸氢铵等杂质溶洗掉。
本设计采用两种氨冷器：氨冷器I（立式），氨冷器II（卧式）；
在氨冷器中，液氨在列管外蒸发以冷却管内的高压气体，蒸发出来的液滴回至氨冷器，出除沫器的气氨由氨总管送往氨加工系统或冰机系统。
5.6 循环机
循环机的作用有二：一是补充循环气在循环流转中的压头损失；二是通过循环机上设置的副线，可以用调节循环机打气量的办法控制合成塔的温度。
目前使用的循环机有活塞式和离心式，其特点分别是：
（1） 活塞式压缩机 由气缸、活塞、十字头、主轴以及电机等部件组成。当电机带动主轴转动时，通过曲轴连杆机构将旋转运动变为往复运动，使气缸内的活塞来回运动压缩气体。气缸是由锻件制成的，内嵌有铸铁缸套，磨损了可以更换。活塞为滑动式，上面开有四道凹槽，槽内装有灰铸铁制成的活塞环，以防止活塞两侧串气而降低循环机的打气量。气缸两侧装有气阀，一侧为入口，另一侧为出口，分别于进气管和出气管相连接。进出管之间装有一副阀，作为调节气量和开停车气体循环之用。今年来，灰铸铁活塞环合巴氏合金填料，逐渐为有机材料或粉末冶金加入有机材料所代替，因为这些材料具有比较好的机械和物理性能。
（2） 离心式压缩机 离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机（即透平式压缩机）。在离心式压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。早期，由于这种压缩机只适于低，中压力、大流量的场合，而不为人们所注意。但近来，由于化学工业的发展，各种大型化工厂，炼油厂的建立，离心式压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，而占有极其重要的地位。随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高，又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心式压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复压缩机，而大大地扩大了应用范围。工业用高压离心压缩机的压力有（150~350）Mpa的，海上油田注气用的离心压缩机压力有高达700×105Pa的。作为高炉鼓风用的离心式鼓风机的流量有大至7000m3/min，功率大的有52900KW的，转速一般在10000r/min以上。
在该流程中综合考虑循环机中的活塞式和离心式；由于离心式压缩机的压力范围广，振动噪声低，操作弹性好等优点，所以选用离心式压缩机。
表5-1：设备详细表
顺序号
设备序号
设备名称
设备台数
备注
1
E0401
氨冷器I
1

2
E0402
氨冷器II
1

3
V0401
滤油器
1

4
E0403
冷凝塔
1

5
T0401
合成塔
1

6
E0404
水冷却器
1

7
V0402
氨分离器
1

8
C0401A/B
循环压缩机
2
一用 一备用
参 考 文 献

［1］黄振仁，魏新利主编. 过程装备成套技术. 北京：化工工业出版社.2008.5
［2］黄振仁，魏新利主编. 过程装备成套技术设计指南. 北京：化学工艺出版社.2002
［3］孙广庭，吴玉峰等主编. 中型合成氨厂生产工艺与操作问答. 北京：化学工业出版社1985年7月
［4］康勇，张建伟，李桂水等主编 . 过程流体机械.北京：化学工艺出版社2007
［5］ 李本高主编.现代工业水处理技术与应用(第三版).中国石化出版社.2001年
［6］ 宋岢岢主编. 压力管道设计及工程实例. 北京：化学工业出版社.2007.9
［7］ 冷干良，陆清，宋志轩等主编. 化工单元操作及设备. 北京：化学工业出版社.2007.8
［8］ 陈志平，曹志锡，潘浓芬等主编. 过程设备设计与选型基础. 浙江：浙江大学出版社. 2005.9
［9］ 宋景智主编.化工工艺管道安装工程预算编制与校审. 北京：化学工业出版社.2002.10
致 谢

在设计中，我实行了“三步走”战略，第一步：对题目进行系统分析，并到图书馆查阅和收集相关资料，并对资料进行了初次整理；第二步：结合设计题目要求，制定了相应的设计计划，对资料进行了二次整理，并完成设计论文的初稿；第三步：结合资料，对论文初稿作出相应修改，完成相应的任务，并提出自己独到的看法。在这个过程中，我按照“三步走”的计划，比较顺利的完成了资料的收集，整理，论文的初稿和最后的定稿工作，在这个过程中，我体会到要想做好一件事真的不容易，但是只要坚持不懈，只要自己不泄气，不放弃，那么就一定能够取得胜利。
在期间我得感谢我们的成套设备的优秀的专业老师，，是他无私的把他的知识教给我们，才能够使我顺利的完成设计题目，我在此对他说声，谢谢。同时，我也要感谢我的所有专业老师，是他们教会我知识的同时，更教会了我学习知识的能力，我相信这是笔丰富的财富，定会使我终生受益，谢谢你们。再次我以万分敬意对我给予帮助和支持的老师，以及和我同组的同学，说一声谢谢你们。