【正文】 是我國(guó)目前占氮肥生產(chǎn)總量60% 左右的中小型氮肥廠亟待要解決的問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)調(diào)整包括原料結(jié)構(gòu)、品質(zhì)構(gòu)調(diào)整。在合成氨裝置大型化的技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中, 其焦點(diǎn)主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備, 即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術(shù)、合成氣壓縮機(jī)。生產(chǎn)過(guò)程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物, 實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。故流程、設(shè)備都比較緊湊。 中壓法操作壓力為20～60MPa，溫度450～550℃，其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好?？偟膩?lái)看，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。(2)新鮮氮?dú)錃饨M成如下表：組成H2N2CH4Ar合計(jì)摩爾分?jǐn)?shù)/%100(3)合成塔入口氣：yNH3 %，yCH4+%。(7)其他部位的溫度和壓力，見(jiàn)流程圖。 物料流程示意圖流程簡(jiǎn)介：在油分離器出口的循環(huán)氣中補(bǔ)充從凈化工序送來(lái)的新鮮氮?dú)錃?，進(jìn)入冷交換器和氨冷器進(jìn)一步冷卻，使其中的氨氣絕大部分被冷凝分離出去。在油分離器出口補(bǔ)充了新鮮氮?dú)錃馊肜浣粨Q器。從整個(gè)系統(tǒng)而言，進(jìn)入系統(tǒng)的是新鮮氮?dú)錃猓x開(kāi)系統(tǒng)的是產(chǎn)品液氨、馳放氣、和空氣。因此NH3: y3,NH3=3% (已知)H2: y3,H2=1003+34100%=%N2: y3,N2=1003+14100%=%CH4: y3,CH4=% +=%Ar: y3,Ar=+=%入塔氣組成列入下表(包括3,4,5點(diǎn))組分NH3H2N2CH4Ar合計(jì)摩爾分?jǐn)?shù)/%100 合成塔出口氣組成(6點(diǎn))假定入塔器為100kmol,列方程求解。合成率 η=2nNH3n3(1y3,NH3y3,CH4y3,Ar) =2()100%=% 氨分離器出口氣液組成計(jì)算FFiV,yiL,xi設(shè)合成反應(yīng)后在水冷器內(nèi)部分氨被液化，氣液已達(dá)到相平衡。假定F=1kmol對(duì)于每個(gè)組分的物料平衡： F?Fi=V?yi+L?xi=Fi (1)根據(jù)氣液平衡關(guān)系 yi=mi?xi (2)式中：mi為各組分的相平衡常數(shù)。組分FNH3FH2FN2FCH4FAr合計(jì)摩爾分?jǐn)?shù)1查t=35℃，p=30MPa下各組分的相平衡常數(shù)(mi)mNH3mH2mN2mCH4mAr38先設(shè)R=VL=12，假定入口氣液混合物量F=1kmol并假定ε≤。VL==%≥ 設(shè)R=VL=，計(jì)算得VL39。VL=設(shè)R=VL=，計(jì)算得VL39。VL=在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認(rèn)定VL=。因此在冷交換器中的氨分離器分離出的液氨，應(yīng)與出口氣成平衡，由氣液平衡關(guān)系可以求出。根據(jù)物料衡算按下式計(jì)算混合后液氨組成。(假定入槽液量F=1kmol)Li=FiVLmi+1則液氨中各組分的物質(zhì)的量：NH3:LNH3=H2:LH2=N2:LN2=CH4:LCH4=Ar:LAr=L=∑Li= V=VL39。VL=在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認(rèn)定VL=≈。=L19,iL1939。補(bǔ)充氣 V補(bǔ)=V1放空氣 V放=V12馳放氣V馳=V20V入=V3產(chǎn)品液氨L21V出=V6合成塔貯槽 合成循環(huán)回路簡(jiǎn)圖以1t產(chǎn)品氨為基準(zhǔn)，(液氨折成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積)。NH3:V6,NH3=H2: V6,H2=N2: V6,N2=CH4: V6,CH4=Ar: V6,Ar=(4)廢熱鍋爐出口，熱交換器出口和軟水預(yù)熱器出口物料，組成未發(fā)生變化與合成出口相同，即V6=V7=V8=V9=(5)水冷卻器和氨分離器物料量a．水冷卻器入口氣即軟水預(yù)熱器出口氣V9。即V10=V9=經(jīng)氨分離器后，分為氣相和液相兩股物料。所以 V13=V14=V11V12==其中各組分的量按照V13,i=V13?y13,i計(jì)算。NH3:V2,NH3=H2: V2,H2=N2: V2,N2=CH4: V2,CH4=Ar: V2,Ar=d. 冷交換器入口氣體組成(2點(diǎn))：按照y2,i=V2,iV2計(jì)算。NH3: L18,NH3=H2: L18,H2=N2: L18,N2=CH4: L18,CH4=Ar: L18,Ar=g. 液氨貯槽物料衡算(均以標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積計(jì))進(jìn)入貯槽的液氨量：L19=L17+L18=貯槽中排除產(chǎn)品液氨的量：L21=L19V20==(標(biāo)準(zhǔn)狀況)結(jié)果與計(jì)算基準(zhǔn)基本一致。 合成塔一次入(3點(diǎn))，一次出(4點(diǎn))，二次入(5點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH33H2N2CH4Ar∑100 合成塔出口(6點(diǎn)和7,8,9，10點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 氨分離器出口氣(11點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 循環(huán)機(jī)入，出口(13,14點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 放空氣(12點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100(1點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH30000H2N2CH4Ar∑100 冷交換一入(2點(diǎn))，一出(15點(diǎn))，二入(16點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 氨分離器出口液氨(17點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 冷交換器出口液氨(18點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 馳放氣組成(20點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑100 液氨貯槽入口(19點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑ 產(chǎn)品液氨(21點(diǎn))組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m3/t NH3m3/hkmol/hNH3H2N2CH4Ar∑1003 能量衡算 根據(jù)已知條件和物料衡算結(jié)果，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行能量衡算。溫度基準(zhǔn)為O℃( K，計(jì)算中涉及的溫度實(shí)為溫差)。合成塔內(nèi)溫升核算：由于二次入塔溫度為180℃，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后，溫度升高后的數(shù)值，應(yīng)為出口氣體溫度。h1項(xiàng)目熱量/一次入塔氣Q33189132一次入塔氣Q45199379二次入塔氣Q518236953二次入塔氣Q434954516反應(yīng)熱QR20970573熱損失Q損2242763小計(jì)42396658小計(jì)42396658Q6 360℃軟水蒸汽 Q7 250℃Q損 廢熱鍋爐能量平衡示意圖通過(guò)衡算，可求得廢熱鍋爐熱負(fù)荷，從而可知生產(chǎn)蒸汽量。h1進(jìn)爐熱氣Q634954516出爐熱氣Q724306972軟水帶入熱Q水1634490蒸汽帶出熱Q汽12069084熱損失Q損212950小計(jì)36589006小計(jì)36589006 熱交換器能量衡算 冷、熱氣體的熱量，已有三項(xiàng)由合成塔和廢熱鍋爐的能量衡算確定。h1項(xiàng)目熱量/kJ軟水帶入熱：1219252kJ/h軟水帶出熱：4389310kJ/h 軟水預(yù)熱器能量平衡匯總表收入項(xiàng)支出項(xiàng)項(xiàng)目熱量/kJ (l)氣體帶入熱Q9 由軟水預(yù)熱器計(jì)算得Q9=8099261kJ/h (2)氣體帶出熱Q11=8099261kJ/h 由物料衡算知?dú)怏w量為Cp11,m=(mol?K) 算得： Q11=3223486kJ/h (3)液氨帶出熱 由手冊(cè)查得35℃時(shí)，(kg39。h1熱氣體帶入熱Q98099261氣體出口帶出熱Q113223486氨冷凝放熱Q凝4023044液體出口帶出熱Q17625188冷卻水移出熱Q水8273631小計(jì)12122305小計(jì)12122305 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算(1)循環(huán)壓縮機(jī)出口溫度計(jì)算可以認(rèn)為是絕熱壓縮過(guò)程，出口氣體溫度會(huì)因壓縮而升高。P=3600P=結(jié)果 QPQ39。14=3669353kJ/h(2)新鮮補(bǔ)充氣帶入熱Q1 經(jīng)查圖，摩爾定壓熱容Cp1,m=(mol?K)計(jì)算得：Q1=982008kJ/h (3)氣體(去合成塔)帶出熱Q3 由合成塔熱衡算知 Q3=3189132kJ/h (4)氨的冷凝熱Q液 ℃下。h1項(xiàng)目熱量/kJ包括了弛放氣和產(chǎn)品氨的熱量。現(xiàn)將各項(xiàng)