【正文】 ...... 30 循環(huán)機(jī)熱量計(jì)算 ......................................................................................................... 32 合成塔熱量衡算 ......................................................................................................... 33 廢熱鍋爐熱量計(jì)算： ................................................................................................. 35 熱交換器熱量計(jì)算 ..................................................................................................... 36 水冷器熱量衡算： ..................................................................................................... 37 氨分離器熱量衡算： ................................................................................................. 38 第四章 設(shè)備的選型與計(jì)算 ................................................................................................. 40 設(shè)備選型 ........................................................................................................................ 40 設(shè)備簡述 ..................................................................................................................... 40 流程說明 ..................................................................................................................... 40 3 合成塔設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 40 合成塔筒體設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 40 催化劑層設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 41 下?lián)Q熱器 ..................................................................................................................... 48 層間換熱器 ................................................................................................................. 48 輔助設(shè)備選型 ................................................................................................................ 49 廢熱鍋爐 ..................................................................................................................... 49 熱交換器 ..................................................................................................................... 49 水冷器 ......................................................................................................................... 50 冷交換器 ..................................................................................................................... 50 氨冷器 I....................................................................................................................... 50 氨冷器 II ..................................................................................................................... 50 結(jié) 論 ......................................................................................................................................... 52 致 謝 ......................................................................................................................................... 52 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 53 附 錄 ......................................................................................................................................... 54 I 年產(chǎn) 30萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì) 摘要 ：氨是一種重要的化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中有重要的作用。合成工段中的主要設(shè)備為氨合成塔，結(jié)合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及技術(shù)現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)選擇的氨合成塔的內(nèi)件為三段絕熱冷激 內(nèi)冷式內(nèi)件，該內(nèi)件具有結(jié)構(gòu)合理、氨凈值高、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)。 materal balance。早期合成氨主要以焦?fàn)t氣、水電解氫氣及焦炭氣化產(chǎn)生的水煤氣為原料， 70 年代開始轉(zhuǎn)向以天然氣、石腦油為原料 [1]。 合成氨工業(yè)經(jīng)過近 80 多年的發(fā)展，技術(shù)相對比較成熟。合成塔的主要部分為內(nèi)件。根據(jù)催化劑床層中是否設(shè)置冷管 (內(nèi)冷 )方式可劃分為： ① 單層軸向內(nèi)冷式內(nèi)件； ② 冷管改進(jìn)型內(nèi)件； ③ 多層絕熱冷激式內(nèi)件； ④ 多層絕熱復(fù)合換熱式內(nèi)件； ⑤ 副產(chǎn)蒸汽式內(nèi)件 [3]。合成氨的催化劑有三條技術(shù)路線：傳統(tǒng)的 43OFe 路線，英國 BP 公司的釕基催化劑及我國的 OFex?1 基催化劑體系 [4]。把大氣中的游離氮固定下來并轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂盏幕衔锏倪^程，稱為固定氮。氨主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 在石油煉制、橡膠工業(yè)、冶金工業(yè)和機(jī)械加工等部門以及輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)部門中，氨氣及其加工產(chǎn)品都是不可缺少的。因此，用水噴淋處理漏氨事故，能收到較好的效果。 氨的化學(xué)性質(zhì) 氨氣溶于水以后叫氨水，其顯弱堿性，化學(xué)性質(zhì)類似于其他堿性物質(zhì)， 如可以與酸性物質(zhì)反應(yīng)，能與一些氧化物反應(yīng)等。第三步是壓縮和合成，將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在催化劑與高溫條件下合成為氨。采用活性強(qiáng)的亞鐵氰化 物作催化劑，但它對毒物很敏感，所以對氣體中的雜質(zhì)（ CO、 CO2）要求十分嚴(yán)格。 (2) 中壓法 操作壓力為 2035MPa 的稱為中壓法，操作溫度為 450550℃ 。此種方法氨分離效果好，設(shè)備和流程比較緊湊，設(shè)備規(guī)格小，投資少，但由于在高壓高溫下操 4 作，對設(shè)備和管道的材質(zhì)要求比較高，合成塔需用高鎳優(yōu)質(zhì)合金鋼制造。目前高壓法已經(jīng)淘汰。因此從化學(xué)平衡角度考慮，應(yīng)盡可能采用較低的反應(yīng)溫度。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能沿著最佳溫度曲線進(jìn)行。另外，氣量過大，使設(shè)備負(fù)荷及動(dòng)力消耗增大，氨分離不完全。從氨的合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理可知，氮的活性吸附是合成氨反應(yīng)過程中速度的控制步驟，因此適當(dāng)提高氮?dú)鉂舛?，對氨合成反?yīng)速度有利。但是，維持過低的惰性氣體含量又需要大量排放循環(huán)氣，導(dǎo)致原料氣消耗隨之增大。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。中國有些廠采用水吸收法分離氨，初始氨含量可在 %以下。世界以天然氣制氨的比例約占 71%，俄羅斯為 %、美國為 96%、荷蘭為 100%；中國仍以煤 、焦炭為主要原料制氨 , 天然氣制氨僅占 20%。經(jīng)過多年的努力，我國已擁有多種原料，不同流程的大、中、小型合成氨工廠 550余個(gè)。 我國合成氨工業(yè)存在一些特殊問題，我國的油氣資源貧乏，但煤炭資源相對豐富，這就決定了我國合成氨工業(yè)的原料要以煤炭為主。氣體管內(nèi)流動(dòng)，液氨在管外蒸發(fā)，使管內(nèi)氣體冷卻至 0℃ 左右，進(jìn)入氨冷器 Ⅱ 繼續(xù)冷卻至 10℃ 左右，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用分離器將液氨分離，分離出的液氨進(jìn)入液氨貯罐，分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至 22℃ 后出冷交換器，氣體經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)，由塔上部進(jìn)入，先經(jīng)塔內(nèi)環(huán) 隙后，出合成塔，然后進(jìn)塔外換熱器預(yù)熱，再由合成塔的下部進(jìn)入下?lián)Q熱器，移走第三絕熱床反應(yīng)熱，氣體升溫后再進(jìn)入層間換熱器，后經(jīng)中心管進(jìn)入第一絕熱床層進(jìn)行絕熱反應(yīng)，出第一絕熱層后經(jīng)冷激器降溫，再入第二絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨凈值升高，出第二絕熱床氣體進(jìn)入層間換熱器，移走熱量，使冷氣升溫，熱氣體降溫后進(jìn)入第三絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨含量增加到 %，再經(jīng)塔內(nèi)下?lián)Q熱器將熱量移走，后進(jìn)入沸熱鍋爐。本設(shè)計(jì)很據(jù)實(shí)際情況，采用絕熱冷激間冷式內(nèi)件。 廢熱鍋爐的作用相當(dāng)于一個(gè)換熱器， 對出塔的熱氣進(jìn)行冷卻，副產(chǎn)蒸汽，進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，可以用生產(chǎn)過程中的其他工段，實(shí)現(xiàn)了對熱量的充分利用。 8 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)要求 年工作日： 330 天；產(chǎn)量 ；合成塔操作壓力： 32MPa（絕壓）；合成塔進(jìn)氣（摩爾百分?jǐn)?shù)）： NH3 ， CH4+Ar 15。（ +） 100%=% 9 入塔氫含量： 2,5Hy =[100(++]100%=% 入塔氮?dú)夂浚?2,5Ny =[100(++)]100%=% 表 入塔氣體組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 總計(jì) 100 注：表 中的組分含量均為摩爾含量 合成塔出口氣體組分 以 1000kmol 入塔氣作為基準(zhǔn)求出出塔氣體組分，由以下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量： 53 MMNH ?333,8,5,81NHNHNH y yy ? ? =1000（ ） 247。??????LV=247。100%=% 液體中甲烷含量：4CHx=4CHL/L=247。100 %=% 氣體甲烷含量： V Lmy CHCHCH 444 ??=(－ )247。100 %=% 表 氨分離器出口氣體組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 總計(jì) 100 冷交換器氣液平衡計(jì)算 冷交換器第二次出口氣體含量等于合成塔進(jìn)口氣體含量，由氣液平衡原理iii Kyx ? ，根據(jù)合成塔入口氣體含量 iy 和操作條件下的分離溫度可以查出 iK ，便可以解出 ix 。=% 誤差滿足設(shè)計(jì)要求。100%=% 出口液體氫氣含量： LLx HH 22 ?=247。100%=% 弛放氣中氬含量： ??? V LMy ArArAr 0(－ )247。（ 17） = 其中： NH3 3191919 m6471317%8799362131933 ...xLL )NH()()NH( ????? CH4 319