【正文】 13+V20Y隅 ， 20+1/2V13X Y陽(yáng) 3， 13+1/2V20Y陽(yáng) 3， 20+ /2L19… .._.._..…… 循環(huán)回路中惰性 氣 體 平 衡 : V1 ( Yα4+YAr)=V13(yc陽(yáng) ，13+YAr， 13)+V20(Y39。=X39。在氨貯槽出口液氨組分 (%) NH3 C Ar H2 N2 小計(jì) ) 出口弛放氣組分含量 : 弛放氣氨含 量 : YNJ也 =( rL陽(yáng) 3)N=()/%=% 弛放氣甲 :院含 量 : YCH4=( N=( 例)/%=% 弛放氣氧含 量 : YAF(Z21. ArLAr)N=()/ %=% 弛放氣氫氣含 量 : YH2=()N=()/ %=% 弛放氣氮?dú)夂?量 : YN2=(Z2 LN2)N=()/%=% 將出口馳放氣組分含量歸入表 213。 水冷后分離液氮占總量的 %冷交，氨冷后分離液氮占總量的 %。 ， ， 1(){)039。 表 25 各 組分平 衡常數(shù) K ( i ) [6] KH2 KN2 KcH4 KAr ∞ 設(shè) f =ω肘，代入 。其余各節(jié)點(diǎn)為循環(huán)氣 圖 22 計(jì)算物料點(diǎn)流程 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè)共 63 頁(yè) 川 3 一 =一一一 = S 合成塔物料衡算 (1) 合成 塔 入塔 氣 組 分 : 入 塔 氨含 量 : y陽(yáng) 3=%。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換 熱 ， 冷卻后出冷交換器與壓縮送來(lái)經(jīng)過(guò)新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮?dú)鈺?huì)合進(jìn)入氨冷 器 ， 被液氮蒸發(fā)冷凝 到 539。 特 別是近 年來(lái)因地球氣候日益變暖而提出的對(duì)溫室效應(yīng)的控制，將會(huì)對(duì)二氧化碳的排放加以嚴(yán)格 限制。39。在生產(chǎn)能力方 面 ， 1980 年中國(guó)合成氨產(chǎn)量為 1498 萬(wàn) 噸 ， 到 1990年上升至 2129 萬(wàn) 噸 ， 僅 次 于 前蘇聯(lián)名列世界 第二 。 建國(guó) 后 ， 合成 氨 工 業(yè)發(fā)展很快，產(chǎn)量也不斷增加。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制 造 ， 其中最廣泛采用的為 蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化 法 [3] 。 1982 年 ， 世界合 成氮的生產(chǎn)能力為 125Mt 氨但因原料供應(yīng)、市場(chǎng)需求的變 化 ， 合成氨的產(chǎn)量遠(yuǎn)比生產(chǎn) 能力要低。 19 世紀(jì) 末 ， 隨著化學(xué)熱 力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和催化劑等領(lǐng)域取得一定進(jìn)展 后 ， 對(duì)合成氨反應(yīng)的研究有了新的進(jìn)展 。 熔化 熱 (77 .)1位 J/kg) 臨界比體 積 l(Ukg) 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)共 63 頁(yè) 氫的用途 氮主要 用 于 制造 化 學(xué)肥 料 ， 如農(nóng)業(yè)上使用的所有氮肥、含氮混合肥和復(fù)合肥 等 : 也 作為生產(chǎn)其他 化 工 產(chǎn)品的原 料 ， 如基本化 學(xué) 工 業(yè) 中的硝酸、純堿、含氮無(wú)機(jī) 鹽 ， 有機(jī)化 學(xué) 工 業(yè)的含氮中間 體 ， 制 藥 工 業(yè)中磺膠類(lèi)藥物、維生 素 ， 化纖和塑 料 工 業(yè)中的己酌 膠 、 己二 膠 、 甲 苯 二 異 霞酸 醋 、人 造 絲、丙烯 臘 、盼醒樹(shù) 脂 等都需要直接或間接 地 以氨 為 原 料。 氨的性質(zhì) 氨 化 學(xué)式為 NH3 常 溫 下 為無(wú)色有刺激性辛辣昧的惡臭氣體，會(huì)灼傷皮膚、眼 睛 ， 剌 激呼吸道器官粘膜，空氣中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占 % %就會(huì) 使 人在幾分鐘 內(nèi) 窒 息。 it includes syn由 etic ammonia process flow design， the material balance and heat calculation of synthesis tower， ammonia cooler calculation and cold exchanger， the process calculation and equipment selection of the m句 or eq山 pments of ammonia synthesis， and ammonia synthesis plant safety factors and preventive me出 ure. According to the results， five CAD drawings on process， workshop equipment layout and ammonia syn由 esis tower， waste heat boiler， water cooler are attached in the article. Key words: Ammonia synthesis。物 料 衡 算 。放空點(diǎn)設(shè)置在冷交換器和氨分離器之 間 ， 氨分后有效氣體濃度較 低 ， 惰性氣體含 量較 高 ，有 利 于 降低新鮮氣單耗。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及特 點(diǎn) : 本 工 段生產(chǎn)液 氮 ， 生產(chǎn)能力為 10 萬(wàn)噸液 氮 /年 ， 與傳統(tǒng)的流程相比較具有節(jié)能低耗 的特點(diǎn)。 C14 %。進(jìn)入水冷的氣體溫度降低意味著合成余熱回收 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 率高和水 冷 器的負(fù)荷低。 ( 9) 結(jié)論 本設(shè)計(jì)主要是 對(duì) 于 合成氨 的 工 藝流程的設(shè) 計(jì) 。he fresh gas and vent position setting The supplement缸 y of 仕 esh gas set in the cold exchanger s two entrance， so as to reduce the resistance of the system ， and through the ammonia cooler further elution trace impurities such as carbon dioxide ， carbon monoxide and arnino acid and so on， beneficial to 由 e protection of catalysts， and prevent piping and equipment 39。 20世紀(jì) 初 ， 經(jīng)過(guò)人們的不懈探 索 ， 終 于 成功的開(kāi)發(fā)了三種固定氮的方 法 : 電弧法、 氨氨 法 、 和 合成氨法。與 硝酸反應(yīng)生成硝酸餃 :與二氧化碳反應(yīng)生成甲基甲酸餒，脫水后生成尿 素 等等。 其后 ( Davy，1778 _...._ ， 1829) 等化學(xué)家繼續(xù)研 究 ， 進(jìn)一步證明了 2 體積的氮通過(guò)電火花放電 后 ， 分解為 1 體積的氮?dú)夂? 3 體積的氫氣陽(yáng)。原 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè)共 63 頁(yè) 料氣凈化方法的革新及合成塔的改 造 等 ， 但 工 藝 路線沒(méi)有大的變化。 1981 年 ， 世界以天然氣制氨的比例約占 719忘 ， 蘇聯(lián)為 %、 美國(guó)為 96%、 荷蘭為 100% 。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過(guò)程中能聯(lián)合生產(chǎn)這 些產(chǎn)品，則可以簡(jiǎn)化流程、減少能耗、降低成本。具有因地 制 宜 特點(diǎn)的我國(guó)小型合成 氨 工 業(yè) ， 經(jīng)過(guò)多年的 改 進(jìn) ， 工 藝日趨完 善 ， 能耗也有明顯降低。39。 21世 紀(jì) ， 由 于 能源危機(jī)、清潔環(huán)保因素的制約，而且近年來(lái)提倡的低碳生活，根據(jù) 合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變，其 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè)共 63 頁(yè) 技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密?chē)@ 降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期，改善經(jīng)濟(jì)性 的基本目標(biāo)， 進(jìn)一步集中在 大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行 等方面進(jìn)行技術(shù) 的研究開(kāi)發(fā)。 升 溫后從冷氣出口出 來(lái) 分五路 進(jìn)入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。13一 一 放空氣 。院含 量 : 頭 ru = h仁 1000 u盧 4 M8 % = % 出塔氧含 量 : Y2 A. M5 .. x . =一1一 000一 % =% u， M8 川 出 塔 氫含 量 : ym2 =0ys，陽(yáng) 3 Y ，CH 4 3 Y目， Ar)xlOO% =一 ( )x100% 4 = % 出 塔 氮含 量 : Y8，叫 =一 (1Ys， NH3 Y8，CH 4 1 Y8，Ar)x100% =一 () x100% 4 = % 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè)共 63 頁(yè) 飛 將出塔氣 體 組 分歸 入 表 23。 LL 但 m1hJ 咱叫 vLn一十 噸 J1vJL ffi.. KE K c=h L(N2)= 39。 表 28 冷交換器各組分的平衡常 數(shù) [6] 組分 NH3 H2 N2 Cfu Ar Ki 冷交換器出口液體組分含 量 : 出口液體氨含量 : X16. 陽(yáng) 3=Y陽(yáng) JK陽(yáng) 3=% 同理 : X16. % X16. % X16. CH4=% X16. Ar=% 將冷交換器出口液體組分含量歸入表 29。4=Z21， CHJ[ l+(VIL)xkα4]=(1+)= Kmol 出口液體氫含量 : L如 =Z21， Ari[ 1+(Vι)xk Ar]=(1+)= 出口 液體氫氣含量 : L陋 習(xí) 21， HzI[1+(VIL)xkH2]= 4/(1+)= Kmol 出口液體氮?dú)夂?: LN2=Z21， NzI[ 1+(VIL)xkN2]=(1+)= Kmol 所以得 ， 1價(jià) )=， V== 則 ， (VIL) 、 =V幾 .=， 誤 差 =()/=%， 假 定正確。(21， i)= l， i 1 X39。 由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表 214。 ⑤ 將 L19=， V20= 及己求 得 的 氣 體 組 成 代 入 式 ① 、 ②中聯(lián)立求解得 =+… … … … _.._.._..…… _.._..……………………… … ⑥ =+ …，………… .._.._.._.._..……………………………… … ⑦ 聯(lián)立①②③④⑤⑥⑦各式解 得 : V13=， V1=， vs=12786256m 3， V5= 進(jìn)出合成塔物料計(jì)算 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè)共 63 頁(yè) 3 、 m 、 一進(jìn)氣體 量 ， 其 中 : NH3， V5， 陽(yáng) 3=%= m 同 理 ， 、 Ct4， V5， α4= m Ar， V5， 均 = m3 H2， V5， 日 2= 3 N2， V5， N2= m3 3 一 出 、 二 進(jìn)氣體 量 ， V6=V7=V5= m 二 出氣體 量 ， V842783256m3 其 中 ， NH3， 巧 ， 陽(yáng) 3=VSX罰， 陽(yáng)3== 曠 同理 CH4， Vs， α4= m3 Ar， Vs， Ar= m3 H2， Vs， 由 = m3 N2， Vs， N2= m3 合成塔生成氨的含 量 : !1V陽(yáng) 3=町， 陽(yáng) 3V5，陽(yáng) 3 == m3 進(jìn)出廢熱鍋爐物料量 進(jìn)出熱交換 器 物 料 量 V9=Vs=12783256m3 進(jìn)出冷氣體 量 ， V6=V7 = 進(jìn)出熱氣體 量 ， VIO=V9= Vs= m3 進(jìn)出水冷器物料計(jì)算 V11=V10=12783256m3 進(jìn)出氨分離器物料計(jì)算 進(jìn) 口 氣 體 量 : Vll= 在 分 離器 中 ， 將 水冷器冷凝下來(lái)的液氮進(jìn) 行 分 離 ， 得到液 氮 ， 由 氣， 液 平 衡 得 : L= kmol 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè)共 63 頁(yè) m m m m m m 出 口 液氮 量 ， LlFV11 L42783256 = m3 出 口 氣 體 量 ， V1 2== m3 其 中 ， NH3， VI 2， 陽(yáng) 3= 3== 同 理 ， C14， = 3 Ar， 3 H2， V I2 膽 = m3 N2， V = 3 出口液體各 組 分 由 L1 = 其 中 ， NH3， Lll 陽(yáng) 3== m 3 Cfu， == m 3 Ar， == m3 H2， Lll 膽 == m3 N2， Lll， N2== m3 放空氣體 量 ， V I3= 冷交換器物料計(jì)算 進(jìn)器物 料 :進(jìn) 入 冷交換 器 的物 料 等于 氨 分 離 器 出 口氣體物料減去放空氣 量 ， 即