【正文】 補充氣 V補 回收氣 V回 弛放氣 液氨 入塔氣 V入 出塔氣 V出 根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求 V補 ， V回 ， V入 ， V出 。 陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計 10 4 合成工段的 工藝 計算及設(shè)備選型 合成工段設(shè)計要求 年工作日： 330天； 系統(tǒng)工作壓力： 練氣組成（％）： H2 ， N2 ， 合成塔進氣（％）： NH3 ， Ar 16 合成塔出氣（ %）： NH3 21 合成工段物料衡算圖 1——新鮮氣； 14——弛放氣； 16， 17， 19——液氨；其余各點為循環(huán)氣 合成工段的工藝計算 年產(chǎn) 20 萬噸合 成氨工廠工藝設(shè)計 11 物料衡算 （ 1）合成塔計算 ① 合成塔入口氣組成： 入塔氨含量：36NHy =％； 入塔氫含量：2Hy =()x100％ =％； 入塔氬含量： 6Ary =16％； 入塔氮含量：2Ny=()x100％ =％。膨脹機流出物在換熱器底部進一步冷卻并部分冷凝后進入精餾塔。一部分烴類在自熱式轉(zhuǎn)化爐中燃燒 ,釋放的熱供 KRES裝置中剩余的烴類蒸 汽 轉(zhuǎn)化的需要。 在合成工段起決定作用的是催化劑，催化劑的選擇將決定整個合成工段設(shè)計。這樣，可使場區(qū)空氣得以凈化，噪音減小，美化和改善了環(huán)境的衛(wèi)生條件，使本廠的小環(huán)境﹑小氣候得以明顯改善。 D 水處理車間：靠近負荷中心，處理每日生產(chǎn)車間所需的工業(yè)用水，并提供部分生活用水。 （ 7） 近期建設(shè)和遠期發(fā)展相結(jié)合，主要生產(chǎn)車間留有適當?shù)陌l(fā)展余地，輕化工工廠變化較快，綜合利用較廣，加工深度較深，大多數(shù)工藝 流程更新快，這要求在設(shè)計實現(xiàn)留有較大的預(yù)留地，以滿足工廠發(fā)展變化的需要。 總平面布置 總平面布置的基本原則 （ 1） 總平面布置首先必須滿足生產(chǎn)要求，以最大限度的保證生產(chǎn)作業(yè)線的連接、短捷、方便， 從原料進廠到成品出廠，整個流程必須符合生產(chǎn)工藝要求，力求做到流程線路暢通、連續(xù)、短捷、避免交叉進行 ， 使 各種物料的輸送距離 為最小。近些年來我國對化肥工業(yè)的重視，使合成氨工業(yè)有了較快的發(fā)展， 1982 年達到 萬噸，成為世界產(chǎn)量最高的國家之一。 本設(shè)計是年產(chǎn) 20萬噸 合成氨廠 的工藝設(shè)計， 但由于合成氨的 整個 生產(chǎn)工藝較長，細節(jié)問題較多，鑒于設(shè)計時間的緊迫，本設(shè)計 主要 對合成氨的主要工段 ——合成工段 進行了工藝計算、設(shè)備選型，并繪制了全廠平面布置圖、 合成氨工藝流程示意圖、合成工段帶控制點工藝流程圖、合成工段物料流程圖、合成 車間的立面圖和平面圖。目前我國合成氨工業(yè)主要朝著降低能耗、降低投資、改善環(huán)保條件、開發(fā)新原料和裝置的超大型化發(fā)展。 年產(chǎn) 20 萬噸合 成氨工廠工藝設(shè)計 3 2 工程設(shè)計條件與總平面布置 工程設(shè)計條 件 原材料及輔助物料的資源條件 本設(shè)計中主要原料是天然氣，而廠址將選在天然氣豐富的四川地區(qū)，因此原料的來源將是極為方便。對易燃易爆的各類儲罐和 有 危險性的庫房（油庫、危險品庫），應(yīng)力求遠離火源和人員往來集中地，一般應(yīng)布置在廠區(qū)邊緣，主導風向的下風向以及地勢較低的地段。 （ 2） 輔助車間布置：以生產(chǎn)車間為中心，根據(jù)總 平面布置原則，綜合各種因素對各個輔助車間布置如下： A 維修車間：遠離廠區(qū)前，降低噪音污染，在主力生產(chǎn)車間附近，便于設(shè)備維修。 （ 6） 綠化和美化區(qū)：本廠的綠化包括生產(chǎn)區(qū)﹑福利區(qū)的綠化帶。 本圖采用 1： 500的比例。 工作制度 法定假日和星期假日采用輪換倒班制度，連續(xù)工作制 (四班三運轉(zhuǎn) )： 工作日 =365—設(shè)備維修日 =365－ 35 =330(天 ) 陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計 8 產(chǎn)品 的主要技術(shù)規(guī)格及標準 表 31 液氨產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 序號 名稱 規(guī)格 國 家標準 備注 等級 組分 含量 1 液氨 一級品 氨 ＞ GB35665 水和油 ＜ 2 液氨 二級品 氨 ＞ GB35665 水和油 ＜ 表 32 氨水產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 序號 名稱 規(guī)格 標準 備注 等級 組分 含量 1 農(nóng)業(yè)用氨水 一級品 氨 ＞ 20 部標 HGI8864 二級品 氨 ＞ 18 三級品 氨 ＞ 15 2 工業(yè)用氨水 一級品 氨 ＞ 25 部標 HGI8864 殘渣 ＜ 二級品 氨 ＞ 20 殘渣 ＜ 三級品 氨 ＞ 20 殘渣 ＜ 工藝流程敘述 原料氣（天然氣）經(jīng)預(yù)熱、脫硫后，分成兩股，它們與蒸汽混合、再預(yù)熱后分別送到轉(zhuǎn)化換熱器（ KRES）和絕熱自熱式轉(zhuǎn)化爐（ ATR）。進一步的凈化包括甲烷化、急冷和干燥。合成塔出口氣的熱量回收產(chǎn)高壓蒸 汽，熱回收后的氣體中的氨使用組合式換熱器和冰機冷凝成為氨產(chǎn)品。 分離液體組分含量 液體中氨含量 33 0 .1 8 1 4 3 1 0 0 % 9 9 .5 8 8 %0 .1 8 2 1 8NHNH Lx L? ? ? ? 液體中氬含量 0 . 0 0 0 2 1 1 0 0 % 0 . 1 1 5 %0 . 1 8 2 1 8ArAr Lx L? ? ? ? 液體中氫含量 22 0 . 0 0 0 3 9 1 0 0 % 0 . 2 1 4 %0 . 1 8 2 1 8HH Lx L? ? ? ? 液體中氮含量 年產(chǎn) 20 萬噸合 成氨工廠工藝設(shè)計 15 22 0 . 0 0 0 1 5 1 0 0 % 0 . 0 8 3 %0 . 1 8 2 1 8NN Lx L? ? ? ? 氨分離器出口液體含量（ %） 表 45 氨分離器出口液體含量（ %） NH3 Ar H2 N2 小計 分離氣體組分含量 ： 氣體氨含量 333 0 . 2 1 0 . 1 8 1 4 3 1 0 0 % 3 . 4 9 3 %0 . 8 1 7 8 2N H N HNH mLy V? ?? ? ? ? 氣體氬含量 0 . 1 8 8 8 8 0 . 0 0 0 2 1 1 0 0 % 2 3 . 0 7 0 %0 . 8 1 7 8 2A r A rAr mLy V? ?? ? ? ? 氣體氫含量 222 0 . 4 1 6 4 8 0 . 0 0 0 3 9 1 0 0 % 5 0 . 8 7 8 %0 . 8 1 7 8 2HHH mLy V? ?? ? ? ? 氣體氮含量 222 0 . 1 8 4 6 4 0 . 0 0 0 1 5 1 0 0 % 2 2 . 5 5 9 %0 . 8 1 7 8 2NNN mLy V? ?? ? ? ? 氨分離器出口氣體含量（ %） 表 46 氨分離器出口氣體含量（ %） NH3 Ar H2 N2 小計 （ 3） 液氨儲罐氣液平衡計算 液氨儲罐入口液體含量（ %） 表 47 液氨儲罐入口液體含量（ %） 3NHm Arm 2Hm 2Nm 小計 陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計 16 查得 t=17℃ P= 平衡常數(shù) 表 48 平衡常數(shù) KNH3 KAr KH2 KN2 540 575 620 根據(jù)氣液平衡原理 以液氨儲罐入口 1Kmol 液氨為計算基準 設(shè) ( ) ? 代入上式得 333 88 841 5 ( )NHNH NHmL K molV KL? ? ???? 1 85 5401 ( )ArAr ArmL K m olVKL? ? ???? 222 1 85 5751 ( )HH HmL K m olV KL? ? ???? 222 1 85 6201 ( )NN NmL K m olV KL? ? ???? 出口液體總量 3 2 2NH A r H NL L L L L? ? ? ? =+++ = 放出氣體總量 m(i)L(i)= V1+( )K (i)L年產(chǎn) 20 萬噸合 成氨工廠工藝設(shè)計 17 1 1 91 54 08 46V L K mol? ? ? ? ? 計算氣液比 39。 陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計 32 式中各物性數(shù)據(jù)均取平均溫度 4 5 2 2 9 8t 3 7 5 C2??? 1）壓縮系數(shù) 查各氣體臨界常數(shù) 如下表 表 417 臨界常數(shù) 3NH Ar 2H 2N iy ciTK， 151 ciP MPa， c m i c iT y T0 .2 1 4 0 5 .6 0 .1 8 8 8 8 1 5 1 0 .4 1 6 4 8 3 3 .3 0 .1 8 4 6 4 1 2 6 .21 5 0 .8 7 K?? ? ? ? ? ? ? ??? c m i c iP y P0 .21 11 .39 5 0 .18 888 62+ 164 8 96+ 8464 93=4 .47 8MPa?? ? ? ? ? ?? 對比壓力 r cmP 9 .3 2P 2 .0 8 1P 4 .4 7 8? ? ? 對比溫度 r cmT 3 7 5 + 2 7 3T 4 .2 9 5T 1 5 0 .8 7? ? ? 由 rP =， rT = Z= 2）混合氣體分子量 iiM= y M0 .21 17 0 .18 888 40 0 .41 648 2 0 .18 464 2817 .12 8? ? ? ? ? ? ? ??? 3）氣體比熱容 pC pC 32 .0 83 K J/K m ol C? 4）導熱系數(shù) 年產(chǎn) 20 萬噸合 成氨工廠工藝設(shè)計 33 含氨混合氣體的導熱系數(shù)，用氨的對比導熱系數(shù)圖進行計算 表 418 導熱系數(shù) 3NH Ar 2H 2N iy ciTK， ci K J/ m h C)? ， ( ciP MPa， c m i c iT y T0 .2 1 4 0 5 .5 0 .1 8 8 8 8 1 5 1 .2 0 .4 1 6 4 8 3 3 .3 0 .1 8 4 6 4 1 2 6 .21 5 0 .8 9 K?? ? ? ? ? ? ? ???， ， c m i c iP y P0 .2 1 1 8 .0 3 0 .1 8 8 8 8 4 .8 6 2 + 0 .4 1 6 4 8 1 .5 6 8 + 0 .1 8 4 6 4 3 .3 9 3= 5 .9 8 4 M P a?? ? ? ? ? ??， ， c m i c iy0 .2 1 0 .6 6 9 6 0 .1 8 8 8 8 0 .1 0 6 8 0 .4 1 6 4 8 0 .3 6 8 7 0 .1 84 6 4 0 .1 2 8 6 60 .3 3 8 1 K J/ m h C)???? ? ? ? ? ? ? ???， ，( 求假對比參數(shù) ,r ,cm,r ,cmP 9 .3 2P 1 .5 5 9P 5 .9 8T 3 7 5 + 2 7 3T 4 .2 9 5T 1 5 0 .8 9? ? ?? ? ? 由 ,rP ， ,rT 查得 r ?? 5）氣體粘度 r cm= J/ m h C )???? ? ? ，(陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計 34 表 419 氣體粘度 3NH Ar 2H 2N iy iM 4 iC 1 i,Kg/(m h? ） 含氨混合氣體的粘度由下式計算 i i i ii=1 iiy M CyM?? ? ?= iiyM0 .21 4 .12 0 .18 888 6 .32 0 .41 648 1 .41 0 .18 464 5 .2 93 .62 3? ? ? ? ? ? ? ??? i i i ii= 1 iiy M CyM0 .2 1 4 .1 2 0 .9 7 0 .0 8 6 0 .4 1 6 4 8 1 .4 1 1 0 .0 4 9 83 .6 2 3 3 .6 2 30 .1 8 4 6 4 5 .2 9 0 .9 2 0 .1 0 6 2 0 .1 8 8 8 8 6 .3 2 1 0 .1 4 63 .6 2 3 3 .6 2 30 .1 0 1 2 K g /( m h?? ?? ? ? ? ? ????