【正文】 V3CH4= + = Ar V3Ar= + = H2 V3H2=+= N2 V3N2= + = V3(進(jìn)器氣體物料 )=V15+V1= + = 出器物料 (熱氣 )： 設(shè)熱氣出口溫度 17℃ 查 t=17℃ ,P= 氣相平衡氨含量 y NH3=﹪，計(jì)算熱氣出口冷凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體。 由 t4=27℃ P=，查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得： 27 表 各組分含量，分壓及比熱容 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cpm=++++=56KJ/(Kmol℃ ) 查《小氮肥長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表 159的 △ CPm=(Kmol℃ ) C6=Cpm+△ CPm=(Kmol℃ ) 則 Q6=V6CP6T6=27247。(18i)≈ m180。 液氨貯槽入口 1Kmol液體計(jì)算為準(zhǔn)，即 L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(16)X16i+L17X17i= G%L0X16i+(1 G%)X17i=+ 混合后入口氨含量： m0NH3=+= 混合后入口甲烷含量 : m0CH4=+= 混合后入口氬含量 : m0Ar=+= 混合后入口氫含量： m0H2=+= 混合后入口氮含量： m0N2=+= 表 液氨貯槽入口液體含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) m0NH3 m0CH4 m0Ar m0H2 m0N2 總 計(jì) 100 當(dāng) t=17℃， P= 時(shí)，計(jì)算得熱平衡常數(shù)： 13 表 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 170 540 575 620 根據(jù)氣液平衡 L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設(shè) (V/L)=,代入上式得 : 出口液體氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L)kNH3] =(1+)= Kmol 出口液體甲烷含量： LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)kCH4] =(1+170)= 出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L)kAr] =(1+540)= Kmol 出口液體氫氣含量： LH2=m0H2/[ 1+(V/L)kH2] =(1+575)= 出口液體氮?dú)夂浚?LN2=m0N2/[ 1+(V/L)kN2] =(1+620)= Kmol L(總 )=,V==,(V/L) ＇ =V/L=, 誤差 =()/=%，假定正確。 在從氨分離器、冷凝 塔分離的液氨，經(jīng)自調(diào)和手動(dòng)兩路降壓后排入液氨總管送入液氨貯槽，貯槽內(nèi)排放一部分馳放氣，液氨再通過(guò)倒氨管線向新區(qū)氨庫(kù)倒氨 [11]。 氨合成工藝流程簡(jiǎn)述 由壓縮送來(lái)的新鮮氣（ 30℃ ） 在濾油器中與循環(huán)氣混合并分離油水后 （ 35℃ ） ，經(jīng)壓 7 出總管，氣體進(jìn)入冷凝塔上部（一次進(jìn)口），在上部熱交換器管程內(nèi)進(jìn)行預(yù)冷，其中的氣氨有部分冷凝，然后氣體（ 17℃ ）在分氣盒匯合，經(jīng)中心管向上，由一次出口出冷凝塔，同時(shí)進(jìn)入氨冷器 A/B 進(jìn)一步冷卻，冷卻后的低溫氣體（ 10℃ ），在冷凝塔底部匯合，由底部二次入口進(jìn)入冷凝塔下部分離器二次分離液氨，冷凝的液氨由冷凝塔底部排出后，冷氣進(jìn)入上部熱交換器的管間，與一次入口氣體換熱 后（ 27℃ 左右 ），從上部二次出口出來(lái)，分為兩路： 一 路 由 V3 閥進(jìn)入合成塔一次入口（作為塔壁保護(hù)氣，約占總氣量 20%），從合成塔一次入口進(jìn)入外筒和內(nèi)件之間的環(huán)隙 ，向下冷卻塔壁后從塔下部一次出塔（ 70℃）。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣 ，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。放空氣中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一股 可用作燃料。 (4)氣體的循環(huán) 6 氫氮混合氣經(jīng)過(guò)氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。在開(kāi)工或反應(yīng)不能自熱時(shí)，可利用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供給熱量。 由于采用壓縮機(jī)的型式、氨分冷凝級(jí)數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對(duì)位置的差異，而形成不同的工業(yè)生產(chǎn)流程 ，但實(shí)現(xiàn)氨合成過(guò)程的基本工藝步驟是相同的 [9]。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好，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。 (3)低壓法 操作壓力 10MPa 左右，溫度 400～ 450℃ 。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮?，?duì)設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。節(jié)省的巨額資金 ,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工 ,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展 ,提高農(nóng)民生活水平 ,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn) ,“有收無(wú)收在于水 ,收多收少在于肥”。 同時(shí)氨也有市場(chǎng)需要，據(jù)資料統(tǒng)計(jì) :1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá) 。可見(jiàn)，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的 作用 [5]。 (4)提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性 ,延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來(lái)合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。 2 第 一 章 綜 述 氨的研究背景 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng) 歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個(gè)階段。 氨的自燃點(diǎn)為 630℃ 。若將液氨在 壓力下冷至 ℃ ，就能凝結(jié)成略帶臭味的無(wú)色結(jié)晶。 關(guān)鍵詞： 氨合成 ； 物料衡算 ； 能量衡算 II The Process Design of 200kt/a Synthetic Ammonia Synthesis Abstract: Ammonia is the basis of the chemical industry, but also an important pioneer of China chemical industry,in which ammonia synthesis section is the central part of the synthetic ammonia process. is to optimize outputting 200,000 t/a of synthetic ammonia synthesis is as the purpose of the design,and the use of ammonia, current situation and future development trend is briefly introduced. The production process of synthetic ammonia synthesis is designed in the medium pressure and refined hydrogen and nitrogen mixture is made into synthesis ammonia by the design,then took the synthesis ammonia gas out of the mixture that has not been bee last,the mixture of not reacting is supplied a certain amount of fresh gas to continue to cyclic response. The design of raw material of gas refining section in production process the synthetic ammonia content that gets out from synthetic ammonia tower is made rich to % in material balance calculations,synthetic ammonia t /h,synthetic rate % in this design of raw material of gas refining section in production heat change of the synthesis tower,the boiler and the heat exchanger is attained by the heat balance,also we selected piping size and material according to the design operation of temperature,pressure and relevant heat exchanging area of of vertical tube type exchanger is used as external heat exchanger of tower. Keywords: ammonia synthesis section。 附錄 A：工藝流程圖 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。本設(shè)計(jì)目的在于對(duì)年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸合成氨合成工段進(jìn)行設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)要介紹了氨的用途、現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。比空氣輕，相對(duì)密度 ，熔點(diǎn) － ℃ ；沸點(diǎn) － ℃ 。氨溶解時(shí)放出大量的熱。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等有腐蝕作用 [1]。 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)?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位?，F(xiàn)代國(guó)防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開(kāi)氨 。我國(guó) 1996 年合成氨產(chǎn)量已達(dá) ,20xx 年 也 達(dá) 36Mt,2020 年將增加至 45Mt。因此 ,我國(guó)現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來(lái)分類。因?yàn)楹铣蓧毫Φ拇_定，不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來(lái)考慮。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。 合成反應(yīng)熱回收是必需的 , 是節(jié)能的主要方式之一。氣體中所含的油不僅會(huì)使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。 目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。為補(bǔ)償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮 機(jī)。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種： ? 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。 ?預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。出塔外換熱器的氣體分為 二 部分：一部分（ 25﹪ ）經(jīng)過(guò) V6 作為 2 冷激氣，從頂部進(jìn)入合成塔在 冷激 器 內(nèi) 與第一層出口氣體間接換熱后經(jīng)中心管四周進(jìn)入第一層入口。根據(jù)氣液平衡原理，以 F=1Kmol/h 進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn) ,則 m(i)=Lx(i)+Vy(i),y(i)=K(i)x(i).K(i)為組分 i 的平衡常數(shù) [13]。(18NH3)=100﹪ =﹪ 入口液體中甲烷含量 m180。 V 補(bǔ) = 。 (1)計(jì)算平均溫差并確定殼程數(shù) 逆流溫差 Δtm=4610 0 01121 0ln)4610 0()01121 0(????? =℃ R=(210110)/(10046)= P=(11046)/(21046)= 查《化工原理課程設(shè)計(jì)》圖 213(a)得 t?? = 故可選用單殼程的換熱器 (2) 初選設(shè)備規(guī)格 列管尺寸 ? 25： do =， di =， dm= 校核總傳熱系數(shù) K 官內(nèi)給熱系數(shù)α計(jì)算 α=? 式中 λ 導(dǎo)熱系數(shù) kJ /(mh ℃ ) α 給熱系數(shù) kJ /(mh ℃ ) 式中各數(shù)據(jù)均取平均值 則 t = (210+110)/2 = 160 ℃ p = 32 (1)壓縮系數(shù) Z 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 11 氣體的臨界常 數(shù)： 表 氣體的臨界常數(shù) 組分 NH3 CH4 Ar H2 N2 yi 0， 49838 Tci,K 151 Pci, MPa Tcm= ii?Tcy =++151++=134.95K Pcm= ii? Pc y =++++3= 對(duì)比壓力 Pr= Pcmp平均 =對(duì)比溫度 Tr=TcmT = (160+ 273)/= 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) (理化數(shù)據(jù) )》圖 14 普遍化壓縮系數(shù)之三， 得 Z = (2)混合分子量 M M = iMi? y =17+16+40+2+28= (3)氣體比熱 Cp： 表 氣體的比熱容 組分 NH3 CH4 Ar H2 N2 yi