【正文】 (2)放空氣帶出熱 Q12，由氨分后與入循環(huán)機的氣體的熱量之差確定。 (l)氣體帶入熱 Q9 由軟水預熱器計算得 (2)氣體帶出熱 由物料衡算知氣體量為 算得： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 (3)液氨帶出熱 由手冊查得 35℃時，液氨比熱容為 (kg 則 與設(shè)定的出口溫度 360℃相差無幾，可以認為計算正確。0(H2)= / 100﹪ =% 入口液體中氮氣含量 m180。升溫后從冷氣出口出來分五路進入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。除盡可能提高熱回 收率 ,多產(chǎn)蒸汽外 , 應考慮提高回收熱的位能 , 即提高回收蒸汽的壓力及過熱度。即在氫氣和氮氣反應生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣。第二次入合成塔，經(jīng)塔內(nèi)熱交換器加熱并在催化作用下發(fā)生合成反應，溫度升高出塔后一次經(jīng)廢熱鍋爐、熱交換器和軟水預熱器回收熱量，然后再經(jīng)水冷卻器冷卻，使氣體中部分氨液化，進到氨分離器分離出液氨。由于操作壓力和溫度都比較低，故對設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù) , 包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進控制技術(shù)等將 越來越受到重視。我國大多數(shù)合成氨企業(yè)的煤制氣技術(shù)沿用固定床水煤氣爐 , 爐型老化、技術(shù)落后、能源利用率低、原 料價格高 , 是當前急需進行技術(shù)改造的重點。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 年產(chǎn)三萬噸雙極氨冷式合成氨工藝流程設(shè)計 摘要： 本次課程設(shè)計任務(wù)為年產(chǎn)三萬噸雙極氨冷式合成氨工藝流程設(shè)計，氨合成工藝流程一般包括分離和再循環(huán)、氨的合成、惰性氣體排放等基本步驟，上述基本步驟組合成為氨合成循環(huán)反應的工藝流程。 合成循環(huán)回路總物料衡算 ........................... 錯誤 !未定義書簽。 氨的基本用途 ..................................... 錯誤 !未定義書簽。 冷交換器分離出的液體組成 ......................... 錯誤 !未定義書簽。 結(jié)論 ................................................... 錯誤 !未定義書簽。氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求 , 在與國際接軌后 , 具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力 , 今后發(fā)展重點是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu) , 進一步改善經(jīng)濟性。 第二 ,實施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。但功耗決不但取決于壓力一項，還要看其它工藝指標和流程的布置情況。 (i)溶解液氨中的氣體量； (ii)部分設(shè)備和管道的阻力； (iii)部分設(shè)備和管道的熱損失。 的依據(jù) 設(shè)計任務(wù)書是項目設(shè)計的目的和依據(jù)： 產(chǎn)量： 30 kt/a 液氨 放空氣（惰性氣 Ar +CH4 ）： 17% 原料：新鮮補充氣 N2 %， H2 %， CH4 % 合成塔進出口氨含量： %， % 合成塔入口惰性氣含量 :（惰性氣 Ar +CH4 ）～ 17% 年工作日 330 d 計算基準 生產(chǎn) 30000t 氨 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品的名稱：氨 (NH3)； 產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：氨含量≥ %（ wt%）； 產(chǎn)品的規(guī)模： 30kt/a 液氨； 產(chǎn)品 的包裝方式：氨為高壓低溫液體，合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn)，多余部分設(shè)立氨儲槽儲存起來。 一般中小氮肥廠多為 32MPa , 大型廠壓力較低 ,為 10～ 20MPa。在氨冷凝過程，部分氫氮氣及惰性氣體溶解在液氨中。0i=L21(i)/L21: 入口液體中氨含量 m180。 (利用普遍化熱容差校正圖 ) (1)合成塔一次入塔氣帶入熱量 Q3 根據(jù)合成塔一次入氣③， , 求得 ) (2)合成塔二次入塔氣帶入熱量 Q5 由已知 t5= 180℃， p5= MPa 求得 (3)合成塔一次出塔氣帶出熱量 Q4 由已知 t4= 50℃， p4= MPa 求得 (4)合成塔二次出塔氣帶出熱量 Q6 由已知 t6= 360℃， p6= 30 MPa 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 求得 (5)合成反應熱 QR 反應熱數(shù)值，由《小氮肥工藝設(shè)計手冊》查圖?。? HR=由物料衡算知，塔內(nèi)反應生成氨為 則合成反應熱為 熱平衡．減差值為熱損失 占總收入熱 根據(jù)經(jīng)驗，此數(shù)據(jù)是合理的。 h1 項目 熱量 /kJ故 從手冊可得 ℃時，液氨比熱容為 (kgK) 計算得： (6)由液氯蒸發(fā)移出的熱量 Q 冷 (7)冷凍液氨量 G 查 25℃時液氨的焓值 15℃時氣氨的焓值 冷凍氨量 表 冷交換器和氨冷器熱平衡匯總表 收入項 支出項 項目 熱量 /kJ (4)熱損失項 Q 損 ，包括已計入的合成塔熱損失 (實際上包括計算誤差在內(nèi) )和油分離器的熱損失， (循環(huán)機出口 44℃，油分出口為 42℃ )后者由 Q14和 Q14確定其差為 則 (5)其他各項均為各單元設(shè)備計算結(jié)果。 h1 項目 熱量 /kJ (1)入口氣帶入熱 Q6 (2)出口氣帶出熱 Q7 按前速方法求取摩爾定壓熱客 Cp， m 由 t7=250， p7= MPa 求得 Q7= 24306972kJ/h (3)廢熱鍋爐熱負荷 (4)可副產(chǎn)蒸汽量 設(shè)定軟水溫度為 90，其焓，飽和蒸汽壓力為 MPa(絕 )，其焓 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 如考慮 2%的熱 損失，則由熱平衡，可求得蒸汽量： 軟水帶入熱量為 1634490kJ/h 蒸汽帶出熱量為 12069084kJ/h 熱損失為 表 廢熱鍋爐能量平衡匯總表 收入項 支出項 項目 熱量 /kJ 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 由前計算數(shù)據(jù)如下表： 圖 42 系統(tǒng)示意圖 表 414 各組分的含量 名稱 NH3 CH4 H2 N2 氣量 補充氣 866763900 放空氣 V 放 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 放 ,V 入 ,V 出 ： 循環(huán)回路中總物料體平衡 : V 入 =V 出 + V 補 V 放 V 弛 LNH3 ┉┉┉┉┉┉① = V 出 +866763900 V 放 = V 出 V 放 + 由于氨合成時體積減小 V 出 = V 入 （ 放 + 弛 + LNH3） = V 入 （ 放 + +） 以 V 出 代人①中 V 放 = m3 循環(huán)回路中氨平衡 : V 出 yNH3V 入 yNH3入 =V 放 y 放 +V 弛 y NH3弛 +LNH3 ┉┉┉┉┉┉② 出 入 = + += 聯(lián)立①②式解得： V 出 =3805495624 m３ 。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經(jīng)過新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮氣會合進入氨冷器，被液氨蒸發(fā)冷凝到 5～ 10℃，被冷凝的氣體 再次進入冷交，在冷交下部氣液分離，液氨送往氨庫氣體與熱氣體換熱后再次出塔，進入合成塔再次循環(huán) [2]。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 氫氮混合氣經(jīng)過氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。 (3)是體積縮小的反應。從冷交換器中的氨分離 器分離出的液氨與由氨分離器分出的液氨匯合入液氨貯槽。實際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來分類。在這種背景下，該項目以“年產(chǎn) 5萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計”為設(shè)計課題，對合成氨合成工段的各種工藝條件和設(shè)備選型等進行深入的研究。通過查閱相關(guān)文獻和資料，設(shè)計了年產(chǎn)三萬噸雙極氨冷式合成氨工藝流程設(shè)計，并借助 CAD 技術(shù)繪制了該工藝的管道及儀表流程圖和設(shè)備布置圖。 廢熱鍋爐能量衡算 ................................. 錯誤 !未定義書簽。 高壓法 ....................................... 錯誤 !未定義書簽。 合成塔出口氣組成 ................................. 錯誤 !未定義書簽。 4 設(shè)備選型及管道計算 ................................... 錯誤 !未定義書簽。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨。在合成氨裝置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中 , 其焦點主要集中在關(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。 中壓法 操作壓力為 20～ 60MPa，溫度 450～ 550℃，其優(yōu)缺點介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟性比較好。 (7)其他部位的溫度和壓力，見流程圖。氨主要用于農(nóng)業(yè) ,合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占 70 %的比例，稱之為“化肥氨”；同時氨也是重要的 無機化學和有機化學工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占 30 %的比例 ,稱之為“工業(yè)氨”。 氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。 目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的百分數(shù)。溫度基準為 O℃ (熱力學溫度 K，計算中涉及的溫度實為溫差 )。 h1 合成一次出塔氣 Q4 5199379 去合成二次入塔氣 Q5 18236953 廢熱鍋爐來氣 Q7 24306972 熱氣出口去軟水預熱器 Q8 11269398 小計 29506351 小計 29506351 軟水預熱器能量衡算 通過衡算，可以算出可能回收的熱量和可預熱的軟水量作為鍋爐給水。 由物料衡算結(jié)果，液氨量為 。 h1 項目 熱量 /kJ K= (2)進口氣體帶入熱 Q13 由物料衡算知，氨分離器來氣有部分放空，進入循環(huán)壓縮機的氣量每小時為 。此處計算目的是確定出口熱氣體的溫度 t8。取過飽和度 10﹪ 故 V17NH3= ﹪ =﹪ 設(shè)熱氣出口氨體積為 a，則： a/(+a)= a= L17NH3=V14NH3a=== 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中 NH3 V17NH3=V14NH3L17NH3== = kmol CH4 V17CH4= V14CH4 = H2 V17H2= V14H2 =1920203920m3 N2 V17N2= V14N2= 出口總氣量 V17=V14L17NH3=== kmol 出口氣體各組分： NH3 V17NH3／ V17=／ 100％ =％ CH4 V17CH4／ V17=／ 100％ =％ H2 V17H2／ V17=1920203920／ 100％ =％ N2 V17N2／ V17=／ 100％ = 氨冷器物料計算 進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料V1=866763900m3 其中， CH4 V1CH4=866763900 == H2 V1H2=86676390