【正文】 ℃) ==++++== ==++++ ===298/===查表得=(kmol℃)==++++====++++151===288/===查表得=(kmol℃)=+=(kmol℃)=(kmol℃)=+=(kmol℃) =+=(kmol表7 氨分離器出口氣最終計(jì)算組成 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ 冷凝塔冷凝塔分氨壓力：冷凝塔分氨溫度取決于氨合成塔進(jìn)塔氣氨含量的要求，以氨冷器氨氣化的壓力調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)的惰性氣體含量控制在15%。 一般中小氮肥廠多為32MPa。冷激式氨合成塔：其分為：軸向冷激和徑向冷激。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來(lái)的液氨從氣相中分離出來(lái)，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。 放空氣的排放位置設(shè)置放空氣的位置，以保持惰性氣體不積累，為減少惰性氣體排放時(shí)造成原料氣的損失，排放氣一般選擇在惰性氣體含量高，氨濃度較低并在新鮮氣補(bǔ)入之前放空，通常是在氨分離之后作為排放點(diǎn)。壽命長(zhǎng)，對(duì)工廠相當(dāng)重要，因?yàn)椋绻鼡Q催化劑，就要停產(chǎn)。對(duì)合成塔一出氣體進(jìn)行加熱剩余熱量加熱軟水加熱器的水加熱中置鍋爐內(nèi)的水合成塔出口高溫氣體圖5 能量的回收利用全年按照365天計(jì)算，大修一次39天，中修3天，小修3天，則年工作日為： 3653933=320天工作制度： 本設(shè)計(jì)的合成氨廠采用五天工作制，五班三到制度。由于CO既不是酸性也不是堿性的氣體，在各種有機(jī)和無(wú)機(jī)溶液中的溶解度又很小，所以CO的脫出很不容易。二氧化碳是氨合成催化劑的毒物，所以，必須脫出。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用中全低變。年平均相對(duì)濕度在82％左右，年平均蒸發(fā)量1150毫米。設(shè)計(jì)主要分為三大部分：第一部分為總論，主要包括設(shè)計(jì)對(duì)象及全廠生產(chǎn)路線的選擇論證，第二部分為計(jì)算部分，包括物料衡算和熱量衡算，第三部分為非工藝部分，包括環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： 目 錄第一章 總論部分 1 1 1 1 2 2 4 4 4 5 5 6 7 8 8 8 8第二章 工藝部分 9 車(chē)間或工序的生產(chǎn)基本原理 9 熱力學(xué) 9 催化劑的選擇 10 動(dòng)力學(xué) 11 生產(chǎn)方法的選擇論證 12 合成壓力的選擇論證 12 新鮮氣的補(bǔ)入位置 12 放空氣的排放位置 13 循環(huán)壓縮機(jī)的形式和位置 13 氨分離的型式和級(jí)數(shù) 13 氨合成反應(yīng)熱的利用 14 氨合成工序方塊流程圖 14 設(shè)備選擇論證 15 氨合成塔的選擇論證 15 氨合成工序其他設(shè)備的選型 15 工藝操作條件的確定 16 16 16 氫氮比 17 進(jìn)塔氨含量和氨分離溫度 17 惰性氣體含量 18 廢熱回收參數(shù) 18第三章 合成氨工序物料衡算 19 氨合成方塊工藝流程圖 19 計(jì)算基準(zhǔn) 19 已知條件 20 合成回路壓力分布 20 氨合成塔出口氨含量估計(jì) 20 氨合成塔 21 水冷器 22 冷凝塔 25 氨合成工序物料衡算 26第四章 氨合成熱量衡算 34 氨合成反應(yīng)熱 34 合成塔一進(jìn)帶入熱量 34 合成塔一出帶走熱量 35 合成塔二進(jìn)帶入熱量 36 合成塔二出帶走熱量 37 38 廢熱鍋爐熱量計(jì)算 39 入口氣帶入熱量 39 出口氣帶走熱量 40 廢熱鍋爐熱負(fù)荷 40 可副產(chǎn)蒸汽量 41 軟水加熱器熱量計(jì)算 41 熱氣體（從廢熱鍋爐來(lái)氣）帶入熱量 42 熱氣體（去熱交換器）帶出熱量 42 熱負(fù)荷（可回收的熱量，忽略熱損失） 43 軟水量 43 熱交換器能量衡算： 43 冷氣體（即合成一次出口塔氣）帶入熱量 44 冷氣體（即合成二次入塔氣）帶出熱量 44 熱氣體（即軟水加熱器來(lái)氣）帶入熱量 44 熱氣體出口帶出熱量 44 水冷器和氨分離器熱量衡算 45 氣體帶入熱量 45 氣體帶出熱量 45 液氨帶出熱 46 液氨冷凝放出熱 47 需要冷卻水量W 47 冷交換器與氨冷器能量衡算 48 熱氣體（氨分離器來(lái)）帶入熱 48 氣體（去合成塔）帶出熱 48 氨的冷凝熱 49 49 由液氨蒸發(fā)移出的熱量 49 新鮮氣帶入熱 49 冷凍液氨含量G 50 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算： 50 50 進(jìn)口氣體帶入熱 51 出口氣帶出熱 51 絕熱壓縮提供能 52 壓縮功校核： 52 53 氨冷凝熱QY包括水冷器中和氨冷卻器中的氨冷凝熱。本設(shè)計(jì)采用了銅氨液吸收法對(duì)原料氣作最終凈化，工藝流程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單、維修方便，很多合成氨廠都采用該法，節(jié)省了基建投資和運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)其構(gòu)造形式多樣，運(yùn)行靈活，管理方便，保證出氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工藝，重點(diǎn)設(shè)計(jì)：合成工序，.產(chǎn)品：合成氨 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB31003102 93 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)等品氨含量%≥ 優(yōu)等品殘留物含量%≤ (重量法) 優(yōu)等品水份%≤ 優(yōu)等品油含量，mg/kg≤ 5（重量法） 優(yōu)等品鐵含量，mg/kg≤ 1煤源地與廠址的距離圖1煤的基本指標(biāo)煤種 粒度 產(chǎn)地 硫份 水份 發(fā)熱量 揮發(fā)份 灰份無(wú)煙煤 0～50毫米混煤 遵義 1% 10% 5800大卡 8% 8%綜上，本設(shè)計(jì)用煤以金沙無(wú)煙煤為主，遵義周邊的無(wú)煙煤為輔。若用純氧氣化來(lái)作為合成氨原料氣時(shí)，尚需在后繼工序中補(bǔ)充純氮，此法成本較高。由脫硫劑的不同，目前主要應(yīng)用于合成氨工業(yè)的濕法脫硫主要是兩種方法：栲膠法和PDS法。但此法對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，而且吸收的反應(yīng)速率仍不能滿足生產(chǎn)上的要求，凈化度較低。所以此法只能適用于CO含量甚少的原料氣。 催化劑的選擇合成氨屬于氣固相催化反應(yīng)，物料以液體狀態(tài)流經(jīng)固體顆粒的催化床層而實(shí)現(xiàn)的。故總成本與壓力變化有關(guān)。水吸法：氨在水中的溶解度很大，與溶液成平衡的氣相氨分壓很小。外筒主要承受高壓，但不承受高溫，可用普通低合金鋼或優(yōu)質(zhì)低碳鋼制成。氨分離器：常見(jiàn)的有兩種，多層套管式和離心金屬絲網(wǎng)過(guò)濾組合。通常情況下，—%。平衡氨含量按下式計(jì)算：=+==﹪取過(guò)飽和度為10﹪，則分氨后循環(huán)氣氨含量為：==﹪各組分在液氨內(nèi)的溶解度系數(shù)(m3其中，把以1t氨為基準(zhǔn)的量，(Nm3/h)和其物質(zhì)的量(kmol/h)作為能量恒算的依據(jù)。℃)=+(273+60)=(kmol℃)=+(273+330)=(kmol℃)==++++====++++151===523/===查表得=(kmol假定氨分離器無(wú)溫度和熱量變化，忽略熱損失，故與水冷器作為一個(gè)系統(tǒng)計(jì)算，并假定水冷器為套管水冷器。℃)則==17063964KJ/h=17063964KJ/h 冷凍液氨含量G查25℃時(shí)液氨的焓值H=15℃時(shí)氣氨的焓值H= KJ/Kg冷凍氨量G===1846Kg/h2t/h冷交換器和氨冷器熱平衡總匯表冷凝塔和氨冷器熱量匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 項(xiàng)目 熱量 循環(huán)氣帶入熱 7200095 循環(huán)氣帶出熱 氨冷凝熱 11319910 液氨帶出熱 37356 新鮮氣帶入熱 17063964 液氨蒸發(fā)帶出熱 新鮮氣帶出熱 17063964 合計(jì) 35583969 35583969 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算：可以認(rèn)為是絕熱壓縮過(guò)程，出口氣體溫度會(huì)因壓縮而升高已知入口氣體溫度為25℃ 由手冊(cè)查得各組分的絕熱指數(shù)以及進(jìn)氣組成列入下表 組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% 絕熱指數(shù) NH3 3 H2 N2 CH4 Ar 混合氣體的絕熱指數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算： = =++++= 解出 K= T出=T入=303K=30℃ 進(jìn)口氣體帶入熱由物料衡算知，氨分離器來(lái)氣有部分放空， 摩爾定壓熱容與氨分出口的相同=(Kmol查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)得到：+++++該公式中P的單位為大氣壓，則P==取t=375℃,P=則： =105+107+代入t=375℃,即T=648K，可得:Kf=Kf===KPKr則==設(shè)H2/N2=,即r=，P=若無(wú)惰性氣體，則=（12）所以：=由，可知=平衡溫度曲線計(jì)算結(jié)果 序號(hào) 溫度t/℃ 溫度T/k 。K）計(jì)算得：=（）=37356KJ/h 由液氨蒸發(fā)移出的熱量 = + =7200095+(37356) =20801364KJ/h 新鮮氣帶入熱由物料衡算結(jié)果可知。軟水帶入熱：Q==5016549軟水帶出熱：Q=55643284+501654942600039=18059794軟水加熱器熱量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 項(xiàng)目 熱量 廢熱鍋爐來(lái)氣 55643284 廢熱鍋爐出氣 42600039 軟水帶入熱 5016549 蒸汽帶出熱 18059794 合計(jì) 60659833 60659833 熱交換器能量衡算：冷、熱氣體的熱量，已有三項(xiàng)由合成塔和廢熱鍋爐的能量衡算確定?！?=+(273+250)=(kmol℃)=+=(kmol℃)=+=(kmolC====根據(jù)新的A、B、Ai、Bi值，重復(fù)上述計(jì)算，得到各位置的循環(huán)氣和新鮮氣的氣量和組成。當(dāng)?shù)?月平均溫度為24℃，考慮涼水塔冷卻溫度差為10℃，則循環(huán)水的溫度為34℃；取水冷器傳熱溫度差為10℃，則水冷器后循環(huán)氣可達(dá)到的溫度為44℃，此即水冷器分氨溫度。反之，則增大了推動(dòng)力，反應(yīng)速度增加，雖然出口氨含量略有減少，但提高了氨凈值，產(chǎn)量也有明顯的提高。水冷器：常見(jiàn)的有兩種，噴淋式和套管式。氫、氮對(duì)碳鋼有明顯的腐蝕作用。 氨分離的型式和級(jí)數(shù)進(jìn)入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來(lái)。所以基建費(fèi)用隨壓力的提高會(huì)呈下降趨勢(shì)，超過(guò)一定值后又逐漸回升；三、產(chǎn)品成本由基建成本和運(yùn)行成本構(gòu)成，前者與基建投資有關(guān)，后者與能耗有關(guān)。混合熱是氣體混合物非理想的標(biāo)志，它隨壓力的提高、溫度的降低而增大。這是一個(gè)典型的物理吸收過(guò)程，%—1%的甲烷和氬，雖然這些氣體不會(huì)使合成催化劑中毒，但它們能降低氫、氮?dú)怏w的分壓，從而影響氨合成的反應(yīng)速率。而化學(xué)吸收法分為熱碳酸鉀法和活化MDEA法。其特點(diǎn)為：吸收速度或化學(xué)反應(yīng)速度快，硫容大，適合脫除氣體中高硫；脫硫液再生簡(jiǎn)便，且可循環(huán)使用還可回收硫磺。此法是目前我國(guó)中、小型合成氨廠廣泛采用的氣化方法。氨水（即氨的水溶液）和液氨體本身就是一種氮肥；農(nóng)業(yè)上廣泛采用的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥，和磷酸銨、硝酸磷肥等復(fù)合肥料，都是以合成氨加工生產(chǎn)為主。完全適合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求。 54 由氨分離器和冷交換器排出液氨量Q7和Q15作為支出項(xiàng)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)力求準(zhǔn)確無(wú)誤，滿足使用要求。造氣階段變換階段脫硫階段氨合成階段脫碳階段精制階段 圖4 全廠工藝流程造氣工段是整個(gè)合成氨工藝的前提，目前國(guó)內(nèi)的造氣方法有外熱法、富氧空氣氣化法、蓄熱法。硫化物多種多樣，按其分子結(jié)構(gòu)分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫。根據(jù)催化劑吸附劑的性能不同，主要分為兩大類。銅氨液吸收法：在高壓和低溫下用銅鹽的氨溶液吸收CO的方法。KP與溫度的關(guān)系式如下：lgKp(p→o)=在加壓下，KP與溫度有關(guān)，而且與壓力和氣體的組成有關(guān)，計(jì)算KP的目的是為了計(jì)算平衡氨的濃度。長(zhǎng)期以來(lái),人們對(duì)氨合成催化劑作了大量的研究工作,發(fā)現(xiàn)對(duì)合成氨有活性的一系列金屬為Os,U,Fe,Mn,W等,其中以鐵為主體