【正文】 V 補(bǔ) = 。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]。 ?預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。為補(bǔ)償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮 機(jī)。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。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。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。我國 1996 年合成氨產(chǎn)量已達(dá) ,20xx 年 也 達(dá) 36Mt,2020 年將增加至 45Mt?；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，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等有腐蝕作用 [1]。比空氣輕，相對(duì)密度 ，熔點(diǎn) － ℃ ；沸點(diǎn) － ℃ 。 附錄 A：工藝流程圖 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。若將液氨在 壓力下冷至 ℃ ，就能凝結(jié)成略帶臭味的無色結(jié)晶。 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?？梢姡铣砂惫I(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]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn) ,“有收無收在于水 ,收多收少在于肥”。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。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。在開工或反應(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。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。 氨合成工藝流程簡述 由壓縮送來的新鮮氣（ 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，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℃）。 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。 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《小氮肥長工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表 159的 △ CPm=(Kmol℃ ) C6=Cpm+△ CPm=(Kmol℃ ) 則 Q6=V6CP6T6=27247。(18H2)= 100﹪ =% 入口液體中氮?dú)夂? m180。 在 氨分離器中，大部分的氨被冷凝分離，剩余的氣體則在排放一部分放空氣后經(jīng)過循環(huán)機(jī)壓縮循環(huán)成為循環(huán)氣。目前小型氨廠及部分中型氨廠采用此法回收利用反應(yīng)熱。在氨冷凝過程，部分氫氮?dú)饧岸栊詺怏w溶解在液氨中。 本次設(shè)計(jì)選用中壓法 (壓力為 32MPa)合成氨流程，采用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應(yīng)熱，塔型選擇見設(shè)備選型部分?？偟膩砜矗?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。過去引進(jìn)建設(shè)一套大型化肥裝置 ,耗資數(shù)十億元。同時(shí)，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 (3)實(shí)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。如與磷酸反應(yīng)生成磷酸銨；與硝酸反應(yīng)生成硝酸銨；與二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨，脫水后成為尿素；與二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸氫銨。 并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作溫度、壓力按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)換熱器的尺寸和材質(zhì)進(jìn)行選擇。 在 物料衡算中 出塔氣氨含量達(dá)到 %， 合成氨 ，合成率為 %，由熱量衡算得到合成塔、中置鍋爐和塔外換熱器的熱量變化 。 氨的化學(xué)性質(zhì)活潑，能與酸反應(yīng)生成鹽。 (2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整 ,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的有效途徑。 合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動(dòng)了許多科學(xué)技術(shù)部門的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等。今后應(yīng)利用國內(nèi)開發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù) ,自力更生 ,立足國內(nèi) ,走出一條具有中國特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。但功耗決不但取決于壓力一項(xiàng)，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況。高壓過熱蒸汽的價(jià)值較高 , 當(dāng)然投資要多 , 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來的液氨從氣相中分離出來，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。這種方法簡單，但熱量回收不完全。 塔二出氣體從下側(cè)進(jìn)入中置鍋爐的 U 型管內(nèi)加熱鍋爐脫氧軟水，從塔外換熱器底部熱氣入口（ 210℃ ）進(jìn)入 熱交換器 內(nèi)被管間冷氣冷卻，從頂部熱氣出口（ 110℃ ）出來進(jìn)入高壓水冷 器 進(jìn)一步冷卻 至 常溫 ， 其中部分氣氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。(18Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。= 設(shè)合成塔二出溫度 310℃ ，假定氣體在塔內(nèi)先溫升到出口溫度后再進(jìn)行氨合 成反應(yīng)。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=100%=% 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100%=% 出口液體氬含量： xAr=LAr/L=100%=% 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100%=% 出口液體氮?dú)夂浚? xN2=LN2/L=100%=% 表 液氨貯槽出口液氨組分 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(m0NH3LNH3)/V=()/100%=% 弛放氣甲烷含量： yCH4=(m0CH4LCH4)/V=()/100%=% 弛放氣氬含量： yAr=(m0 ArLAr)/V=()/100%=% 14 弛放氣氫氣含量： yH2=(m0H2LH2)/V=()/100%=% 弛放氣氮?dú)夂浚? yN2=(m0N2LN2)/V=()/100%=% 表 出口弛放氣組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 液氨貯槽物料計(jì)算 以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量 L(19)=1000(17)= 其中 NH3 L(19NH3)=L(19)X(19NH3)=﹪ = m３ CH4 L(19CH4)=L(19)X(19CH4)=﹪ = m３ Ar L(19Ar)=L(19)X(19Ar)=﹪ = m３ H2 L(19H2)=L(19)X(19H2)=﹪ = m３ N2 L(19N2)=L(19)X(19N2)=﹪ = m３ 液氨貯槽出口弛放氣 (V/L)= V(20)=L(19)== m３ 其中 NH3 V(20NH3)=V(20)y(20NH3)=﹪ = m３ CH4 V(20CH4)=V(20)y(20CH4)=14,46﹪ = Ar V(20Ar)=V(20)y(20Ar)=﹪ = m３ H2 V(20H2)=V(20)y(20H2)=﹪ = N2 V(20N2)=V(20)y(20N2)=﹪ = m３ 液氨貯槽出口總物料 =L(19)+ V(20)=+= m３ 液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料 =出槽總物料， L(18)=L(19)+V(20)= m３ 入口液體各組分含量計(jì)算 :L(18i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(18NH3)=+= CH4 L(18CH4)=+= Ar L(18Ar)=+ = m３ H2 L(18H2)= += m３ N2 L(18N2)=+ = 入口液體中組分含量核算 ,由 m180。從一次出口出塔的氣體分為三部分：一部分經(jīng) V5 作為 1 冷激氣 ，另一部分（ 1/6）經(jīng) V4（ V4閥，防止塔內(nèi)件單向受壓） 與主線匯合進(jìn)入塔二次入口，其余可以經(jīng) V2 閥（ V5 和 V2至少有一個(gè)打開）同經(jīng)過 V1 的氣體在塔外換熱器前匯合，進(jìn)入塔外換熱器冷氣入口。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來，得到氫、氮?dú)?，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。 (3)氨的分離 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。 一般中小氮肥廠多為 32MPa , 大型廠壓力較低 ,為 10～ 20MPa。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。所以 ,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。 氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無 3 機(jī)鹽等工業(yè)部門。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情 況分析 , 未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變 , 其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密圍繞“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)、長周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā) [2,3,4]。液氨容易氣化，降低壓力可急劇蒸發(fā)，并吸收大量的熱。 附錄 B：設(shè)備圖 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。energy balance accounting 1 引 言 合成氨的化學(xué)名稱為氨，常溫常壓下，氨是一種具有特殊刺激性氣味的無色氣體，有強(qiáng)烈的毒性。常溫常壓下， 氨在空氣 中的爆炸極限為 %到 28%，在氧氣中為 %到 82%。 氨的用途 氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量 的 %和 %。對(duì)于合成系統(tǒng)來說，液體氨即是它的產(chǎn)品。但此法所用催化劑對(duì)毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對(duì)原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，在壓縮過程中氣體夾帶的潤滑油和水蒸汽混合在一起，呈細(xì)霧狀懸浮在氣流中。由于氣體在設(shè)備、管道中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了壓力損失。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時(shí)得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中型氮廠應(yīng)用較多。 入