【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2； Ф500 微碳純鐵單管并流氨合成塔內(nèi)件計(jì)算說(shuō)明書， 1973 有： 螺旋總?cè)?shù) N=21)(2 200 ?? ?? bdD ? ? (319) 每塊板的平均圈數(shù) n= mN (320) 每塊板的平均長(zhǎng)度 )()(4)( 2 bnbnl nd n ?????? ?????? (321) 10 環(huán)保及安全要求 實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟一的選擇。生產(chǎn)過(guò)程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物 ,實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn) 技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。 在整個(gè)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，合成氨生產(chǎn)比較復(fù)雜，始終存在著高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等危險(xiǎn)因素 [7]，各種控制條件比較嚴(yán)格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。但是，只要我們能充分認(rèn)識(shí)這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。 11 第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算書 物料衡算 計(jì)算基準(zhǔn)： 1000 標(biāo)準(zhǔn)立方米精煉氣 (一 ) 精揀氣組成 小氮肥廠在分析惰性氣體時(shí)一般只分析甲烷，氬氣是不分析的，由于氮和氬都來(lái)自空氣，遂讓氬和氮混在一起，一概作為氮?dú)舛腥雿徫挥涗洝：铣晒ざ沃暗闹T工段的物料計(jì)算，按照小氮肥廠的這種實(shí)際情況，未將氬從氮中分列出來(lái)，由于氬在精煉氣等氣體中的含量甚小 (精煉氣中，氬占 %)，對(duì)這些工段的計(jì)算的影響不大。但至合成工段，循環(huán)氣中的氬含量上升至 3%左右，若不從氮中分出來(lái)，將導(dǎo)致較大的誤差，故合成工段按照氮、氬分 開 .將氬計(jì)入惰性氣體進(jìn)行計(jì)算。 精煉工段來(lái)的精煉氣組成 可參見(jiàn)表 41。 表 41 精煉工段來(lái)的精煉氣組成 成份 H2 N2+Ar CH4 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米 3 % 100 將 Ar 從 N2 中分列出來(lái)， 由布拉夏克《固定氮工藝學(xué)合成氨》下冊(cè)， 371 頁(yè)。 空氣中 N2 :Ar= %:%(體積比 ) 精煉氣中 N2= ? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar= ? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 將 Ar 從 N2 中分列出來(lái)后的 精煉氣組成 見(jiàn)表 42。 表 42 將 Ar 從 N2 中分列出來(lái)后的精煉氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米 3 % 100 (二 ) 已知條件 1. 氨合成流程 氨合成流程圖可參見(jiàn)圖 4 1 0 . 9 3 2 57 8 .1 7 8 .1?? 12 圖 4 1 氨合成流程圖 1—合成塔， 2—水冷器， 3—水冷后氨分離器， 4—循環(huán)機(jī)， 5—油分離器， 6—一級(jí)氨冷器， 7—一級(jí)氨分離器， 8—二級(jí)氨冷器， 9—冷交換器； V0 —新鮮氫氮?dú)猓?V1 —放空氣， V2 —進(jìn)塔氣， V3 —出塔氣 。 V14? 、 V24? —液氨。 括號(hào)內(nèi)數(shù)字單位 :千克 /厘米 2(絕壓 )( 1 千克 /厘米 2=)，括號(hào)前數(shù)字單位 :大氣壓 (絕壓 )。 本工段計(jì)算中全部采用絕壓，為簡(jiǎn)便計(jì)，下文中壓力單位后面的 “絕壓 ”兩字，均略去不再寫。 2． 精煉氣成份可參見(jiàn)表 41. 3． 進(jìn)塔氣中氨含量： % 4． 出塔氣中氨含量： 11% 5． 出塔氣中惰性氣體含量： % 6． 精煉氣溫度： 35℃ 7． 壓力 :循環(huán)機(jī)出口 Mpa，其余各點(diǎn)壓力見(jiàn)示意流程圖 8． 氣體在液氨中的溶解量忽略不計(jì)，熱 (冷 )損失亦忽略不計(jì)。 (三 ) 物料衡算 13 計(jì)算基準(zhǔn) 。1000 標(biāo)準(zhǔn)米 3 精煉氣 (1) 出塔氣成份 已知：出塔氣中 NH3＝ 11% CH4+Ar =% H2 ： N2=3： 1 ∴ 3H2＋ N2=100%－ (11%+%)=% ∴ H2=43 ? %=% N2=41 ? %=% CH4=% ?? =% Ar= % ?? =% 所以出塔氣成份 如 表 43 所示。 表 43 出塔氣成份 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 (2) 放空氣量 V1 與放空氣組成 200 大氣壓下，水冷器內(nèi)無(wú)液氨冷凝出來(lái)，故放空氣成份與出塔氣相同 (參見(jiàn)水冷器物料衡算 )。 放空氣量為： V1 = 1 9 2 9 )0 0 2 9 . 0 1 4 2 01 0 0 0 ??（ = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 所以放空氣組成如 表 44。 表 44 放空氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 標(biāo)準(zhǔn)米 3 （ 3） 氨產(chǎn)量 V4 由氣量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 ＋ V0 ① 由于氨合成時(shí)體積減小 V3 ＝ V2 －（ V4 ＋ 11％ V1 ） ② 式中 V0 一補(bǔ)充新鮮氫氮?dú)怏w積，標(biāo)準(zhǔn)米 3。 14 V1 —放空氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 V2 —進(jìn)入合成塔混合氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 V3 —出合成塔混合氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 V4 —冷凝成產(chǎn)品氨的氣體體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 以 V3 代入 ① V2＝ V2－（ V4＋ 11％ V1）－ V1－ V4＋ V0 ∴ V3 = 10 VV ? = 2 7 7 0 0 0 ?? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 由氨平衡 11%V3 =%V2 +(V4 +11%V1 ) ③ % ? ② %V3 =%V2 一 % (V4 十 1l%V1 ) ④ ③ 一 ④ ( 一 ) V3 = (1+)( V4 十 ) ∴ V3 = 0 . 0 8 5 8 8 . 7 7 50 . 1 14 5 0 . 7 3 01 . 0 2 5 ）（ ??? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合成塔出口氣組成如 表 45。 表 45 合成塔出口氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 標(biāo)準(zhǔn)米3 （ 4） 合成塔進(jìn)口氣量 V2 及組成 由氣量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 + V0 ＝ ――+1000 ＝ 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合成塔進(jìn)口氣體組成為 ： H2 － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 N2 － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 CH4 － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 NH3 － － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 15 合計(jì) － + － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 即 塔 出口氣體組成 見(jiàn)表 46。 表 46 塔出口所體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 （１ ) 進(jìn)口與合成塔出口氣體相同 (２ ) 出口 設(shè)：水次器出口溫度為 35℃ ? =308K， ? = 大氣壓 由《氮?dú)夤ぷ髡呤謨?cè)》中拉爾遜一布列克經(jīng)驗(yàn)公式 ： logyA=+－ 式中 ： yA—液氨上方氣體中的平衡氨濃度， %； ? —混合氣體的壓力，大氣壓； ? —混合氣體的絕對(duì)溫度， ? 。 logyA=+－ = 即 yA= 水冷器進(jìn)口氣體中氨濃度為 11%，較 35℃ 時(shí)的平衡氨濃度 %為小，因氨未達(dá)飽和，不會(huì)出現(xiàn)冷凝。故出口氣體的組成和氣量均無(wú)變化，仍與出塔氣體相同 (按上式計(jì)算，冷 卻至 ℃ 時(shí)，出口氣體的飽和氨濃度為 11%，但氣氨開始冷凝時(shí)形成霧滴，不易分離出來(lái)。在冬季可分離出少量液氨 )。 (1) 進(jìn)口 進(jìn)口熱氣體量 =V3 － V1 =－ = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 進(jìn)口熱氣體組成為 H2 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 N2 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 CH4 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 16 NH3 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合計(jì) － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 即 冷交換器進(jìn)口氣體組成 可 見(jiàn)表 47 表 47 冷交換器進(jìn)口氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 (2) 出口 用試算法在下面的冷交換器熱量衡算中先進(jìn)行試差，從而決定熱氣體出口溫度為℃ , T=, P = 大氣壓。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 由《手冊(cè)》第九章第三節(jié)，考慮氨在氣相中有霧狀析出，取過(guò)飽和度 10%則液氨上方氣體中的過(guò)飽和氨濃度 39。yA( %) ： 39。yA二 1. lyA = X = 令：出口氣體中氣氨體積為 y 標(biāo)準(zhǔn)米 3 于是 yy ?? )0 6 0 12 4 4 6 4(= ∴ y ＝ 0 7 6 5 8 6 30 7 6 5 ? ? ＝ 標(biāo)準(zhǔn)米 3 冷交換器中冷凝出來(lái)的氨量 =－ = 標(biāo)準(zhǔn) 3? ? = 千克 冷交換器 出口熱氣體組成 見(jiàn)表 48。 表 48 冷交換器出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 17 設(shè) ： 一級(jí)氨冷器出口溫度為 7℃ , T=280K, P = 大氣壓。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－=