【導讀】年產(chǎn)10萬噸合成氨合成工段工藝設計

　　

【正文】 (19 點 ) ? m3 馳放氣 (20 點 ) ? m3 產(chǎn)品液氨 (21 點 ) 21 ? m3 (9)各部位的物料組成和數(shù)量，分別列表如下。其中把以合成 1t 氨為基準的量，這算為按生產(chǎn)量每小時的氨產(chǎn)量為 的體積 (m3/h)和其物質(zhì)的量 (kmol/h)作為能量衡算依據(jù)。 28 表 合成塔一次入 (3點 )， 一次出 (4點 )，二次入 (5點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 合成塔出口 (6點和 7， 8， 9， 10點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 氨分離器出口氣 (11點 ) 29 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 循環(huán)機入，出口 (13， 14點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 放空氣 (12點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 (1點 ) 30 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 0 0 0 0 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 冷交換一入 (2點 )，一出 (15點 )，二入 (16點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 氨分離器出口液氨 (17點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 冷交換器出口液氨 (18點 ) 31 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 馳放氣組成 (20點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 液 氨貯槽入口 (19點 ) 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 表 產(chǎn)品液氨 (21點 ) 32 組成 摩爾分數(shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 第三章 能量衡算 根據(jù)已知條件和物料衡算結(jié)果，對整個系統(tǒng)的各個設備進行能量衡算。從回路 中任何一個設備開始計算均可。現(xiàn)從合成塔開始，逐次對各單元設備進行能量衡算。 合成塔能量衡算 計算基準：以小時產(chǎn)量 (單位為 kmol/h)為基準。溫度基準為 0℃ (熱力學溫度 K，計算中涉及的溫度實為溫差 )。 圖 合成塔能量平衡示意圖 由已知 t4= 50℃ ， p4= MPa 求得 錯誤 !未找到引用源。 h/KJ10900174Q 4 ? 熱平衡式： 損 64R53 ????? （ 31） 式中： Q3， Q4， Q5， Q6均為顯熱，需熱容數(shù)據(jù)。計算中先按常壓下求取，然后再進Q3 Q5 Q6 Q4 QK Q 損 ③ ⑤ ⑥ ④ 33 行壓力校正。 (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 ， 30t3? 3p = 31 MPa 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 求得 )km o l/(J1 5 9 m3p ??， h/KJ6685817Q 3 ? (2)合成塔二次入塔氣帶入熱量 Q5 由已知 t5= 180℃ ， p5= MPa 求得 錯誤 !未找到引用源。 )km o l/(J6 5 0 m5p ??， h/KJ3 82 32 63 7Q 5 ? 錯誤 !未找到引用源。 (3)合成塔一次出塔氣帶出熱量 4Q 由已知 t4= 50℃ ， p4= MPa 求得 錯誤 !未找到引用源。 )km o l/(J4 5 9 m4p ??， 錯誤 !未找到引用源。 (4)合成塔二次出塔氣帶出熱量 Q6 由已知 t6= 360℃ ， p6= 30 MPa 求得 錯誤 !未找到引用源。 )km o l/(KJ6 1 3 m6p ??， h/KJ7 32 79 96 7Q 6 ? 錯誤 !未找到引用源。 (5)合成反應熱 QR 反應熱數(shù)值，由《小氮肥工藝設計手冊》查圖取： HR=由物料衡算知，塔內(nèi)反應生成氨為 h/k m o 3NH ???? 則合成反應熱為 錯誤 !未找到引用源。 =? =（ 32） 34 熱平衡．減差值為熱損失 / 7 0 1 8 1 5 64R53 ??????損 （ 33） h/ 8 8 8 1 9 5 6 R53 ????總 （ 34） 占總收入熱 錯誤 !未找到引用源。 根據(jù)經(jīng)驗，此數(shù)據(jù)是合理的。 合成塔內(nèi)溫升核算： 由于 二次入塔溫度為 180℃ ，經(jīng)過反應后，溫度升高后的數(shù)值，應為出口氣體溫度。按下速公式進行核算 ?33NH6R3NHmp nQy1 )H(yC 1t 損，???? ? ????? （ 35） 式中： )Kkm ol/( CCC m6pm5pmp ???? ，， 為進出口平均摩爾定壓熱容； 錯誤 !未找到引用源。 3NH33NH63NH ?????? ， ，氨凈值； k m o 3 ? 入塔氣量。 1t ??????? ）（ ℃ 則 錯誤 !未找到引用源。 ℃ 與設定的出口溫度 360℃ 相差無幾，可以認為計算正確。 表 合成塔能量平衡匯總表 收入項 支出項 項目 熱量 /KJ h1 項目 熱量 / 一次入塔氣 Q3 6685817 一次入塔氣 Q4 10900174 二次入塔氣 Q5 38232637 二次入塔氣 Q4 73279967 反應熱 QR 熱損失 Q 損 小計 小計 35 廢熱鍋爐能量衡算 圖 廢熱鍋爐能量平衡示意圖 通過衡算，可求得廢熱鍋爐熱負荷，從而可知生產(chǎn)蒸汽量。 (1)入口氣帶入熱 Q6 錯誤 !未找到引用源。 (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 錯誤 !未找到引用源。 ， p7= MPa 求得 )km o l/(KJ6 5 8 m7p ??， 錯誤 !未找到引用源。 Q7= (3)廢熱鍋爐熱負荷 錯誤 !未找到引用源。 （ 36） (4)可副產(chǎn)蒸汽量 設定軟水溫度為 90 錯誤 !未找到引用源。 ，其焓 錯誤 !未找到引用源。 ，飽和蒸汽壓力為 MPa(絕 )，其焓 錯誤 !未找到引用源。 如考慮 2%的熱損失，則由熱平衡，可求得蒸汽量： h/ )(QW ????? 水汽 軟水帶入熱量為 Q = = 3426608kJ/h 蒸汽帶出熱量為 Q = = 25302082kJ/h 熱損失為 錯誤 !未找到引用源。 46439kJ/h 表 廢熱鍋爐能量平衡匯總表 Q6 ○ 6 360 錯誤 !未找到引用源。 軟水 蒸汽 ○ 7 Q7 250 錯誤 !未找到引用源。 Q 損 36 收入項 支出項 項目 熱量 /kJh1 項目 熱量 /kJh1 進爐熱氣 Q6 73279967 出爐熱氣 Q7 50958054 軟水帶入熱 Q 水 3426608 蒸汽帶出熱 Q 汽 25302082 熱損失 Q 損 446439 小計 76706575 小計 76706575 熱交換器能量衡算 冷、熱氣體的熱量，已有三項由合成塔和廢熱鍋爐的能量衡算確定。此處計算目的是確定出口熱氣體的溫度 t8。 (1)冷氣體 (即合成一次出塔氣 )帶入熱量 h/Jk10900174Q 4 ? 圖 熱交換器能量平衡示意圖 (2)冷氣體 (即合成二次入塔氣 )帶出熱量 h/Jk38232637Q 5 ? (3)熱氣體 (即廢熱鍋爐來氣 )帶入熱量 h/Jk50958054Q 7 ? (4)熱氣體出口帶出熱量 h/Jk2 3 6 2 5 5 9 5748 ???? 錯誤 !未找到引用源。 （ 37） Q7 Q8 Q4 Q5 37 根據(jù)此值，按顯熱計算，求得出口溫度為 115℃ 。 表 熱交換器能量平衡匯總表 收入項 支出項 項目 熱量 /kJh1 項目 熱量 /kJh1 合成一次出塔氣 Q4 10900174 去合成二次入塔氣 Q5 38232637 廢熱鍋爐來氣 Q7 50958054 熱氣出口去軟水預熱器 Q8 23625591 小計 61858228 小計 61858228 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。 (1)熱氣體 (從熱交器來氣 )帶入熱量 錯誤 !未找到引用源。 h/Jk23625591Q 8 ? (2)熱氣體 (去水冷卻器 )帶出熱量 設定溫度為 錯誤 !未找到引用源。 ℃ ， ? 圖 軟水預熱器能量 平衡示意圖 通過計算和查圖，求得 )km o l/(KJ0 4 8 m9p ??， 錯誤 !未找到引用源。 算得 錯誤 !未找到引用源。 (3)熱負荷 (可回收的熱量，忽略熱損失 ) 錯誤 !未找到引用源。 （ 38） (4)軟水量 假定來水溫度為 25℃ ，焓值為 。預熱到 90℃ ，焓值為 。則軟水量 25 錯誤 !未找到引用源。 90 錯誤 !未找到引用源。 Q8 115 錯誤 !未找到引用源。 Q9 80 錯誤 !未找到引用源。 38 除供給廢熱鍋爐外，還可送出。 軟水帶入熱： Q = = 2346708kJ/h 軟水帶出熱： Q = = 8448327kJ/h 表 軟水預熱器能量平衡匯總表 收入項 支出項 項目 熱量 /kJh1 項目 熱量 /kJh1 熱交換器來氣 Q8 23625591 去水冷器的氣 Q9 16979548 軟水帶入熱 2346708 軟水帶出熱 8448327 小計 25972299 小計 25427875 水冷卻器和氨分離器能量衡算 圖 水冷卻器和氨分離器能量平衡示意圖 通過能量衡算，可求出水冷移出的熱量和冷卻水消耗量。 假定氨分離器無溫度和熱量變化，忽略熱損失，故與水冷器作為一個系統(tǒng)計算，并假定水冷器為套管冷卻囂。 (