【正文】 氨分解基惰性氣體分率：== 溫度T=365+273=638K P===加壓下混合氣體的定加熱容如下：當(dāng)T500K時(shí) 當(dāng)T500K時(shí) 代入T=365+273=638K P===冷管內(nèi)各組分熱容及混合氣體熱容 熱容 Kcal/（Kmol包括了馳放氣和產(chǎn)品氨的熱量?！?(理化數(shù)據(jù) P76）=+=+=(kmol℃) =+=(kmol℃)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，氨分離器來氣有部分放空， 摩爾定壓熱容與氨分出口的相同=(KmolW===330357Kg331t水冷器能量總匯表:水冷器熱量匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 項(xiàng)目 熱量 熱氣體帶入熱 氣體出口帶出熱 7200095 氨冷凝放出熱 4852125 液體出口帶出熱 675665 冷卻水移出熱 合計(jì) 冷交換器與氨冷器能量衡算現(xiàn)將兩個(gè)設(shè)備作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行能量衡算對(duì)象 能量平衡示意圖： 冷凝塔 30℃ 25℃ 氨 冷 器 ℃ 25℃ 15℃ 能量平衡式：過程中，氨冷器使循環(huán)氣中的氨大部分被液化，液化放出熱量，通過衡算，可求得氨冷器的冷凍量。℃)=+=+=(kmol℃)=+=(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。℃) (理化數(shù)據(jù) P76）=+=+=(kmol℃)=+=(kmol 熱氣體（從廢熱鍋爐來氣）帶入熱量=55643284KJ/h 熱氣體（去熱交換器）帶出熱量設(shè)定溫度=190℃，,因?yàn)槲从幸喊崩淠圆捎梅謮函B加法計(jì)算?！?==++++====++++151===523/===查表得=(kmol℃)=+=(kmolK)=== ==℃則=+=170℃+℃=℃與設(shè)定的出口溫度330℃接近。℃)===反應(yīng)熱數(shù)值。℃)=+(273+330)=(kmol℃)=== 合成塔二出帶走熱量根據(jù)合成塔二次出氣=330℃,=，則：=+=(kmol℃)=+(273+170)=(kmol℃)=== 合成塔二進(jìn)帶入熱量根據(jù)合成塔二次進(jìn)氣=170℃,=，則：=+=(kmol℃)=+(273+60)=(kmol℃)=== 合成塔一出帶走熱量根據(jù)合成塔一次出氣=60℃,=，則：=+=(kmol℃) =+(273+45)=(kmol合 成 塔 一進(jìn) Q 一出 Q 二進(jìn) Q 二出 Q 熱損失 Q 氨合成塔熱量衡算示意圖8 合成塔一進(jìn)帶入熱量根據(jù)合成塔一次進(jìn)氣=45℃,=，則： =+=(kmol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)。假設(shè)V90=由式⑤確定V1，得到V1=由式①確定V6，得到V6=由式②確定V0，得到V0=由式④確定V5，得到V5=V7=V5由式③進(jìn)行校核：V4=V6+V5誤差：% % 滿足要求對(duì)氨合成工序進(jìn)行惰性氣平衡校核：誤差：%%% 滿足要求對(duì)氨合成工序進(jìn)行氫平衡，得到：確定 則：%對(duì)氨合成工序進(jìn)行氮平衡，得到：V確定%根據(jù)=%于是有：%對(duì)氨合成工序進(jìn)行甲烷平衡，得到：確定%從而得到：%根據(jù)這一組成，重新計(jì)算A和Ai。若氨合成塔進(jìn)氣氨含量為3%，則考慮10%的過飽和度，平衡氨含量為：3%/=%=+(273+t)則冷凝分氨溫度為：t=(+)273= ℃各組分在液氨內(nèi)的溶解度系數(shù)(m3表6 氨分離器出口氣體初步計(jì)算組成 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ 44℃㎏/，若分離液氨量為kmol，則各組分在液氨內(nèi)的溶解量分別為：=17=17=17=17溶解氣量為：=kmol式中，=。平衡氨含量按下式計(jì)算：=+==﹪取過飽和度為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表4氨合成塔進(jìn)塔氣組成 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ 出塔氣氣量：=(1+)/(1+)=100/=生成氨量：= ==出塔氣惰性氣含量：=/ =100/=﹪氨合成塔進(jìn)出氣氫平衡：+=+則出塔氣氫含量：=(+)/ =(+)100/=﹪出塔氣氮含量：=1 ==﹪氨合成塔出塔氣組成見表5。 廢熱回收參數(shù)首先，從合成塔出來的混合氣體溫度達(dá)到330OC，利用這些熱量加熱中置鍋爐，產(chǎn)生蒸汽，溫度降為250OC，再對(duì)軟水加熱器進(jìn)行加熱，使溫度進(jìn)一步下降到190OC，然后進(jìn)入塔外換熱器，與合成塔一次出口的混合氣換熱，使合成塔二次進(jìn)口氣體的溫度升高到170OC，自己降為75OC，這些就是廢熱的回收利用。控制過低的惰性氣體含量勢(shì)必要大量排放，有效氣體的放空損失在經(jīng)濟(jì)上是不合格的。通常情況下，—%?！?，否則將不利于氨合成反應(yīng)的進(jìn)行，使氨產(chǎn)量下降。氨冷器：常用的有兩種，一種是臥式，另一種是立式，鑒于兩種氨冷器的型式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇立式氨冷器。氨分離器：常見的有兩種，多層套管式和離心金屬絲網(wǎng)過濾組合。所以，本設(shè)計(jì)采用冷激式氨合成塔。軸向冷激的優(yōu)點(diǎn)：用冷激氣調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，操作方便，而且省去許多冷管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)件可靠性好，合成塔筒體與內(nèi)件上開設(shè)入孔，裝卸催化劑時(shí)，不必將內(nèi)件吊起，外筒密封在縮口處。冷管式氨合成塔：中國(guó)小型氨廠多采用冷管式內(nèi)件，其主要優(yōu)點(diǎn)是：床層溫度分布比較合理，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度高，入操作壓力為30MPa，空速20000—30000h1，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度可達(dá)40—60t/(m3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。 氨合成工序方塊流程圖合成塔循環(huán)機(jī)壓縮機(jī)六段精煉氣液氨中間槽氨分離器軟水加熱器中置鍋爐塔外換熱器氨冷器冷凝塔油水分離器 放空水 冷 器 圖6 合成氨方塊流程圖 設(shè)備選擇論證 氨合成塔的選擇論證氨合成塔是合成氨生產(chǎn)的主要設(shè)備之一。在氨冷凝過程，部分氫氮?dú)饧岸栊詺怏w溶解在液氨中。如果操作壓力在45MPa以上，用水冷卻即能使氨冷凝。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。45/。所以，本設(shè)計(jì)的放空位置選擇在氨分后。因此，補(bǔ)充的新鮮氣就需要經(jīng)冷凝液氨的洗滌，最終脫除水分、油滴和微量CO，才能確保催化劑的活性。故總成本與壓力變化有關(guān)。 生產(chǎn)方法的選擇論證 合成壓力的選擇論證由化學(xué)反應(yīng)式可知，氨合成反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的反應(yīng)，提高壓力有助于反應(yīng)向合成氨的方向進(jìn)行，而反應(yīng)速度隨壓力的提高而增大。催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，固定床用的催化劑能承受得住床層的載荷和振動(dòng)而不導(dǎo)致破碎和造成床層的阻塞。但一旦放大到大規(guī)模生產(chǎn)，我們就需要解決如何帶出這部分熱量和控制溫度。 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。KJ/Kmol工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)產(chǎn)物為氮?dú)狻錃?、氨氣及惰性氣體的混合物，熱效應(yīng)應(yīng)是上述反應(yīng)熱與氣體混合熱之和。第二章 工藝部分 車間或工序的生產(chǎn)基本原理 熱力學(xué)氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡：合成氨是一個(gè)放熱和氣體摩爾數(shù)減小的可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式為： 化學(xué)平衡常數(shù)KP可表示為：從上式可以知道，平衡時(shí)混合氣體中氨分壓的多少與平衡是H2，N2的分壓有關(guān)，同時(shí)與KP值有關(guān)。由于本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工序是合成工序，所以這里不做重點(diǎn)討論。所以此法只能適用于CO含量甚少的原料氣。所以國(guó)內(nèi)銅氨液吸收法大多采用醋酸銅氨液。目前的脫出方法又三種：銅氨液吸收法、深冷分離法和甲烷化法。聚乙二醇二甲醚法既Selxol或NHD法，它對(duì)H2S和CO2的選擇性較好，凈化度可達(dá)106級(jí)、能耗低、無(wú)腐蝕性、溶劑不起泡、不降解、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、閃蒸壓低、溶劑損失少、溶劑無(wú)毒、生產(chǎn)上可以將COH2S等酸性氣體脫除干凈，而有用氣體損失很少。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。另一類是物理吸收法，利用二氧化碳能溶于水或有機(jī)溶劑這一性質(zhì)完成的。目前二氧化碳脫出的方法很多，一般采用溶液吸收法。PDS對(duì)人體無(wú)害，不會(huì)發(fā)生設(shè)備堵塞，無(wú)腐蝕性，對(duì)環(huán)境污染較小。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。讓堿或氨再生還原，返回脫硫塔再去吸收H2S。為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑中毒，必須在合成氨工序前加以脫除。各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%—40%，現(xiàn)在利用CO變換反應(yīng)式（CO+H2O=CO2+H2）在不同溫度下分兩步進(jìn)行，第一步是高溫變換（簡(jiǎn)稱高變。若用純氧氣化來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。由于水蒸氣氣化煤是吸熱反應(yīng)，因而使煤層溫度下降，故需重新通入空氣一提高爐溫，再通過水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)。綜上，本設(shè)計(jì)建廠位置在遵義市新浦鎮(zhèn)吳家?guī)X，據(jù)城郊5公里?！孀笥遥偨邓?0～70mm。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