【正文】 000001m3/t(NH3)0000m3/h0000kmol/h0000新鮮補(bǔ)充氣⑴摩爾分?jǐn)?shù)%0100m3/t(NH3)0m3/h000kmol/h000馳放氣組成20摩爾分?jǐn)?shù)%m3/t(NH3)m3/h875kmol/h液氨貯槽進(jìn)口液體21摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/t(NH3)m3/h177kmol/h產(chǎn)品液氨19摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/t(NH3)m3/hkmol/h （1） 熱氣進(jìn)口溫度 冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題意知t1=35℃（2） 冷氣進(jìn)口溫度 %，%，設(shè)過飽和度為10%，則在該冷凝溫度下的平衡氨含量為yNH3=100%=%查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》[6]%時(shí)的冷凝溫度t2=10℃，故冷氣進(jìn)口溫度等于10℃。 V入= m3 入塔物料：V5= m3NH3 V5NH3=﹪=CH4 V5CH4=﹪=Ar V5Ar=﹪=H2 V5H2=﹪=N2 V5N2=﹪= 合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器，冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料即　　V5=V6=V7= m3 出塔物料　　 V8= m3NH3 V8NH3=﹪= m3CH4 V8CH4=﹪= m3Ar V8Ar=﹪= m3H2 V8H2=﹪=N2 V8N2=﹪= m3 合成塔生成氨含量：ΔVNH3=V8NH3V5NH3 = == 由于沸熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。 V補(bǔ)= m３。(0i)將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充氣補(bǔ)V補(bǔ)，離開該系統(tǒng)的物料有放空氣V放，液氨貯槽弛放氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨 。(0N2)= 100﹪=% 入口液體中組分含量 m180。(0Ar)= 100﹪=﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。(0NH3)=100﹪=﹪ 入口液體中甲烷含量 m180。 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=％ 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100％=％ 出口液體氮?dú)夂浚?xN2=LN2/L=100％=％ 液氨貯槽出口液氨組分NH3CH4ArH2N2小計(jì) 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=％ 弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2LH2)/V=()/100％=％ 弛放氣氮?dú)夂浚簓N2=(M0N2LN2)/V=()/100％=％ 出口弛放氣組分含量 NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 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)= m３ 其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3)X(19NH3)=﹪= m3 CH4 L(19CH4)=L(19CH4)X(19CH4)=﹪= m3 Ar L(19Ar)=L(19Ar)X(19Ar)=﹪= m3 H2 L(19H2)=L(19H2)X(19H2)=﹪= m3 N2 L(19N2)=L(19N2)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(20NH3)y(20NH3)=﹪=CH4 V(20CH4)=V(20CH4)y(20CH4)=﹪= m3Ar V(20Ar)=V(20Ar)y(20Ar)=﹪= m3H2 V(20H2)=V(20H2)y(20H2)=﹪= m3N2 V(20N2)=V(20N2)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(21)=L(19)+V(20)= m3 入口液體各組分含量計(jì)算:L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=+= m3 CH4 L(21CH4)= + = Ar L(21Ar)=+ = m3 H2 L(21H2)= += m3 N2 L(21N2)=+ = m3 入口液體中組分含量核算,由 m180。 G％=（1+y5NH3）(y8NH3yNH3)/(( y8NH3 y5NH3)(1 yNH3)) =[(1+）（）]/ [（）（）] =％ ％冷交，％。 生產(chǎn)流程簡圖合成塔水冷器熱交換器廢熱鍋爐放空油分離器循環(huán)機(jī)冷交換器氨分離器新鮮氣弛放液氨儲槽氨冷器 第三章 工藝計(jì)算 已知條件（1）產(chǎn)量190kt/a，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按300天計(jì)，則產(chǎn)量為：（2）新鮮補(bǔ)充氣組成組分H2N2CH4Ar 總計(jì)含量（%） 25 100（3）合成塔入口中氨含量：NH3入=%（4）合成塔出口中氨含量：NH3出=%（5）合成塔入口惰性氣體含量：CH4 +Ar=18%（6）合成塔操作壓力：32Mpa（7）精練氣溫度：35℃1～5：精煉氣 6～：合成氣 13：放空氣 20：弛放氣 ：液氨 計(jì)算物料點(diǎn)流程 物料衡算 合成塔物料衡算（1）合成塔入口氣組分： 入塔氨含量: y5NH3=％； 入塔甲烷含量：y5CH4=18％（+）100％=％； 入塔氫含量：y5H2=［100（18+）］3/4100％=％； 入塔氬含量：y5Ar=18％％=％； 入塔氮含量：y5N2=［100（18+）］1/4100％=％ 入塔氣組分含量 NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 （2）合成塔出口氣組分： 以1000kmol/h入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分， 由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3y5NH3)/(1+y8NH3)=1000( )/(1+)= 出塔氣量: M8=入塔氣量—生成氨含量== 出塔氨含量： y8NH3=％ 出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)y5CH4=(1000/)％=％ 出塔氬含量： y8Ar=(M5/M8)y5Ar=1000/％=％ 出塔氫含量： y8H2=3/4(1y8NH3y8CH4y8Ar)100％=3/4()100％=％ 出塔氮含量： y8N2=1/4()100％=％ 出塔氣體組分含量NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 （3）合成率： 合成率=2MNH3/［M5(1y5NH3y5CH4y5Ar)］100％ =2［1000()］100％=％ 已知氨分離器入口混合物組分mNH3mCH4mArmH2mN2小計(jì) 查t=35℃，P=： 各組分平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN2 設(shè)（V/L）=，帶入L(i)=m(i)/［1+(V/L)K(i)］=L(i): LNH3=mNH3/［1+(V/L)KNH3］= LCH4= mCH4/［1+(V/L)KCH4］= LAr=mAr/［1+(V/L)KAr］= LH2=mH2/［1+(V/L)KH2］= kmol LN2=mN2)/［1+(V/L)KN2］= L總= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= 分離氣體量：V=1L== 計(jì)算氣液比：（V/L）＇= 誤差［（V/L）（V/L）＇］/（V/L）=（）/100％=％，結(jié)果合理。 綜上所述，該設(shè)計(jì)使用32Mpa的中壓法。不僅要增加熱回收率,多產(chǎn)蒸汽, 還要增加回收蒸汽的壓力和過熱度。通常，中小型氮肥廠用32MPa ,大型廠用10～20MPa。中壓法有成熟的技術(shù)還經(jīng)濟(jì)性。 因此，氨合成方法的選取要考慮到壓力、合成塔的結(jié)構(gòu)型式及其熱回收方法。 氨合成的生產(chǎn)工藝條件的選取要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量高，消耗低，工藝簡單，設(shè)備便宜，操作簡單及安全可靠等特點(diǎn)。該法能使塔內(nèi)換器的面積較小，繼而是塔的體積縮小，還能完全回收熱。現(xiàn)在使用比較普遍的是在中型氮廠。根據(jù)不一樣副產(chǎn)蒸汽鍋爐的設(shè)置，有塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔(內(nèi)置式)和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔(外置式)兩類。② 對反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽預(yù)熱。但是該法不能充分吸收熱量。回收的方法有以下幾種：①對反應(yīng)前的氫氮混合氣預(yù)熱。這樣，增加了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮?dú)鈸p失。采用水吸收法或冷凝法可回收利用放空氣中的氨，余下的氣體當(dāng)燃料。 在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，過程中惰性氣體含量各不相同，選擇惰性氣體含量最高且氨含量最低的位置放空，使放空損耗達(dá)到最少。在設(shè)備、管道中流動(dòng)的氣體會有壓力喪失，所以過程中要安裝循環(huán)壓縮機(jī)來降低壓差。(4)氣體的循環(huán) 通過合成塔的氫氮混合氣氨，大多數(shù)沒有合成為氨。氨冷凝時(shí)，在液氨里會溶解一些氫氮?dú)饧岸栊詺怏w。水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器里操作。水吸收法冷凝法是常用的氨的分離方法。當(dāng)反應(yīng)達(dá)不到自熱，要使用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供熱。(2)氣體的預(yù)熱和合成 對壓縮后的氫氮混合氣升溫，使其達(dá)到催化劑的起始活性溫度，方可放入催化劑層合成?？梢杂糜头蛛x器來去除壓縮機(jī)每段出口的油，還需濾油器安裝于合成系統(tǒng)。使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，氣體中混合的潤滑油和水蒸汽會呈細(xì)霧狀在氣流中漂浮。 要循環(huán)氨合成就應(yīng)做到以下幾點(diǎn)[2]：壓縮氮?dú)湓蠚馇已a(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)；合成氨及預(yù)熱循環(huán)氣；分離氨；回收利用熱能；循環(huán)使用未反應(yīng)氣體，為保持惰性氣體的平衡放出部分循環(huán)氣等。壓力、溫度、濃度等因素對反應(yīng)的進(jìn)行都有影響。 所以，高溫、高壓、高純度是合成氨生產(chǎn)過程中的必然要求。加上生產(chǎn)的流程長、有很強(qiáng)的連續(xù)性，一直在高溫和高壓下生產(chǎn)的設(shè)備，再加上內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部條件的侵蝕，會增加事故的發(fā)生率，特別是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備的事故時(shí)有發(fā)生。合成氨生產(chǎn)有以下特點(diǎn)[5]：①工藝流程長、設(shè)備管道多；②各工序生產(chǎn)操作相互影響；③生產(chǎn)過程有高度的連續(xù)性；④高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的條件下生產(chǎn)。實(shí)踐證明，壓力控制在13～30MPa是最好的。在動(dòng)力消耗中，全廠消耗最大的當(dāng)屬合成氨的合成系統(tǒng)?，F(xiàn)在中壓法技術(shù)已經(jīng)成熟，而且經(jīng)濟(jì)性不錯(cuò)。實(shí)際生產(chǎn)中，該法已經(jīng)淘汰。但缺點(diǎn)在于此法所用的催化劑對毒物很敏感，很快會中毒，縮短其壽命，所以要嚴(yán)格控制原料氣的精制純度。該法法的操作壓力為10MPa左右，溫度控制在400～450℃。加上操作過程是高溫高壓，設(shè)備選取及材質(zhì)都有較高要求，加大了投資。該法有較高的合成效率，反應(yīng)后混合氣中的氨易被分離，流程簡單、設(shè)備緊湊。合成氨行業(yè)上的各種工藝流程通常根據(jù)壓力的高低加以區(qū)分[4]。它主要是把精制的氫氮?dú)怏w在催化劑的作用下合理的合成為氨。中毒現(xiàn)象也存在于氨合成催化劑中，與其他催化劑中毒類似.最近幾年，一些新型合成催化劑正在不斷的應(yīng)用與生產(chǎn)，它將不斷改變合成氨催化劑的現(xiàn)狀。除了反應(yīng)因素需要水蒸氣含量較低之外，高含