【正文】 米 3 CH4 + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 18 NH3 = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合計 + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 所以二級氨冷器 進口氣體組成 見表 410。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－= yA= 考慮過飽和度數(shù) 10%, 則 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的氨量 =－ = 標(biāo)準(zhǔn) 3? ? = 千克 冷交換器 出口熱氣體組成 見表 48。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 由《手冊》第九章第三節(jié)，考慮氨在氣相中有霧狀析出，取過飽和度 10%則液氨上方氣體中的過飽和氨濃度 39。在冬季可分離出少量液氨 )。 logyA=+－ = 即 yA= 水冷器進口氣體中氨濃度為 11%，較 35℃ 時的平衡氨濃度 %為小，因氨未達(dá)飽和，不會出現(xiàn)冷凝。 表 45 合成塔出口氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計 % 100 標(biāo)準(zhǔn)米3 （ 4） 合成塔進口氣量 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 － + － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 即 塔 出口氣體組成 見表 46。 表 44 放空氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計 % 100 標(biāo)準(zhǔn)米 3 （ 3） 氨產(chǎn)量 V4 由氣量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 ＋ V0 ① 由于氨合成時體積減小 V3 ＝ V2 －（ V4 ＋ 11％ V1 ） ② 式中 V0 一補充新鮮氫氮氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3。 表 43 出塔氣成份 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計 % 100 (2) 放空氣量 V1 與放空氣組成 200 大氣壓下，水冷器內(nèi)無液氨冷凝出來，故放空氣成份與出塔氣相同 (參見水冷器物料衡算 )。 (三 ) 物料衡算 13 計算基準(zhǔn) 。 本工段計算中全部采用絕壓，為簡便計，下文中壓力單位后面的 “絕壓 ”兩字，均略去不再寫。 V14? 、 V24? —液氨。 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 中分列出來后的 精煉氣組成 見表 42。 精煉工段來的精煉氣組成 可參見表 41。合成工段之前的諸工段的物料計算，按照小氮肥廠的這種實際情況，未將氬從氮中分列出來，由于氬在精煉氣等氣體中的含量甚小 (精煉氣中，氬占 %)，對這些工段的計算的影響不大。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。同時，因生產(chǎn)工藝流程長、連續(xù)性強，設(shè)備長期承受高溫和高壓，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。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物 ,實現(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。 PrRe (311) 雷諾準(zhǔn)數(shù) Re=?Gdi (312) 管外給熱系數(shù)0 40 dL?? (313) 傳熱系數(shù)mRdaddadKnnmiim ?????? 1 (314) 平均溫度差 mt? =2121 tttt????? (315) 傳熱面積mtKQA ?? (316) 由《手冊》式 (12413)，當(dāng) Re 大于 6000 時，螺 旋板換熱器給熱系數(shù)的算式為 PrRe )( nHeDdNu ?? (317) 以上公式均來自《氮氣工作者手冊》。 主要公式、物性數(shù)據(jù)來源及計算公式 在氣相中的平衡濃度 yA： logyA=+－ （ 31） 絕熱指數(shù) K： 11?K =??1Kyi i （ 32） 進出口溫度關(guān)系： T出 =T入 ???????? ?入出PP KK 1 （ 33） 常壓平均分子熱容 Cp0： Cp0= Cypii 0? （ 34） 混合氣體的虛擬臨界壓力 Pcm ： PyPicicm ?? （ 35） 混合氣體的虛擬臨界溫度 Tcm ： TyTciicm ?? (36) 對比壓力 ： Pr = PcmP (37) 對比溫 度 TTcmr T? (38) 9 體系溫升 cyHy paz Rat )1( )(? ???? (39) 高壓混合氣體的粘度 ?m： ?m=?? My MCy ii itii ? (310) 直管內(nèi)給熱系數(shù) αi = 表 31 精煉氣成份 成份 H2 N2 CH4 Ar 合計 % 100 進塔氣中氨含量： % 出塔氣中氨含量： 11% 出塔氣中惰性氣體含量： % 精煉氣溫度： 35℃ 壓力 :循環(huán)機出口 ，其余各點壓力 可參見第四章的示 意流程圖 。 V14? 、 V24? — 液氨。 圖 31 為合成系統(tǒng)示意流程 圖。 設(shè)計任務(wù)書及本設(shè)計主要工藝技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計任務(wù)書 以精煉工段來的精煉氣為原料，對 3000 噸合成氨合成系統(tǒng)工藝和設(shè)備進行設(shè)計。 7 第三章 工藝設(shè)計說明書 產(chǎn)品用途、原料規(guī)格要求 合成氨主要用作化肥、冷凍劑和化工原料 。 。 未來我國的合成氨工業(yè)發(fā)展方向： 。由于天然氣合成氨的優(yōu)越 及國家加快天然氣發(fā)展的策略，以 天然氣為原料的合成氨裝置將在近期內(nèi)加快發(fā)展，新技術(shù)的引進將引發(fā) 裝置的新一輪的技術(shù)改造和設(shè)備及操作的更新?lián)Q代，設(shè)備的國產(chǎn)化率會在原有基礎(chǔ)上增加更快 [15]。原料仍會氣、液、固多樣化，新建或擴建廠除注重采用先進成熟的工藝外，還應(yīng)特別注意經(jīng)濟性和盈利性。隨著深度加工產(chǎn)品的不斷開發(fā)，化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域 6 不斷開拓，其在國民經(jīng)濟中的地位將愈顯重要 [14]。將來天然氣成網(wǎng)配置后，對30 多套大型合成氨裝置改擴后，每年就能夠增產(chǎn)合成氨近 10M 他，同時提高了天然氣原料制 氨的比重 [13]。我國合成氨日產(chǎn) 2kt 大型系列應(yīng)走老廠改擴道路，在現(xiàn)有日產(chǎn) 1kt 合成氨裝置上采用在二段轉(zhuǎn)化爐加氧，使可生產(chǎn)合成氣生產(chǎn)能力加翻，達(dá)日產(chǎn) 2kt 再進行氨合成配置套和將氨加工成尿素，采用高壓變換氣氣提法在生產(chǎn)尿素的同時代替脫除 CO2 裝置，以平衡增產(chǎn)氨的加工產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。未來氨裝置單系列生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 2kt，尿素裝置相應(yīng)為 。 根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，估計未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會出現(xiàn)原則性的改變，其技術(shù)發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞 “降低生產(chǎn)成本、提高運行周期，改善經(jīng)濟性 ”的基本目標(biāo)，進一步集中在 “大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運行 ”等方面進行技術(shù)的研究開發(fā)。目前合成氨總生產(chǎn)能力為 4 500 萬 t/ a 左右，氮肥工 業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需要。目前合成氨產(chǎn)量已躍居世界第一位，現(xiàn)已掌握了以焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨、尿素的技術(shù)。合成氣是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序也是整個生產(chǎn)中最為重要的一環(huán)，產(chǎn)率合成的好壞直接影響整個化肥的生產(chǎn) [11]。氨合成反應(yīng)式如下： N2+3H2→2NH 3(g) =要求： 繪制帶控制點的工藝流程圖 系統(tǒng)物料、能量合算 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算 5 該工段設(shè)備多，工藝計算復(fù)雜，分合成塔設(shè)備及觸媒核算、熱量核算及主要設(shè)備能力核算 意義：通過該設(shè)計鍛煉自己嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的 治學(xué)態(tài)度，將理論知識運用于實踐中，發(fā)現(xiàn)差距，改進方法。氨的合成是提供液 氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物 (CO+CO2)含量脫除到 10cm3/m3 以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性氣體 CH4 的含量。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍 (100℃ )條件下用液氮吸收分離少量 CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm3/m3 以下