【正文】 緒論 表 氨水產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 序號(hào) 名稱 規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn) 備注 等級(jí) 組分 含量 1 農(nóng)業(yè)用 氨水 一級(jí)品 氨 ＞ 20 部標(biāo) HGI8864 二級(jí)品 氨 ＞ 18 三級(jí)品 氨 ＞ 15 2 工業(yè)用 氨水 一級(jí)品 氨 ＞ 25 部標(biāo) HGI8864 殘?jiān)? ＜ 二級(jí)品 氨 ＞ 20 殘?jiān)? ＜ 三級(jí)品 氨 ＞ 20 危險(xiǎn)性物料主要物性表 表 序號(hào) 名稱 分子量 熔點(diǎn)（ ℃ ） 沸點(diǎn)（ ℃ ） 閃點(diǎn)（ ℃ ） 燃點(diǎn)（ ℃ ） 空氣中爆炸極限（ ％ ） 國家標(biāo)準(zhǔn) 備注 上限 下限 1 氨氣 630 乙 2 氫氣 400 甲 3 甲烷 184 190 650 甲 合成原理 （ 1） 合成 反應(yīng)方程式： 322 23 NHHN ?????? ??? 高溫、高壓、催化劑 反應(yīng)的 特點(diǎn)：可逆反應(yīng)、正反應(yīng)放熱、正反應(yīng)是氣體體積減小的 可逆 反應(yīng) ?；瘜W(xué)平衡常數(shù)可用下式表示： 322*NH* 0 .5 * pK p = (p ) ? p H（ ） 在低壓與高壓狀態(tài)下影響平衡常數(shù)的因 素是不同的。高壓下的平衡常數(shù)不僅與溫度有關(guān)，而且與氣體組成及壓力有關(guān)。需要將生成的氨及時(shí)分離出來，并不斷向體系中補(bǔ)充原料以增加反應(yīng)物濃度，使平衡向合成氨的方向進(jìn)行 [14]。 Tm 與平衡溫度 Te及正可逆反應(yīng)的活化能 E1， E2的 關(guān)系為 22 1 1TeT m = R T e E1+ lnE E E 壓力改變時(shí)，最佳溫度亦相應(yīng)變化，氣體組成一定，壓力越高，平衡溫度與最佳溫度越高。生產(chǎn)上選擇操作壓力的主要依據(jù)是能量消耗以及包括能量消耗，原料費(fèi)用，設(shè)備投資在內(nèi)的所謂綜合費(fèi)用，也就是說主要取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。通常原料氣和設(shè)備的費(fèi)用對(duì)過程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響較大，在 10～ 35Mpa 范圍內(nèi)，壓力提高，綜合費(fèi)用下降，主要原因是低壓下操作設(shè)備投 資與原料氣消耗均增加。 總的說來，將壓力從 10Mpa提高到 35Mpa時(shí)，綜合費(fèi)用可下降 40%左右，繼續(xù)提高壓力效果不顯著。根據(jù)合成反應(yīng)器所采用的壓力，溫度及催化劑型號(hào)的不同，氨合成的方法可以分為低壓法，中壓法和高壓法三種。其合成壓力分別為 15～ 20MPa 和 32Mpa[14]。2 178。 4178。7 178。 9178。1 1178。1 4178。1 8合成 氣13 放 空氣 20 馳 放氣 15178。 19178。升溫后從冷氣出口出來分五路進(jìn)入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進(jìn)入氨分離器，部分液氨被分離出來，氣體出氨分離器，進(jìn)入透平循環(huán)機(jī)入口，經(jīng)加壓后進(jìn)入 循環(huán)氣濾油器出來后進(jìn)入冷交換器熱氣進(jìn)口。 工藝特點(diǎn) 本工段生產(chǎn)液氨，生產(chǎn)能力為 9kt 噸液氨 /年，與傳統(tǒng)流程相比較，具有節(jié)能低耗的特點(diǎn)， 具體表現(xiàn)如下所述： （ 1）合成塔內(nèi)件及催化劑的選擇： 合成塔內(nèi)件： 本次氨合成工藝選用 YD 型氨合成塔內(nèi)件， YD 型氨合成內(nèi)件事四層絕熱冷激式氨合成塔，相比鴻化公司氨合成廠原使用的合成塔內(nèi)件并流三套管型內(nèi)件，其裝填催化劑的體積要多了將近 20%，在不改變原有條件下，催化劑的增加就意味著生產(chǎn)能力的提高。 催化劑的選擇： 第一 床層選用 A201 催化劑，因?yàn)樵撔吞?hào)的催化劑含鈷，其低溫活性好，氨凈值高，但價(jià)格昂貴，因此只用在第一床層，其進(jìn)口溫度為 360oC，選用此型號(hào)催化劑更能發(fā)揮作用。 （ 2） “二進(jìn)二出” 的 合成流程 及 反應(yīng)熱回收的方式 與 利用： 本次設(shè)計(jì)選用的是“二進(jìn)二出”的合成流程，選擇塔內(nèi)上下段雙換熱器和外設(shè)中置鍋爐的工藝路線。 （ 3）水冷器、雙氨分離器的設(shè)置： 本次設(shè)計(jì)采用雙氨分離器， 氨分離器Ⅰ 接在冷交換器與氨儲(chǔ)罐之間，氨分離器 Ⅱ 放在冷交換器與氨冷器之間，這樣的設(shè)計(jì)減少了單一氨分離器的生產(chǎn)負(fù)荷，有利于有效的分離產(chǎn)品中的液氨，提高液氨的產(chǎn)品規(guī)格等級(jí)，直接提高了經(jīng)濟(jì)效應(yīng)， 水冷后分離液氨再進(jìn)行冷交， 這樣的設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)阻力，既提高了液氨的分離效果又避免了氣液兩相流， 充分解決了低壓下，水冷后很少有氨冷凝下來的矛盾 [5]。 6 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 第二部分 工藝計(jì)算 計(jì)算依據(jù) （ 1）年產(chǎn)量 90kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按 320 天計(jì)，則產(chǎn)量為：（ 2）精煉氣組成 表 21 精煉氣組成 組分 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) 含量（ V） 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 =15% （ 5）合成塔入口 中 惰性氣體含量： CH4 +Ar=14% （ 6）合成塔操作壓力： 31Mpa （ 7）精練氣溫度： 35℃ （ 8）循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差： （ 9）計(jì)算基準(zhǔn)：生產(chǎn) 1 噸液氨 設(shè)備及管道造成的壓力，設(shè)備及管道的冷（熱）量損失；冷交換器及氨冷器溶解在液氨中的氣量，以上各項(xiàng)在計(jì)算中忽略不計(jì)。 （ +）179。 3/4179。 1/4179。 X5CH4=(1000/)179。 X5Ar=1000/179。 100％ =3/4()179。 100％ =％ 表 23 出塔氣體組成 （ V%） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 100 則得 出合成率 合成率 =2MNH3/［ M5(1X5NH3X5CH4X5Ar)］179。 ［ 1000179。 100％ =％ 氨分離器氣液平衡計(jì)算 氨分離器操作條件35176。根據(jù)氣液平衡原理，以 1Kmol進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)，即 F=1Kmol。 (i)=n(i)/［ 1+(V/L)179。 KNH3］ =(1+15179。 KCH4］ =(1+15179。 KAr］ =(1+15179。 KH2］ =(1+15179。 KN2］ =(1+15179。 100％ =％，假定正確 則分離液體組分含量 液體中氨的含量 YNH3=LNH3/L=179。 IOO％ =％ 液體中甲烷的含量 YCH4=LCH4/L=179。 100％ =％ 液體中氮的含量 YN2=LH2/L=179。 t=10℃ ,p= 時(shí) 查《無機(jī)化工工藝學(xué)（ 1）》 P346～ 349 的平衡常數(shù) 得 表 28 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體中氨的含量 YNH3=XNH3/ KNH3=％ 出口液體中甲烷的含量 YCH4=XCH4/ KCH4=％ 出口液體中氬的含量 YAr=XAr/ KAr=％ 出口液體中氫的含量 YH2=XH2/ KH2=％ 出口液體中氮的含量 10 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 YN2=XN2/ KN2=％ 表 29 冷交換器出口液體組分含量 (V%) NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 液氨貯槽氣液平衡計(jì)算 L15 X15iL16 X16i L NV Y(i)L X(i)圖 2 2 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后 溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣。 G％ =（ 1+Y5NH3）179。 (1 YNH3)) =[(1+）179。（ ） ] =％ 則水冷后分離液氨占總量的 ％冷交，氨冷后分離液 氨占總量的%。 +179。 +179。 +179。 +179。 +179。 kNH3] =(1+179。 kCH4] 11 =(1+179。 kAr] =(1+179。 kH2] =(1+179。 kN2] =(1+179。 出口液體組分含量 出口液體氨的含量 YNH3=LNH3/L=179。 100％ =％ 出口液體氬的含量 YAr=LAr/L=179。 100％ =％ 出口液體氮?dú)獾暮? YN2=LN2/L=179。 100％ =％ 弛放氣中甲烷的含量 XCH4=(N0CH4LCH4)/V =()/179。 100％ =％ 弛放氣中氫氣的含量 XH2=(N0H2LH2)/V =()/179。 100％ =％ 表 213 出口弛放氣組分含量 (V%) NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 100 液氨貯槽物料計(jì)算 以液氨貯槽出口 1噸 純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)米 3計(jì)算液氨貯槽出口液體量 L19=1000179。 17)=(標(biāo) ) 則有 L19NH3=L19NH3179。 =(標(biāo) ) L19CH4=L19CH4179。 =(標(biāo) ) L19Ar=L19Ar179。 =(標(biāo) ) L19H2=L19H2179。 =(標(biāo) ) L19N2=L19N2179。 =(標(biāo) ) 有前可知 液氨貯槽出口弛放氣（ V/L） = V20=179。 =(標(biāo) ) 其中 V20NH3=V20NH3179。 =(標(biāo) ) 13 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 V20CH4=V20CH4179。 =(標(biāo) ) V20Ar=V20Ar179。 =(標(biāo) ) V20H2=V20H2179。 =(標(biāo) ) V20N2=V20N2179。 =(標(biāo) ) 液氨貯槽出口總物料 =L19+ V20= + =(標(biāo) ) 由物料平衡，則有：入槽總物料 =出槽總物料 L21=出口總物料 =(標(biāo) ) 得入口液體各組分含量計(jì)算 :L21i= L19i + V20i 則有 L21NH3= + =(標(biāo) ) L21CH4= + =(標(biāo) ) L21Ar= + =(標(biāo) ) L21H2= + =(標(biāo) ) L21N2= + =(標(biāo) ) 由入口液體中組分含量核算 ,由 M180。0NH3= L21NH3/L21=﹪ 入口液體中甲烷的含量 N180。0Ar= L21Ar/L21=﹪ 入口液體中氫氣的含量 N180。0N2= L21N2/L21= 則 N180。 則由前計(jì)算數(shù)據(jù)列出下表： 表 214 各組分的含量 (V%) 名稱 NH3 CH4 Ar H2 N2 氣量 m3(標(biāo) ) 補(bǔ)充氣 V 補(bǔ) 放空氣 V 放 弛放氣 液氨 入塔氣 V 入 出塔氣 15 V 出 由物料平衡和元素組分平衡計(jì)算 V 補(bǔ) ,V 放 ,V 入 ,V 出 ： 循環(huán)回路中氫平衡 V 補(bǔ) XH2補(bǔ) =V 放 XH2放 ＋ V 弛 XH2弛 +3/2V 放 XNH3放 +3/2V 弛 XNH3弛 +3/2LNH3 ┉┉（ 1） 循環(huán)回路中氮平衡 V 補(bǔ) XN2補(bǔ) =V 放 XN2放 ＋ V 弛 XN2弛 +1/2V 放 XNH3放 +1/2V 弛 XNH3弛 +1/2LNH3 ┉┉（ 2） 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 V 補(bǔ) (XCH4放 +XAr放 )=V 弛 (XCH4放 +XAr放 )+V 弛 (XCH4弛 +XAr弛 ) V(+)=V(+)+(+) V補(bǔ) = + ┉┉┉（ 3） 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 V 出 YNH3V 入 YNH3入 =V 放 X 放 +V 弛 XNH3弛 +LNH3 出 入 = 放 + ┉┉┉（ 4） 循環(huán)回路中總物料體平衡 V 入 =V 出 + V 補(bǔ) V 放 V 弛 LNH3 = V 出 + V 補(bǔ) － V 放 =V出 + V補(bǔ) － V