年產(chǎn)五萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、目錄中文摘要 . . 1英文摘要 . . 21 引言 . . 4矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。1.1 氨的基本用途 . . 1聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。1.2 合成氨技術(shù)的發(fā)展趨勢 . . 2殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。1.3 合成氨常見工藝方法 . . 3釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.3.1 高壓法 . 3彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.3.2 中壓法 . 3謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.3.3 低壓法 . 3廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。1.4 設(shè)計條件 . . 3煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。1.5 物料流程示意圖 . . 4鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2 物料衡算 . . 6籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。2.1 合成塔入口氣組成 . . 6預(yù)頌圣

2、鉉儐歲齦訝驊糴。2.2 合成塔出口氣組成 . . 7滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.3 合成率計算 . . 9鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.4 氨分離器出口氣液組成計算 . . 9擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2.5 冷交換器分離出的液體組成 . . 14贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.6 液氨貯槽馳放氣和液相組成的計算 . . 15壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.7 液氨貯槽物料衡算 . . 19蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。2.8 合成循環(huán)回路總物料衡算 . . 20買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3 能量衡算 . . 36綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.1 合成塔能量衡算 . . 37驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.2 廢熱鍋爐能量衡算 . 40

3、貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3.3 熱交換器能量衡算 . . 41鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.4 軟水預(yù)熱器能量衡算 . . 42構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。3.5 水冷卻器和氨分離器能量衡算 . . 44輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。3.6 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算 . . 45堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。3.7 冷交換器與氨冷器能量衡算 . . 47識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。3.8 合成全系統(tǒng)能量平衡匯總 . . 49凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。4 設(shè)備選型及管道計算 . . 52恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。4.1 管道計算 . . 52鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。4.2 設(shè)備選型 . . 59碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。結(jié)論 . . 60閿擻輳嬪諫

4、遷擇楨秘騖。致謝 . . 62氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。參考文獻(xiàn) . . 63釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。年產(chǎn)五萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計摘要：本次課程設(shè)計任務(wù)為年產(chǎn)五萬噸合成氨工廠合成工段的工藝設(shè)計， 氨合 成工藝流程一般包括分離和再循環(huán)、氨的合成、惰性氣體排放等基本步 驟，上述基本步驟組合成為氨合成循環(huán)反應(yīng)的工藝流程。其中氨合成工 段是合成氨工藝的中心環(huán)節(jié)。新鮮原料氣的摩爾分?jǐn)?shù)組成如下：H273.25%，N225.59%， CH41.65%,Ar 0.51% 合成操作壓力為 31MPa， 合成塔入口氣的組成為 NH3(3.0%),CH4+Ar(15.5%), 要求合成塔出口氣中 氨的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到 1

5、7%。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，設(shè)計了年產(chǎn)五萬噸 合成氨廠合成工段的工藝流程，并借助 CAD 技術(shù)繪制了該工藝的管道及 儀表流程圖和設(shè)備布置圖。最后對該工藝流程進(jìn)行了物料衡算、能量衡 算，并根據(jù)設(shè)計任務(wù)及操作溫度、壓力按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對工藝管道的尺寸和 材質(zhì)進(jìn)行了選擇。慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長涼。關(guān)鍵詞：物料衡算，氨合成，能量衡算The Design of 50kt/a Synthetic AmmoniaProcessAbstract:There are many types of Ammonia synthesis technology and process,Generally,they include

6、s ammonia synthesis, separation and recycling, inertgases Emissions and other basic steps, Combining the above basic stepsturnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , inwhich ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammon iaprocess諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類。The task of cu

7、rriculum design is the ammonia synthesis section of an annualfifty thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feedgas is: H2(73.77%),N2(24.56%),CH4(1.27%),Ar(0.4%), the temperature is 35C , the operat ing pressure is 31MPa, the in let gas composition of theReactor is : NH3(3.0%

8、),CH4+Ar(15.7%),it Requires the mole fraction ofammonia reacheds to 16.8% of outlet gas of synthesis reactor. By consultingthe relevant literature and information,we designed the ammonia synthesissection of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia plant, with thehelp of CAD technology,we desi

9、gned piping and instrument diagram andequipment layout. Finally,we did the material balance accounting ,and theenergy balance accounting of the process, also we selected piping size andmaterial according to the design operati on of temperature, pressure andreleva nt sta ndards嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿 錈。Keywords:am

10、monia synthesis section material balance accounting熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。energy balance accounting作者簽名：日 期：畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。鶼漬蝮偉閱劍輙腎邏蘞。期

11、：期：作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日日使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電 子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠?或全部內(nèi)容 。紂憂蔣氤頑薟驅(qū)藥憫騖。導(dǎo)師簽名:日期： 年 月學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的

12、研 究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完 全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) _大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。作者簽名：日 期：涉密論文按學(xué)校規(guī)疋處理。作者簽名：日期：年月日指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計）

13、過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度優(yōu)良中及格不及格3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力優(yōu)良中及格不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性優(yōu)良中及格不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？優(yōu)良中及格不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及

14、格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“ V）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“ V”

15、）評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年 月 日0教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評價：一、 答辯過程1 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況優(yōu)良中及格不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài)優(yōu)良中及格不及格二、 論文（設(shè)計）質(zhì)量1 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)良中及格不及格三、 論文（設(shè)計）水平1 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3

16、、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格評定成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“ V）教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任：（簽名）1年 月 日1引言1.1氨的基本用途氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣。化肥是農(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又 是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都 居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨 為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥 料。還

17、可以將氨加工制成各種含氮復(fù)合肥料。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥 料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基 礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。我國的氮肥工業(yè)自 20 世紀(jì) 50 年代以來, 不斷發(fā)展壯大 , 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) , 形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、 中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。目前我國合成氨氮肥廠有大中小型氮肥裝置近千 個, 大型氮肥裝置重復(fù)引進(jìn) 32 套, 國產(chǎn)化裝置超過 20 套, 中型裝置近百套 ,

18、 小型 裝置約 600 套，合成氨生產(chǎn)能力達(dá)到 4500 萬 t la。氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求, 在與國際接軌后 , 具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力 , 今后發(fā)展重點是調(diào)整原料和 產(chǎn)品結(jié)構(gòu) , 進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。只有通過科技進(jìn)步對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率來實現(xiàn) , 這 也是今后發(fā)展合成氨氮肥工業(yè)新的增長點。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ) , 在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。我國大多數(shù)合 成氨企業(yè)的煤制氣技術(shù)沿用固定床水煤氣爐 , 爐型老化、技術(shù)落后、能源利用率低、原料價格高 ,是當(dāng)前急需進(jìn)行技術(shù)改造的重點。目前合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是優(yōu)化 原料路線 , 實現(xiàn)制氨原料的多元化 , 引進(jìn)

19、先進(jìn)的煤氣化工藝制取合成氣 , 降低產(chǎn)品 成本, 改善生產(chǎn)環(huán)境 ; 同時研究開發(fā)簡單可行 , 又可就地取得原料制取合成氣的潔 凈煤氣化技術(shù) , 這也是我國目前占氮肥生產(chǎn)總量 60% 左右的中小型氮肥廠亟待要解 決的問題。在這種背景下，該項目以“年產(chǎn) 5 萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計”為設(shè)計 課題，對合成氨合成工段的各種工藝條件和設(shè)備選型等進(jìn)行深入的研究。塤礙籟饈決穩(wěn)賽 釙冊庫。21.2合成氨技術(shù)的發(fā)展趨勢由于石油價格的飛漲和深加工技術(shù)的進(jìn)步 , 以“天然氣、輕油、重油、煤”作為 合成氨原料結(jié)構(gòu)、并以天然氣為主體的格局有了很大的變化?；谘b置經(jīng)濟(jì)性考慮 , “輕油”和“重油”型合成氨裝置已經(jīng)不具備

20、市場競爭能力 , 絕大多數(shù)裝置目前已 經(jīng)停車或進(jìn)行以結(jié)構(gòu)調(diào)整為核心內(nèi)容的技術(shù)改造。其結(jié)構(gòu)調(diào)整包括原料結(jié)構(gòu)、品質(zhì) 構(gòu)調(diào)整。由于煤的儲量約為天然氣與石油儲量總和的 10 倍, 以煤為原料制氨等煤化工 及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)再度成為世界技術(shù)開發(fā)的熱點 , 煤有可能在未來的合成氨裝置 原料份額中再次占舉足輕重的地位 , 形成與天然氣共為原料主體的格局。裊樣祕廬廂顫諺 鍘羋藺。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(jì)性”的基本目標(biāo) , 進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長

21、 周期運行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。大型化、集成化、自動化 , 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將 是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。在合成氨裝置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中 , 其焦 點主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備 , 即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術(shù)、合 成氣壓縮機(jī)。在低能耗合成氨裝置的技術(shù)開發(fā)過程中 , 其主要工藝技術(shù)將會進(jìn)一步 發(fā)展。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。第一, 以“油改氣” 和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以 “多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整 , 是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的有效途徑。驍 顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。第二 , 實施與環(huán)境友好的

22、清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。 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?，嶀暈R曖惲錕縞馭篩涼。第三, 提高生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的可靠性 , 延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、 增強(qiáng)競爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù) , 包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來越受到重視。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。1.3合成氨常見工藝方法氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過精制的氫氮混合氣在 催化劑的作用下多快好省地合成為氨。對于合成系統(tǒng)來說，液體氨即是它的產(chǎn)品。 工業(yè)上合成氨3的各種工藝流程一般

23、以壓力的高低來分類。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。1.3.1 高壓法操作壓力 70100MPa 溫度為 550650C。這種方法的主要優(yōu)點是氨合成效率 高，混合氣中的氨易被分離。故流程、設(shè)備都比較緊湊。但因為合成效率高，放出 的熱量多，催化劑溫度高，易過熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。又因 為是高溫高壓操作，對設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費用大。目前工業(yè)上很少 采用此法生產(chǎn)。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。1.3.2中壓法操作壓力為 2060MPa 溫度 450550E，其優(yōu)缺點介于高壓法與低壓法之間， 目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。因為合成壓力的確定，不外乎從設(shè)備投資 和壓縮功耗這兩方面來考慮

24、。從動力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重 最大。但功耗決不但取決于壓力一項，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況?？?的來看，在 1530Pa 的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。1.3.3低壓法操作壓力 10MPa 左右，溫度 400450E。由于操作壓力和溫度都比較低，故對 設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點。但此法所用催化 劑對毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。又因 操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。實際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不 采用了。合成氨工藝流程大概可以分為：原料氣的制備；

25、原料氣的凈化；氣體壓縮 和氨的合成四大部分。詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。1.4設(shè)計條件(1) 生產(chǎn)能力：液氨產(chǎn)量為 50kt/a 。(2) 新鮮氮氫氣組成如下表：組成H2N2CH4Ar合計摩爾分?jǐn)?shù)/%73.2524.591.650.511004(3) 合成塔入口氣：加嶠 為 3.0%,跖沁曲 f 為 15.5%.合成塔出口氣：為 17%(5) 合成操作壓力：31MPa(6) 新鮮氣溫度：35。(7) 其他部位的溫度和壓力，見流程圖。(8) 水冷卻器的冷卻器溫度：25。(9) 以下各項再計算中，有些部位略去不計。(i) 溶解液氨中的氣體量；(ii) 部分設(shè)備和管道的阻力；(iii)部分設(shè)備和管道的熱損

26、失。1.5物料流程示意圖流程簡介：在油分離器出口的循環(huán)氣中補(bǔ)充從凈化工序送來的新鮮氮氫氣，進(jìn) 入冷交換器和氨冷器進(jìn)一步冷卻，使其中的氨氣絕大部分被冷凝分離出去。循環(huán)氣 進(jìn)入合成塔，進(jìn)塔走塔內(nèi)間隙，溫度稍升高，引出到外部熱交換器再次升高溫度。 第二次入合成塔，經(jīng)塔內(nèi)熱交換器加熱并在催化作用下發(fā)生合成反應(yīng)，溫度升高出 塔后一次經(jīng)廢熱鍋爐、熱交換器和軟水預(yù)熱器回收熱量，然后再經(jīng)水冷卻器冷卻， 使氣體中部分氨液化，進(jìn)到氨分離器分離出液氨。氣體則進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)充壓力 形成循環(huán)回路。在油分離器出口補(bǔ)充了新鮮氮氫氣入冷交換器。從冷交換器中的氨 分離器分離出的液氨與由氨分離器分出的液氨匯合入液氨貯槽。由于液

27、氨貯槽壓力 降低，貝 U 溶于液氨的氣體和部分氨被閃蒸出來，即所謂馳放氣送出另外處理。另外 為限制循環(huán)氣中惰氣含量的積累，使其濃度不致于過高，故在氨分離器后放出一部 分循環(huán)氣，成為放空氣。從整個系統(tǒng)而言，進(jìn)入系統(tǒng)的是新鮮氮氫氣，離開系統(tǒng)的 是產(chǎn)品液氨、馳放氣、和空氣。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。52圖 1.1氨合成工序物料流程示意圖1 新鮮氮氣；12放空氣；20 馳放氣；21產(chǎn)品液氨為計算方便起見，在流程圖中各不同部位的物料，用數(shù)字編號表示。62物料衡算以 it 氨為基準(zhǔn)。2.1合成塔入口氣組成（摩爾分?jǐn)?shù)）（3點）已知入口氣的 NH 和 CH+Ar 濃度，并假定氫與氮的比例為 3。因此NH:（已知）

28、N2:入塔氣組成列入下表（包括 3,4,5 點）組分NH2CHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)/%3.00061.12520.37511.8143.686100CH:Ar:1.65y3CH4= lS-5%Xi|6S + 0tSi= 11.814%Y3AT15.5X511.65 + 0.51=3.686%72.2合成塔出口氣組成(6點)假定入塔器為 lOOkmol,列方程求解。氨生成量：根據(jù)反應(yīng)式，在合成塔內(nèi)，氣體總物質(zhì)的量的減少，應(yīng)等于生成氨 的物質(zhì)的量。因此可寫成聯(lián)立方程：生成的氨的物質(zhì)的量總物質(zhì)的量的減少量(2)脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。聯(lián)立解出8式中：nNH-合成塔中生成的氨，kmol n3-入口氣總物質(zhì)的

29、量，kmoln6-出口氣總物質(zhì)的量，kmoly3,NH3-合成塔入口氨摩爾分?jǐn)?shù)y6,NH3合成塔出口氨摩爾分?jǐn)?shù)將已知數(shù)據(jù)代入，則出塔氣總物質(zhì)的量所以出塔氣組成（6 點）NH 典-（已知）H2:lOOkmol X 11.814%y6CH4=-R0342kmol = 13.420%88lOOkmol X 3 686%Ar：.gwN門出塔氣組成列入下表（包括 6,7,8,9,10 點）CH9組成NHH2CHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)/%17.00049.04516.34813.4204.1871002.3合成率計算反應(yīng)掉的 2, H2 與入塔氣中的 2, H 氣之比。按下式計算合成率2.4氨分離器出口氣液組成

30、計算設(shè)合成反應(yīng)后在水冷器內(nèi)部分氨被液化， 氣液已達(dá)到相平衡。進(jìn)入氨分離器的物料為氣液混合物，物量為 F，物料組成為 Fi；分離器出口氣相組分為 yi，氣量為 V; 分離器出口液相組分為 Xi，液量為 L。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。丨 MyF已知進(jìn)口物料組成 Fi,即合成出口氣組成，前已求出10假定 F=1kmol對于每個組分的物料平衡:根據(jù)氣液平衡關(guān)系(2)稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。式中：m 為各組分的相平衡常數(shù)把式代入式得式中：Li 為液相中各組分的量總液量11(4)陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。液體組分的摩爾分?jǐn)?shù)ii氣體總量氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。氣體組分含量，按（2）式對以上各式求解，需用試差法，現(xiàn)采用直接

31、迭代法進(jìn)行計算 已知分離器入口氣液混合物組成 F 即 6 點值。組分Fug屜FouFAT合計摩爾分?jǐn)?shù)0.170.49050.163480.134200.041871查一 二吒下各組分的相平衡常數(shù)（m）inNH3mH2mAr0.1127.534.58.238先設(shè)，假定入口氣液混合物量卜丄：詡 并假定以代入式（3）計算，計算結(jié)果如下。液相中各組分的量：= 0.073 2 8 kmolLH2二0.001482 kinolLN2= 0.0003949kmolLfH4 二 0r0013 SOK molLiEV=FlL=llL12LAr= 0.00009162kmol液相總量：分離后氣相總量：V=FIL=

32、II0.07660=0k9234kmol計算氣液比：誤差計算得:匚心( =久2 113，計算得L設(shè)誤差13誤差設(shè)誤差以 L - 代入式 計算，計算結(jié)果如下:L間-0.07284kmolLH2= 0.001466kmolLN2= 0.0003898kmolLH4 = 0001336kmolLAr= 0.00009066kmol(- = 12.139計算得誤差在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認(rèn)定。液體組成（摩爾分?jǐn)?shù)）：按計算，計算結(jié)果列入下表:表 2.1 氨分離器出口液體組成（17 點）組成NH142CHAr合計14摩爾分?jǐn)?shù)/%95.6818%1.9259%0.5121%1.7551%0.1191%10

33、0.000計算NH:同法計算其他組分，結(jié)果列入下表。表 2.2 氨分離器出口氣體組成（11,12,13,14,15 點）組成NHCHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)/%10.5177%52.9172%17.6528%14.3810% 4.5222%100.000V=0.92388kinolL=0.07612kmol2.5冷交換器分離出的液體組成（18點）由于從氨分離器出口氣經(jīng)循環(huán)機(jī)和油分離器后進(jìn)入冷交換器系統(tǒng)，此前已 有部分氣體放空并補(bǔ)充了新鮮氣，因此氣量和其組成均發(fā)生了變化。而冷交換器出 口氣即是合成塔入口氣，其組成已在前面算出。因此在冷交換器中的氨分離器分離 出的液氨，應(yīng)與出口氣成平衡，由氣液平衡關(guān)系可以

34、求出。其關(guān)系式為鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。從手冊差得在操作條件下（）的相平衡常數(shù)如下表:分離后氣體組成:150.030570752540冷交換器出口液體組成，根據(jù)計算。 計算結(jié)果列入下表（18 點）:組成NHN2CHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)0.983610.008730.002720.004730.000112.6液氨貯槽馳放氣和液相組成的計算氨分離器出口液氧（17 點）與冷交換器的氨分出口液氨（18 點）匯合于貯槽（19 點）由于減壓，溶在液氨中的氣體會解析出來和部分氧的蒸發(fā)氣形成弛放氣L17,X17,i17L18,X18,i水冷后的氨分離囂分離的液氨占總量的摩爾分?jǐn)?shù) G 可由下式計算:代入已知數(shù)據(jù):取

35、 G=53.3%則氨分離器的分離液氨占 53.3%,冷交換器分離液氨占 46.7% 根據(jù)物料衡算按下式計算混合后液氨組成。懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。X19,i1916計算結(jié)果列入下表（19 點）組成NHCHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)/%96.936%1.434%0.400%1.156%0.068%100.000根據(jù)氨貯槽的壓力-IJIIr ilHIU差得氣液平衡常數(shù)，如下表inNH3mH2N2mAr0.598575620170540在液氨貯槽中，類似于閃蒸過程，仍按氨分離器的計算方法，假定一個V/L 初值，經(jīng)過試差，求得計算結(jié)果，如下表。現(xiàn)按試差最后的V/L 值，具體計算如下。謾飽兗爭詣繚鮐癩別濾。設(shè)、廣叫

36、如） 代入下式。（假定入槽液量F = 1kmol）則液氨中各組分的物質(zhì)的量:17誤差以；L -_：代入式 計算，計算結(jié)果如下:LNHS= 0* 925 6 7k】n( (lLH2= 0.003092 7kmolLIP= 0i 00008013 lkmolLCH4= 0 00080205kmol= 0.000015594kmol18V=FlLll0.9268B=0.07312kmol誤差在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認(rèn)定 V/L= 0.078888l0.0789液體組成（摩爾分?jǐn)?shù)）：按NH其它組分計算結(jié)果列入下表（21 點，產(chǎn)品液氨組成）組成NH3H2CH4Ar合計摩爾分?jǐn)?shù)/%99.879%0.03

37、3%0.009%0.087%0.002%100.000馳放氣氣體組成:NH:計算計算19其它組分計算結(jié)果列入下表（20 點，馳放氣組成）20組成NHH2NICHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)/%59.751%19.188%5.361%14.713%0.908%100.0002.7液氨貯槽物料衡算以液氨貯槽出口 1t 純液氨為基準(zhǔn)，折成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積，以 m3為單位計,1000kg x-7kmol17k/kmolX 0-998791319.2433m3NH:L21NH3= 1319.2433 X 99.879% = 1317 6471mH2: L2XH2= 1319.2433 X 0 033% = 0,

38、4353m3LZ1N2= 1319.2433 X 0.009% = 0.1187m3其中各組分的體積，按1-覧 SL21CH4= 1319.2433 X 0. 087% = 1-1477m3CH4:yeAr：丨- ,一I_4；工D. 丄乂 -I). .12. 4m液氨貯槽馳放氣體積，按巴、7W 計，則馳放氣體積：V20= 0. 0789 = 0.0789 X 1319.2433 = 104.0083m3NH：.亠I二二:-二亠1T二丄.J.1.- :- Z-tllH：一、 丄I 1 IW I1.-.丄北：匕5mN：V2D.N2 = 104.0883 X 5 361% = 5CH：-心一1門4

39、ii：；1 _LI丨匚；IAr：:- 1 l4：；-O. i心址I.1液氨貯槽出口總物料體積:21因此入口總物料也應(yīng)與出口相等:NH3:1- / 一 -i_，j-4，J，:1H2：L . _- . . o :nAr：l - -11-廣11】由計算，計算結(jié)果列入下表:組成NH3H2CHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)/%96.942%1.432%0.400%1.157%0.069%100.000結(jié)果與-基本相同2.8合成循環(huán)回路總物料衡算(各個部位物料量)(1)對整個回路做衡算，可求出補(bǔ)充新鮮氣量 V，放空氣量 V12, 一級合成塔進(jìn)氣入口物料各組分體積按計算，結(jié)果為:CH:L19.CH+= 16.4622m3

40、222合成循環(huán)回路可簡化如下示意圖圖 2.1合成循環(huán)回路簡圖以 1t 產(chǎn)品氨為基準(zhǔn)，即等于 1319.2433（液氨折成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積）為方便計算，把前已算得已知數(shù)據(jù)列入下表：名稱NHCHAr氣量 /m3補(bǔ)充氣 100.73250.24590.01650.0051V1放空氣 120.105180.529270.176530.143800.04522V12馳放氣 200.597510.191880.053610.147130.009451104.0883產(chǎn)品液氨 210.998790.000330.000090.000870.000021319.2433合成塔入口 30.030000.611

41、250.203750.118140.03686V3合成塔出口 60.170000.490450.163480.134200.04187V6首先列出以下元素平衡和總物料平衡方程（式中液氨忽略溶解物，以 100%NH計）氫平衡：以體積量計算（下同）氮平衡:23惰氣平衡:氨平衡：合成塔內(nèi)生成的氨應(yīng)等于排出的氨總物料平衡：合成反應(yīng)后進(jìn)出口氣體體積減少了V3- V6把式(1)與式(2)合并，將已知數(shù)據(jù)代入式(1)與式(2)式：0.7325V! =(0,52927 - | 0. 10518)V12+ 104.0833 X fo.19180 X | X 0. 59751 + 二式：0245叫=fo. 176

42、53 -I- X 0,10518 V12+ 104.0833 X( (0.05361 XX 0,59751) +：224式加式(2)得:0.9784 = 0.91616V12+ 2788.42733 m3數(shù)據(jù)代入式(3)得：將式(3)與式 聯(lián)立解得：% = 3100.96430m3y12= 268.13382m3將已知數(shù)據(jù) V 和 V12的值代入式與式。式：(5)咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。與聯(lián)立解得：V3=11176 31641m3V6= 9766.81753m3合成塔進(jìn)出口物料量(各組分的量)a.入塔總物料量:V3= 11176.31641m325其中各組分的量按照H2：VJJ12=6831.

43、52341m3N2: V3/fZ= 2277 17447m*Ar: V3Ar= 411.84844m3b.出塔總物料量， 七丄】=!其中各組分量按照H2：V6HZ= 4790. 13566m3N2：V6N2= 1596.67933m3計算計算26Ar：V6Ar= 408. 93 6 6 5m3(4) 廢熱鍋爐出口，熱交換器出口和軟水預(yù)熱器出口物料，組成未發(fā)生變化與合成出口相同，即(5) 水冷卻器和氨分離器物料量a.水冷卻器入口氣即軟水預(yù)熱器出口氣 V90水冷卻器出口總物料未發(fā)生變化。 由于有部分氨被液化， 出口物料實際為氣液 混合物。其總量和總組成與入口完全一致。即瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。經(jīng)氨分

44、離器后，分為氣相和液相兩股物料。即(Ll7量暫以氣體體積計)按前面氨分器氣液平衡算得由以上兩式可以解得V14= 9022.79243m3L17= 744.02510m3氣液比:=R = 12,127L1727L17= 744,02510 X 4 = 564 65：L91k旨b.氨分離器出口氣體組分的體積，按計算=948.99024m3H2：12 = 4745 5114in3N2：1592.77550m3A黔V11Ar= 400 0287m3氨分離器出口液體組分的量，按計算。L17換算成L17J12= 14. 32918m328(6)循環(huán)機(jī)入口 V 和出口 Vi4：由流程圖上表明進(jìn)入循環(huán)機(jī)之前，

45、有放空氣放出其中各組分的量按照計算H2：v13 H2= 4633. 59567m3N2：V13N2= 1545.442 3 8m3Ar：%込=395 903放空氣中各組分的量：按計算H2：V13H2= 141.91572m329N2：V12Ji2= 47. 33313 m3Ar：V12Ar= 12.12501m3(7) 冷交換器進(jìn)出口物料a.進(jìn)氣量：V2=循環(huán)機(jī)出口加上補(bǔ)充氣的量 即b.補(bǔ)充氣中各組分的量：按H2：V1H2= 2271.45635m3N2: V1N2= 762 52712mAr: V1Ar= 15.81492m3計算30H2：V2H2= 6905.05202m3N2:V2JJZ

46、=2307今5。】彳Ar: V2Ar= 411. 71809m3其他組分的計算結(jié)果如下表（2 點）組成NHH2CHAr合計摩爾分?jǐn)?shù)0.007650.582430.194670.110520.034731.000e.冷交換器出口氣體的量 V3c.冷交換器入口氣體各組分的量：按計算d.冷交換器入口氣體組成（2 點）:按照計算31H2：VJJ12=6831. 52341m3N2:V3JJ2=2277 17447m*Ar: V3Jlr= 411.95902 m3f.冷交換器出口液氨的量：它是進(jìn)出口氣體體積之差。其中分組分的量按計算其中各組分的量按計算32g.液氨貯槽物料衡算（均以標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積計）

47、進(jìn)入貯槽的液氨量：貯槽中排除產(chǎn)品液氨的量:（標(biāo)準(zhǔn)狀況）結(jié)果與計算基準(zhǔn)基本一致（8）物料衡算結(jié)果匯總?cè)缦拢海ㄒ韵挛锪狭烤跇?biāo)準(zhǔn)狀況下,補(bǔ)充新鮮氣（1 點）：.-小山上小皿氨冷器入口氣（2 點）合成塔進(jìn)出口（3,4,5 點）合成塔出口（6,7,8,9 點）水冷卻器出口 （10 點）（氣液混合，以氣體計）氨分離器出口氣體（11 點）1t,NH3計算。）33放空氣（12 點）循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口氣（13,14 點）氨冷器進(jìn)出口（15,16 點）（氣液混合）氨分離器液體出口 （17 點）冷交換器液體出口 （18 點）兩股液氨合并（19 點）馳放氣（20 點）產(chǎn)品液氨（21 點）（9）各部位的物料組成和數(shù)量，

48、分別列表如下。其中把以1t 氨為基準(zhǔn)的量，這算為按生產(chǎn)量每小時的氨產(chǎn)量為 6.625t 的體積（m3/h）和其物質(zhì)的量（kmol/h）作為能 量衡算依據(jù)。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。表 2.3 合成塔一次入（3 點），一次出（4 點），二次入（5 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%nVt NH3m/hkmol/hNH3335.28952221.292999.164961.1256831.523445258.84252020.4840NN20.3752277.174515086.2808673.4947CH11.8141320.37008747.4514390.5112Ar3.686411.95902729.228

49、5121.840610011176.316474043.09623305.4954表 2.4 合成塔出口 （6 點和 7,8,9，10 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%m/tNH3m/hkmol/h34NH17.0001660.359010999.8782491.066049.0454790.135631734.64861416.7254NN16.3481596.711910578.2162472.2418CH13.4201310.70698683.4333387.6533Ar4.187408.93662709.2053120.94671009766.817564705.16592888.6235表 2.

50、5 氨分離器出口氣（11 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%riVt NH3mi/hkmol/hNH10.518949.01736287.2396280.680352.9274775.493331637.64331412.3948N17.6531592.793510552.2572471.0829CH14.3801297.47758595.7888383.7406Ar4.522408.01072703.0707120.67281009022.792459775.99972668.5714表 2.6 循環(huán)機(jī)入，出口（13,14 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%3m/t NH3m/hkmol/hNH10.518920.81

51、506100.3993272.3393H252.9274633.578230697.45531370.4221N17.6531545.459910238.3444457.0836CH414.3801258.91998340.3444372.3368Ar4.522395.88572622.7425117.08671008754.658657999.61322589.2684表 2.7 放空氣（12 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%3m/t NH3m/hkmol/h35NH10.51828.2023186.84038.341152.927141.9152940.188041.9727NN17.65347.33

52、37313.585613.9994CH14.38038.5577255.444511.4038Ar4.52212.125080.32823.5861100268.13381776.386479.3030表 2.8 新鮮補(bǔ)充氣（1 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%riVt NH3mi/hkmol/hNH000073.252271.456415048.3983671.8035N24.59762.52715051.7422225.242CH1.6551.1659338.974215.1382Ar0.5115.8149104.77384.67741003100.964320543.8885917.1379表 2.

53、9 冷交換一入（2 點），一出（15 點），二入（16 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%3m/t NH3m/hkmol/hNH7.765920.68916098.9027272.2725H258.2436905.070445746.09172042.2362N19.4672307.934115290.0635682.5921CH11.0521310.28348680.6278387.5280Ar3.473411.74582727.8158121.777510011855.622978543.50173506.4063表 2.10 氨分離器出口液氨（17 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%3m/t NH3m/hkmol/

54、h36NH95.682711.89814716.3249210.55021.92614.329994.93574.2382NN0.5121.12677.46420.3332CH1.7553.905925.87671.1552Ar0.1190.26481.75460.0783100744.02514929.1663220.0520表 2.11 冷交換器出口液氨（18 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%riVt NH3mi/hkmol/hNH98.361668.17264426.6439197.61800.8735.930339.28851.7540N0.2721.847712.24110.5465CH0.47

55、33.213121.28690.9503Ar0.010.00680.04500.0020100679.30654500.4056200.9110表 2.12 馳放氣組成（20 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%3m/t NH3m/hkmol/hNH51.75162.1938412.033918.3944H219.18819.9725132.31765.9070N5.3615.580236.96871.6504CH14.71315.3145101.45864.5294Ar0.9080.94516.26140.2759100104.0883689.585030.7850表 2.13 液氨貯槽入口 （19 點）組成摩爾分?jǐn)?shù)/%3m/t NH3m/hkmol/h37NH96.9361379.81739141.2897408.0933HH1.43420.4120135.22956.0