年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　1 總論</b></p><p>　　氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位; 同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè),合成氨是氮肥工

2、業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70 %的比例，稱之為“化肥氨”；同時氨也是重要的無機化學(xué)和有機化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30 %的比例,稱之為“工業(yè)氨”。</p><p>　　世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個階段。根據(jù)合成氨

3、技術(shù)發(fā)展的情況分析, 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)[1]。</p><p>　　(1) 大型化、集成化、自動化, 形成經(jīng)濟規(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。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝

4、”和Kellogg 公司的“基于釕基催化劑KAAP 工藝”,將會在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。氨合成工藝單元主要以增加氨合成轉(zhuǎn)化率(提高氨凈值) ,降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量為主，開發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更加合理的合成塔及其內(nèi)件; 開發(fā)低壓、高活性合成催化劑, 實現(xiàn)“等壓合成”。</p><p>　　(2) 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”

5、為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟性、增強競爭力”的有效途徑。</p><p>　　實施與環(huán)境友好的清潔生產(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。</p><p>　　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)濟性、增強競爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長

6、運行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進控制技術(shù)等將越來越受到重視。</p><p>　　1.1設(shè)計任務(wù)的依據(jù)</p><p>　　設(shè)計任務(wù)書是項目設(shè)計的目的和依據(jù)：</p><p>　　產(chǎn)量：80 kt/a 液氨</p><p>　　放空氣（惰性氣Ar +CH4 ）：17%</p><p>　　原料：新鮮補充氣N2

7、24%，H2 74.5 %，Ar 0.3%，CH4 1.2%</p><p>　　合成塔進出口氨濃度：2.5%，13.2%</p><p>　　放空氣:（惰性氣Ar +CH4 ）～17%</p><p>　　合成塔操作壓力 32 MPa （絕壓）</p><p><b>　　精練氣溫度 40℃</b></p>

8、<p>　　水冷器出口氣體溫度 35 ℃</p><p>　　循環(huán)機進出口壓差 1.47MPa</p><p>　　年工作日 310 d</p><p>　　計算基準(zhǔn) 生產(chǎn)1t氨</p><p><b>　　1.2概述</b></p><p>　　1.2.1設(shè)計題目：年產(chǎn)8萬噸合成氨

9、合成工段設(shè)計</p><p>　　1.2.2 設(shè)計具體內(nèi)容范圍及設(shè)計階段</p><p>　　本次設(shè)計的內(nèi)容為合成氨合成工段的設(shè)計，具體包括以下幾個設(shè)計階段：</p><p>　　1. 進行方案設(shè)計，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。</p><p>　　2. 進行化工計算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計算。</p><

10、p>　　3. 繪制帶控制點的工藝流程圖（PID）。</p><p>　　4. 進行車間布置設(shè)計，并繪制設(shè)備平立面布置圖。</p><p>　　5. 進行管路配置設(shè)計，并繪制管路布置圖。</p><p>　　6. 撰寫設(shè)計說明書。</p><p>　　1.2.3設(shè)計的產(chǎn)品的性能、用途及市場需要</p><p>　　

11、(1) 氨的物化性能</p><p>　　合成氨的化學(xué)名稱為氨，氮含量為82.3%。氨是一種無色具有強烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕，相對密度0.596，熔點－77.7℃；沸點－33.4℃。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1米3氣氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。極易溶于水，常溫（20℃）常壓下，一個體積的水能溶解600個體積的氨；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個體積水能溶解1300個體積的氨氨的水溶液稱為氨水，呈強堿

12、性。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果[2]。</p><p>　　氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。氨在高溫下(800℃以上)分解成氮和氫；</p><p>　　氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。氨的自燃點為630℃，氨在氧中易燃燒，燃燒時生成藍

13、色火焰。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常溫下氨在空氣中的爆炸范圍為15.5～28％，在氧氣中為13.5～82％。液氨或干燥的氣氨，對大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對銅、銀、鋅等有腐蝕作用[3]。</p><p><b>　　(2) 氨的用途</b></p><p>　　氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)

14、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。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?？梢姡铣砂惫I(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。

15、</p><p>　　氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無機鹽等工業(yè)部門。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料?，F(xiàn)代國防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進劑和氧化劑，同樣也離不開氨。此外，氨還是常用的冷凍劑。</p><p>　　合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進和帶動了許多科學(xué)技術(shù)部門的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低

16、溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等。同時，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個重要部門[4]。</p><p><b>　　市場需要</b></p><p>　　據(jù)資料統(tǒng)計:1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達103

17、.9Mt。預(yù)計2000 年產(chǎn)量將達111.8Mt。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量的81.7%和82.6%。我國1996 年合成氨產(chǎn)量已達30.64Mt,專家預(yù)測2000 年將達36Mt,2020 年將增加至45Mt。即今后20 年間將增加到現(xiàn)在的1.5 倍。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長的路要走。未來我國合成氨氮肥的實物產(chǎn)量將會超過石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工業(yè)是農(nóng)

18、業(yè)的基礎(chǔ)。它的發(fā)展將對國民經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此,我國現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。我國七十至九十年代先后重復(fù)引進30 多套大化肥裝置,耗費巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時,也受到國外的制約。今后應(yīng)利用國內(nèi)開發(fā)和消化吸收引進的工藝技術(shù),自力更生,立足國內(nèi),走出一條具有中國特色的社會主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。過去引進建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。當(dāng)今走老廠改造擴建的道路,可使投資節(jié)省1/2—2/3。節(jié)省

19、的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展,提高農(nóng)</p><p>　　1.2.4簡述產(chǎn)品的幾種生產(chǎn)方法及特點 </p><p>　　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)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來分類[3]。</p><p>

20、;<b>　　(1)高壓法</b></p><p>　　操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。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)。</p>&

21、lt;p><b>　　(2)中壓法</b></p><p>　　操作壓力為20～60MPa，溫度450～550℃，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。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。總的來看，在15～30Pa的

22、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。因此，本次設(shè)計選用32MPa壓力的合成氨流程。</p><p><b>　　(3)低壓法</b></p><p>　　操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃。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

23、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。</p><p><b>　　1.3 產(chǎn)品方案</b></p><p>　　產(chǎn)品的名稱：氨(NH3)；</p><p>　　產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：液體純氨；</p><p>　　產(chǎn)品的規(guī)模：80 kt/a 液氨；</p

24、><p>　　產(chǎn)品的包裝方式：氨為高壓低溫液體，合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn)，多余部分設(shè)立氨儲槽儲存起來。</p><p>　　1.4設(shè)計產(chǎn)品所需的主要原料規(guī)格、來源</p><p>　　1.4.1主要原料來源</p><p>　　生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣。</p><p>　　氮氣來源于空氣，可以在

25、低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過程中直接加入空氣來解決。</p><p>　　氫氣來源于水或含有烴類的各種燃料，它取決于用什么方法制取。最簡便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗大、成本高而受到限制?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。</p><p>　　1.4.2 主要原料規(guī)格</p><p>　　(1) 合成塔進口氣

26、體組成</p><p>　　合成塔進口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當(dāng)氫氫比為3時，對于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會積累起來，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。</p><p>　　惰性氣體(CH

27、4、Ar)來源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。惰性氣體的存在，無論從化學(xué)平衡還是動力學(xué)上考慮均屬有弊。但是，維持過低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。因此，循環(huán)氣中惰性氣體含量應(yīng)根據(jù)新鮮氣惰性氣體含量、操作壓力、催化劑活性等條件而定。由于原料氣制備與凈化方法不同，新鮮氣中惰性氣體含量也各個相同，循環(huán)氣中所控制的惰性

28、氣體含量也有差異。</p><p>　　當(dāng)其它條件一定時，進塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。對于冷凍法分離氨，初始氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。為過分降低冷凝溫度而過多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟上也并不可取。操作壓力300atm時，一般進塔氨含量控制在3.2～3.8％；150atm時，為2.0～3.2％。</p><p>　　(2) 硫化物和碳

29、氧化物含量</p><p>　　無論那一種原料所得原料氣，都含有一定數(shù)量的硫化物。雖然原料氣中硫化物含量不高，但對合成氨生產(chǎn)危害卻很大。硫化物是各種催化劑的毒物，硫化氫能腐蝕設(shè)備管道。以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對硫含量限制十分嚴(yán)格，要求烴原料中總硫含量為0.5PPm(重量)以下。</p><p>　　為防止CO和CO2對催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得多余20pp

30、m[5]。</p><p>　　1.5生產(chǎn)中產(chǎn)生有害物質(zhì)和處理措施</p><p>　　中小型合成氨廠在生產(chǎn)過程中，常見的有毒有害物質(zhì)種類很多，多以氣體、蒸氣、霧、粉塵等狀態(tài)存在，其中有毒有害氣體是合成氨生產(chǎn)中最常見的。</p><p>　　1.5.1 氨氣和液氨</p><p>　　氨氣是一種具有強烈刺激臭味的無色氣體, 易被液化成藍色液體

31、。車間空氣中氨的最高容許濃度為30 毫克／米3。它對人的眼睛和呼吸器官有較大的傷害作用。氨中毒的癥狀首先是服粘膜和呼吸道粘膜受到刺激、胸感抑郁、胃痛、打噴嚏、流口水、周身有不舒服感。如在氨氣濃度不大的環(huán)境中，停留時間不長，而且能及時離開環(huán)境，到空氣新鮮的地方去，上述的癥狀可漸漸消失。中毒嚴(yán)重時，會引起肺部腫脹導(dǎo)致死亡。氨氣刺激眼睛能引起角膜炎。因氨有氣味，故較好預(yù)防。</p><p>　　合成氨生產(chǎn)中合成工段經(jīng)常

32、接觸的液體毒物有液氨、氨水等。液氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴(yán)重?fù)p傷，出現(xiàn)眼瞼水腫，眼結(jié)膜迅速充血水腫，眼劇痛，角膜混濁，甚至因角膜潰瘍、穿孔而失明。接觸液氨和高濃度氣氨，可使皮膚引起類似強堿的嚴(yán)重灼傷，出現(xiàn)紅斑、水泡，甚至因吸收水分，使皮膚脂肪皂化而壞死。</p><p>　　在正常生產(chǎn)過程中，有很少一部份氣態(tài)NH3無法回收，通過放空火炬燃燒掉就不會對環(huán)境造成影響。對于成品氨罐放空的氣態(tài)NH3可引入冰機中進行加

33、壓冷凝，不僅回收了NH3，同時也不會造成環(huán)境的污染[3]。</p><p>　　1.5.2 合成氨廢水</p><p>　　合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來源。比如，隔油池中廢水就含有COD。如果含有COD的廢水排放出去就會繁衍菌類、藻類，污染水源和土壤，更嚴(yán)重的是會造成污染滋生源，對環(huán)境造成更大的破壞。</p><p>　　要減少廢水和工藝?yán)淠褐械腃O

34、D的排放，可改進生產(chǎn)工藝，使廢水排放減少，建設(shè)特生化處理裝置，進行廢水處理，使廢水中的COD含量達到國家控制標(biāo)準(zhǔn)[6]。</p><p>　　2 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定</p><p>　　2.1合成氨生產(chǎn)的特點</p><p>　　氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。然后將所得的氣氨

35、，從氫氮混合氣中經(jīng)冷卻冷凝成為液態(tài)氨分離出來。液氨由氨罐進入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。未合成為氨的氫氮混合氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。</p><p>　　合成氨生產(chǎn)的特點，概括起來有如下幾方面[7]：</p><p>　　(1)工藝流程長、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過程有高度的連續(xù)性；(3)各

36、工序生產(chǎn)操作相互影響；(4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進行的。</p><p>　　在整個合成氨生產(chǎn)過程中，合成氨生產(chǎn)比較復(fù)雜，始終存在著高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等危險因素，各種控制條件比較嚴(yán)格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。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

37、。但是，只要我們能充分認(rèn)識這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。</p><p>　　因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。在生產(chǎn)過程中有一系列化學(xué)反應(yīng)、傳熱、燃燒、分離等過程,溫度、壓力、濃度等因素都影響反應(yīng)的進行,這些因素又受到設(shè)備質(zhì)量、水質(zhì)、煤質(zhì)、季節(jié)、氣候、操作水平、調(diào)度與管理的影響,這樣就形成了合成氨生產(chǎn)工藝過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作管理與生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性。</p&g

38、t;<p>　　2.2 氨合成過程的基本工藝步驟 </p><p>　　實現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個步驟[4]：氮氫原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對未反應(yīng)氣體補充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。</p><p>　　由于采用壓縮機的型式、氨分冷凝級數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對位置的差異，而形

39、成不同的工業(yè)生產(chǎn)流程，但實現(xiàn)氨合成過程的基本工藝步驟是相同的。</p><p>　　(1)氣體的壓縮和除油</p><p>　　為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機時，在壓縮過程中氣體夾帶的潤滑油和水蒸汽混合在一起，呈細霧狀懸浮在氣流中。氣體中所含的油不僅會使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干

40、凈。除油的方法是壓縮機每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。若采用離心式壓縮機或采用無油潤滑的往復(fù)式壓縮機，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡化了流程。</p><p>　　(2)氣體的預(yù)熱和合成</p><p>　　壓縮后的氫氮混合氣需加熱到催化劑的起始活性溫度，才能送入催化劑層進行氨合成反應(yīng)。在正常操作的情況下，加熱氣體的熱源主要是利用氨合成時放出的反應(yīng)熱，即在換熱器中反

41、應(yīng)前的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度。在開工或反應(yīng)不能自熱時，可利用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供給熱量。</p><p><b>　　(3)氨的分離</b></p><p>　　進入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來。氨分離的方法有兩種，一是水吸收法；二是冷凝法，將合成后氣體降溫，

42、使其中的氣氮冷凝成液氨，然后在氨分離器中，從不凝氣體中分離出來。</p><p>　　目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。以水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器中進行的。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來的液氨從氣相中分離出來，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。在氨冷凝過程，部分氫氮氣及惰性氣體溶解在液氨中。當(dāng)液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來，通常稱為“貯罐氣”。</p><

43、p><b>　　(4)氣體的循環(huán)</b></p><p>　　氫氮混合氣經(jīng)過氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。分離氨后剩余的氫氮氣，除為降低情性氣體含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。由于氣體在設(shè)備、管道中流動時，產(chǎn)生了壓力損失。為補償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮機。循環(huán)機進出口壓差約為20～30大氣壓，它表示了整個合

44、成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。</p><p>　　(5)惰性氣體的排除</p><p>　　氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過以下三個途徑帶出：(1)一小部分從系統(tǒng)中漏損；(2)一小部分溶解在液氨中被帶走；(3)大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。</p><p>　　在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，放空位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最大而氨

45、含量最小的地方，這樣放空的損失最小。由此可見，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。放空氣中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一股可用作燃料。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來，得到氫、氮氣，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。</p><p>　　有些工廠設(shè)置二循環(huán)合成系統(tǒng)，合成系統(tǒng)放空氣進入二循環(huán)系統(tǒng)的合成塔，繼續(xù)進行合成反應(yīng)，分離氨后部分情性氣體放空，其余部

46、分在二循環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮氣損失。</p><p>　　(6)反應(yīng)熱的回收利用</p><p>　　氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須回收利用這部分反應(yīng)熱。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種：</p><p>　　(1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。在塔內(nèi)設(shè)置換熱器，用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，使其達到催化劑的活

47、性溫度。這種方法簡單，但熱量回收不完全。目前小型氨廠及部分中型氨廠采用此法回收利用反應(yīng)熱。</p><p>　　(2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(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。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中型氮廠應(yīng)用較多。 </p&

48、gt;<p>　　(3)預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。反應(yīng)后的高溫氣體首先通過塔內(nèi)則換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，然后再通過塔外的換熱器預(yù)熱高壓鍋爐給水。此法的優(yōu)點是減少了塔內(nèi)換器的面積，從而減小了塔的體積，同時熱能回收完全。目前大型合成氨廠一般采用這種方法回收熱量。用副產(chǎn)蒸汽及預(yù)熱高壓鍋爐給水方式回收反應(yīng)熱時，生產(chǎn)一噸氨一般可回收0.5～0.9噸蒸汽。</p><p>　　2.3氨合產(chǎn)

49、工藝的選擇</p><p>　　考慮氨合成工段的工藝和設(shè)備問題時，必須遵循三個原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護催化劑，盡量延長使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。</p><p>　　氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。氨合成壓力高對合成反應(yīng)有利, 但能耗高。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟性比較好，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采

50、用此法的很多。 一般中小氮肥廠多為32MPa , 大型廠壓力較低,為10～20MPa。由于近來低溫氨催化劑的出現(xiàn), 可使合成壓力降低。</p><p>　　合成反應(yīng)熱回收是必需的, 是節(jié)能的主要方式之一。除盡可能提高熱回收率,多產(chǎn)蒸汽外, 應(yīng)考慮提高回收熱的位能, 即提高回收蒸汽的壓力及過熱度。高壓過熱蒸汽的價值較高, 當(dāng)然投資要多, 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。</p><p>　　本次設(shè)計選

51、用中壓法（壓力為32MPa）合成氨流程，采用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應(yīng)熱，塔型選擇見設(shè)備選型部分。</p><p><b>　　3 生產(chǎn)流程簡述</b></p><p>　　氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進入氣氣換熱器冷氣入口，通過管

52、間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。升溫后從冷氣出口出來分五路進入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。二、三、四層(觸媒)溫度，一路作為塔底副線調(diào)節(jié)一層溫度，另一路為二入主線氣體，通過下部換熱器管間與反應(yīng)后的熱氣體換熱、預(yù)熱后沿中心管進入觸媒層頂端，經(jīng)過四層觸媒的反應(yīng)后進入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進入廢熱鍋爐進口，在廢熱鍋爐中副產(chǎn)25MPa 蒸氣送去管網(wǎng)，從廢熱鍋爐出來后分成二股，一股進入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱，另一股氣

53、體進入鍋爐給水預(yù)熱器在管內(nèi)與管間的脫鹽，脫氧水換熱，換熱后與氣氣換熱器出口氣體會合，一起進入水冷器。在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進入氨分離器，部分液氨被分離出來，氣體出氨分離器，進入透平循環(huán)機入口，經(jīng)加壓后進入循環(huán)氣濾油器出來后進入冷交換器熱氣進口。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換熱，冷卻后出冷交換器與壓縮送來經(jīng)過新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮氣會合進入氨冷器，被液氨蒸發(fā)</p><p>　　圖3-1

54、 工藝流程圖</p><p><b>　　4 工藝計算</b></p><p><b>　　4.1 原始條件</b></p><p>　?。?）年產(chǎn)量80kt，年生產(chǎn)時間扣除檢修時間后按360天計，則產(chǎn)量為：10.7527t/h </p><p>　?。?）新鮮補充氣組成</p>&

55、lt;p>　　表4-1 新鮮補充氣組成</p><p>　?。?）合成塔入口中氨含量：NH3入=2.5%</p><p>　?。?）合成塔出口中氨含量：NH3出=13.2%</p><p>　?。?）合成塔入口惰性氣體含量：CH4 +Ar=17%</p><p>　?。?）合成塔操作壓力：32Mpa</p><p&g

56、t;　?。?）精練氣溫度：35℃</p><p>　　1.2.3.4.5.——精煉氣 6.7.8.9.10.11.12.14.17.18.——合成氣；</p><p>　　13——放空氣 20——弛放氣 15.16.19.21——液氨 </p><p>　　圖4-1 計算物料點流程</p><p><b&

57、gt;　　4.2 物料衡算</b></p><p>　　4.2.1 合成塔物料衡算</p><p>　?。?）合成塔入口氣組分：</p><p>　　入塔氨含量: y5NH3=2.5％;</p><p>　　入塔甲烷含量：y5CH4=17.00％×1.2/（1.2+0.3）×100％=13.6％；</p&

58、gt;<p>　　入塔氫含量：y5H2=［100-（2.5+17）］×3/4×100％=60.375％；</p><p>　　入塔氬含量：y5Ar=17％-13.6％=3.4％；</p><p>　　入塔氮含量：y5N2=［100-（2.5+17）］×1/4×100％=20.125％</p><p>　　表4-2

59、 入塔氣組分含量（％）</p><p>　　（2）合成塔出口氣組分：</p><p>　　以1000kmol入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分，</p><p>　　由下式計算塔內(nèi)生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.132- 0.025)/(1+0.132)=94.523kmol</p><p>

60、　　出塔氣量: M8=入塔氣量—生成氨含量=1000-94.523=905.477kmol</p><p>　　出塔氨含量： y8NH3=13.2％</p><p>　　出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)×y5CH4=(1000/905.477)×13.6％=15.2％</p><p>　　出塔氨含量： y8Ar=(M5/M8)

61、×y5Ar=1000/905.477×3.4％=3.754％</p><p>　　出塔氫含量： y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)×100％</p><p>　　=3/4(1-0.132-0.152-0.03754)×100％=50.8845％</p><p>　　出塔氮含量： y8N2=1/4(1-

62、0.132-0.152-0.03754)×100％=16.9615％</p><p>　　表4-3 出塔氣體組分含量（％）</p><p><b>　?。?）合成率：</b></p><p>　　合成率=2MNH3/［M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)］×100％</p><p>　　=2

63、×94.523/［1000×(1-0.025-0.17)］×100％=23.484％</p><p>　　4.2.2氨分離器氣液平衡計算</p><p>　　表4-5 已知氨分離器入口混合物組分m(i)</p><p>　　查t=35℃，P=29.1MPa時各組分平衡常數(shù)：</p><p>　　表4-6 各組

64、分平衡常數(shù)</p><p>　　設(shè)（V/L）=11.1時，帶入L×(i)=m(i)/［1+(V/L)×K(i)］=L(i):</p><p>　　LNH3=mNH3/［1+(V/L)×KNH3］=0.07903Kmol</p><p>　　LCH4= mCH4/［1+(V/L)×KCH4］=0.00143 Kmol</p

65、><p>　　LAr=mAr/［1+(V/L)×KAr］=0.00013 Kmol</p><p>　　LH2=mH2/［1+(V/L)×KH2］=0.0163Kmol</p><p>　　LH2=mN2)/［1+(V/L)×KN2］=0.00043 Kmol</p><p>　　L總= L(NH3)+ L(CH4)

66、+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.08264 Kmol</p><p>　　分離氣體量：V=1-L=1-0.08264=0.91736 Kmol</p><p>　　計算氣液比：（V/L）＇=0.91739/0.08261=11.1005</p><p>　　誤差［（V/L）-（V/L）＇］/（V/L）=（11.10-11.1005）/1

67、1.10×100％=0.0047％，結(jié)果合理。</p><p>　　從而可計算出液體中各組分含量：</p><p>　　液體中氨含量： xNH3=LNH3/L=0.07899/0.08261×100％=95.631％</p><p>　　液體中氬含量： xAr=LAr/L=0.000013/0.08261×IOO％=0.152％&l

68、t;/p><p>　　液體中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.00143/0.08261×100％=1.725％</p><p>　　液體中氫含量: xH2=LH2/L=0.00163/0.08261×100％=1.969％</p><p>　　液體中氮含量： xN2=LH2/L=0.00043/0.08261×100％=0.52

69、4％</p><p>　　表4-7 氨分離器出口液體含量</p><p><b>　　分離氣體組分含量：</b></p><p>　　氣體氨含量： yNH3=［mNH3-LNH3］/V=8.23％</p><p>　　氣體甲烷含量： yCH4=［mCH4-LCH4］/V=15.86％</p>&l

70、t;p>　　氣體氬含量： yAr=［mAr-LAr］/V=3.93％</p><p>　　氣體氫含量： yH2=［mH2-LH2］/V=53.93％</p><p>　　氣體氮含量： yN2=［mN2-LN2］/V=18.06％</p><p>　　表4-8 氨分離器出口氣體含量（％）</p><p>　　4.2.3

71、冷交換器氣液平衡計算</p><p>　　查t=-10℃,p=28.3MPa的平衡常數(shù)：</p><p>　　表4-9 各組分的平衡常數(shù)</p><p>　　冷交換器出口液體組分含量：</p><p>　　出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=0.427％</p><p>　　出口液體氨含量：

72、xNH3=yNH3/ KNH3=98.425％</p><p>　　出口液體氬含量: xAr=yAr/ KAr=0.068％</p><p>　　出口液體氫含量: xH2=yH2/ KH2=0.825％</p><p>　　出口液體氮含量: xN2=yN2/ KN2=0.258％</p><p>　　表4-10 冷

73、交換器出口液體組分含量（％）</p><p>　　4.2.4液氨貯槽氣液平衡計算</p><p>　　由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會解吸，即弛放氣;兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù)。</p><p>　　G％=（1+y5NH3）×(y8NH3-yNH3)/(( y8NH3- y5NH

74、3)×(1- yNH3))</p><p>　　=[(1+0.025）×（0.132-0.09371）]/ [（0.132-0.025）×（1-0.13741）]</p><p><b>　　=57.588％</b></p><p>　　水冷后分離液氨占總量的57.588％冷交，氨冷后分離液氨占總量的42.412％

75、。</p><p>　　液氨貯槽入口1Kmol液體計算為準(zhǔn)，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量：</p><p>　　m(0i)=L(15)X15i+L16X16i</p><p>　　= G％L0X15i+(1- G％)X16i</p><p>　　=0.57588X15i+0.42412X16i</p><p&

76、gt;　　混合后入口氨含量： m0NH3=0.57588×0.9563+0.42412×0.9842=0.96816</p><p>　　混合后入口甲烷含量: m0CH4=0.57588×0.01724+0.42412×0.004274=0.01174</p><p>　　混合后入口氬含量: m0Ar=0.57588×0.001516+0

77、.42412×0.0006787=0.00116</p><p>　　混合后入口氫含量： m0H2=0.57588×0.01969+0.42412×0.00825=0.01484</p><p>　　混合后入口氮含量： m0N2=0.57588×0.005237+0.42412×0.002578=0.00411</p><

78、;p>　　表4-11 液氨貯槽入口液體含量</p><p>　　當(dāng)t=17℃，P=1.568MPa時，計算得熱平衡常數(shù)：</p><p>　　表4-12 各組分的平衡常數(shù)</p><p>　　根據(jù)氣液平衡L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設(shè)(V/L)=0.05,代入上式得:</p><p>　　出口液體氨含量： L

79、NH3=m0NH3/[(1+(V/L)×kNH3]</p><p>　　=0.968161/(1+0.05×0.598)=0.94005 Kmol</p><p>　　出口液體甲烷含量：LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)×kCH4]</p><p>　　=0.011744/(1+0.005×170)=0.00124 Km

80、ol</p><p>　　出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L)×kAr]</p><p>　　=0.001161/(1+0.05×540)=0.00004 Kmol</p><p>　　出口液體氫氣含量：LH2=m0H2/[ 1+(V/L)×kH2]</p><p>　　=0.014839/(

81、1+0.05×575)=0.0005 Kmol</p><p>　　出口液體氮氣含量：LN2=m0N2/[ 1+(V/L)×kN2]</p><p>　　=0.004109/(1+0.05×620)=0.00013 Kmol</p><p>　　L(總)=0.94196,V=1-0.94196=0.058Kmol,(V/L) ＇=V/L

82、=0.062,誤差 =(0.062-0.05)/0.05=-0.232％，假定正確。</p><p>　　出口液體組分含量： </p><p>　　出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=0.94/0.942×100％=99.798％</p><p>　　出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=0.00124/0.942×100％=0.

83、131％</p><p>　　出口液體氬含量： xAr=LAr/L=0.00004/0.942×100％=0.004％</p><p>　　出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=0.0005/0.942×100％=0.053％</p><p>　　出口液體氮氣含量： xN2=LN2/L=0.00013/0.942×100％=0.0

84、14％</p><p>　　表4-13 液氨貯槽出口液氨組分（％）</p><p>　　出口弛放氣組分含量：</p><p>　　弛放氣氨含量： yNH3=(M0NH3-LNH3)/V=(0.96816-0.94)/0.058×100％=48.427％</p><p>　　弛放氣甲烷含量：yCH4=(M0CH4-LCH4)/V=(

85、0.01174-0.00124)/0.058×100％=18.104％</p><p>　　弛放氣氬含量： yAr=(M0 Ar-LAr)/V=(0.00116-0.00004)/0.058×100％=1.929％</p><p>　　弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2-LH2)/V=(0.01484-0.0005)/0.058×100％=24.707％<

86、;/p><p>　　弛放氣氮氣含量： yN2=(M0N2-LN2)/V=(0.00411-0.00013)/0.058×100％=6.857％</p><p>　　表4-14 出口弛放氣組分含量（％）</p><p>　　4.2.5液氨貯槽物料計算</p><p>　　以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計算液氨貯槽出口液體量&l

87、t;/p><p>　　L(19)=1000×22.4/(0.99798×17)=1320.317m３</p><p>　　其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3)×X(19NH3)=1320.317×99.798﹪=1317.647 m３</p><p>　　CH4 L(19CH4)=L(19CH4)×X

88、(19CH4)=1320.317×0.131﹪=1.733 m３</p><p>　　Ar L(19Ar)=L(19Ar)×X(19Ar)=1320.317×0.004﹪=0.058 m３</p><p>　　H2 L(19H2)=L(19H2)×X(19H2)=1320.317×0.053﹪=0.0699 m３</p&g

89、t;<p>　　N2 L(19N2)=L(19N2)×X(19N2)=1320.317×0.014﹪=0.18 m３</p><p>　　液氨貯槽出口弛放氣（V/L）=0.062</p><p>　　V(20)=0.062×L(19)=0.062×1320.317=81.355 m３</p><p>　　其

90、中　NH3 V(20NH3)=V(20NH3)×y(20NH3)=81.355×48.427﹪=39.398 m３</p><p>　　CH4 V(20CH4)=V(20CH4)×y(20CH4)=81.355×18.104﹪=14.728 m３</p><p>　　Ar V(20Ar)=V(20Ar)×y(20Ar)=81.355

91、×1.929﹪=1.569 m３</p><p>　　H2 V(20H2)=V(20H2)×y(20H2)=81.355×24.707﹪=20.101 m３</p><p>　　N2 V(20N2)=V(20N2)×y(20N2)=81.355×6.857﹪=5.579 m３</p><p>　　液氨貯槽出口

92、總物料=L(19)+ V(20)=1320.317+81.355=1401.627 m３</p><p><b>　　液氨貯槽進口液體：</b></p><p>　　由物料平衡，入槽總物料=出槽總物料，L(21)=L(19)+V(20)=1401.627 m３</p><p>　　入口液體各組分含量計算:L(21i)= L(19i) + V(2

93、0i)</p><p>　　其中 NH3 L(21NH3)=1317.647+39.398=1357.045 m３</p><p>　　CH4 L(21CH4)=1.733 +14.728 =16.461 m３</p><p>　　Ar L(21Ar)=0.058 +1.569 =1.627 m３</p><p>　　H2 L(2

94、1H2)=0.699 +20.101= 20.8 m３</p><p>　　N2 L(21N2)=0.180+ 5.579 =5.579 m３</p><p>　　入口液體中組分含量核算,由 m´(0i)=L(21i)/L(21):</p><p>　　入口液體中氨含量 m´(0NH3)=1357.045/1401.672×1

95、00﹪=96.816﹪</p><p>　　入口液體中甲烷含量 m´(0CH4)=16.461/1401.672×100﹪=1.174﹪</p><p>　　入口液體中氬含量 m´(0Ar)= 1.627/1401.672×100﹪=0.116﹪</p><p>　　入口液體中氫氣含量 m´(0H2)= 2

96、0.8/1401.672×100﹪=1.484%</p><p>　　入口液體中氮氣含量 m´(0N2)= 5.759/1401.672×100﹪=0.411%</p><p>　　入口液體中組分含量 m´(0i)≈ M´(0i)</p><p>　　4.2.6合成系統(tǒng)物料計算</p><p&

97、gt;　　將整個合成看著一個系統(tǒng)，進入該系統(tǒng)的物料有新鮮補充氣補V補， 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 。</p><p>　　圖4-2 系統(tǒng)示意圖 </p><p>　　由前計算數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表4-15 各組分的含量</p><p>　　根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求V補,V放,V

98、入,V出：</p><p><b>　　循環(huán)回路中氫平衡：</b></p><p>　　V補yH2補=V放yH2放＋V弛yH2弛+3/2V放yNH3放+3/2V弛yNH3弛+3/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉①</p><p><b>　　循環(huán)回路中氮平衡:</b></p><p>　　V補yN2補=

99、V放yN2放＋V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+1/2V弛yNH3弛+1/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉②</p><p>　　循環(huán)回路中惰性氣體平衡: V補(yCH4放+yAr放)=V弛(yCH4放+yAr放)+V弛(yCH4弛+yAr弛)</p><p>　　V補(0.011+0.0033)=V放(0.1414+0.04275)+81.355(0.18104+0.01929)</

100、p><p>　　V補=12.878V放+1139.673 ┉┉┉┉┉┉③</p><p>　　循環(huán)回路中惰性氣體平衡:V出yNH3-V入yNH3入=V放y放+V弛y NH3弛+LNH3</p><p>　　0.165V出-0.025V入=0.09736V放 + 1325.896

101、┉┉┉┉┉┉④</p><p>　　循環(huán)回路中總物料體平衡: V入=V出 + V補 - V放 - V弛- LNH3= V出 + V補－V放-32.974-1317.647= V出 + V補－V放- 1401.627 ┉┉┉┉┉┉⑤</p><p>　　聯(lián)立①②③④⑤各式解得：</p><p>　　V放=137.618 m３; V補=21

102、99.921 m３; V出=10049.48 m３; V入=11422.11 m3</p><p>　　4.2.7合成塔物料計算</p><p>　　入塔物料：V5=11364.610 m3</p><p>　　NH3 V5NH3=11422×2.5﹪=284.115m3</p><p>　　CH4 V5CH4=11364.61

103、×13.6﹪=1265.563m3</p><p>　　Ar V5Ar=11364.61×3.4﹪=439.129m3</p><p>　　H2 V5H2=11364.61×60.375﹪=7031.852m3</p><p>　　N2 V5N2=11364.61×20.125﹪=2343.951m3</p&

104、gt;<p>　　合成塔一出，二進物料，熱交換器，冷氣進出物料等于合成塔入塔物料</p><p>　　即　　V5=V6=V7=10049.48 m3</p><p>　　出塔物料　　 V8=10049.48 m3</p><p>　　NH3 V8NH3=10049.48×13.2﹪=1658.164 m3</p><p

105、>　　CH4 V8CH4=10049.48×15.2﹪=1317.934 m3</p><p>　　Ar V8Ar=10049.48×3.745﹪=395.380 m3</p><p>　　H2 V8H2=10049.48×50.8845﹪=5008.501 m3</p><p>　　N2 V8N2=10049.48

106、×16.9615﹪=1669.500 m3</p><p>　　合成塔生成氨含量：ΔVNH3=V8NH3-V5NH3</p><p>　　=1658.164 -285.553=1372.611m3=1041.714Kg</p><p>　　沸熱鍋爐進出口物料，熱交換器進出口物料等于合成塔出塔物料。</p><p>　　即V8=V9=

107、V10=10049.48 m3</p><p>　　4.2.8水冷器物料計算</p><p>　　進器物料：水冷器進氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10入=10049.48 m3</p><p>　　出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計算得氣液比(V/L)=11.1,有如下方程:</p><p>　　V11出/L11出=

108、(V/L)=11.1 ┉┉┉┉┉┉①</p><p>　　V11出+L11出=L10入=10049.48 ┉┉┉┉┉┉②</p><p>　　將 V11出=11.1L11出帶入②得:</p><p>　　L11出=830.5 m3 V11出=9218.98 m3</p><p>　　出口氣體組分由V11i=V11出y11i得

109、:</p><p>　　其中， NH3 V11NH3=9218.98×9.371%=863.948m3</p><p>　　CH4 V11CH4=9218.98×14.141% =1303.611m3</p><p>　　Ar V11Ar=9218.98× 4.275% =394.121m3</p><p

110、>　　H2 V11H2=9218.98×54.151% =4992.147m3</p><p>　　N2 V11N2=9218.98×18.062% =1665.152m3</p><p>　　出口液體各組分由L11i=V8i-V11i</p><p>　　其中， NH3 L11NH3=1658.164 -863.946 =7

111、94.216m3</p><p>　　CH4 L11CH4=1317.934 -1303.611 =14.322m3</p><p>　　Ar L11Ar=395.38 -394.121 =1.259m3</p><p>　　H2 L11H2=5008.501 -4992.147 =16.354m3</p><p>　　N2 L

112、11N2=1669.5 -1665.152= 4.348m3</p><p>　　4.2.9氨分離器物料計算</p><p>　　進器物料：氨分離器進器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料</p><p>　　即　V11=V11出+L11出=9218.98 +830.5 =10049.48 m3</p><p>　　出器物料：氣液混合物在器內(nèi)

113、進行分離，分別得到氣體和液體</p><p>　　出器氣體V12＝V11出＝9218.98 m3，出器液體L15＝L11出＝830.5 m3</p><p>　　氨分離器出口氣體放空V13=137.618 m3</p><p>　　其中， NH3 V13NH3=137.618×9.371% =12.897m3</p><p>

114、　　CH4 V13CH4=137.618×14.141% =19.46m3</p><p>　　Ar V13Ar=137.618× 4.275% =5.883m3</p><p>　　H2 V13H2=137.618×54.151% =74.521m3</p><p>　　N2 V13N2=137.618×18.

115、062% =24.857m3</p><p>　　4.2.10冷交換器物料計算</p><p>　　進器物料：進器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量</p><p>　　V14=V12-V13=9218.98 -137.618 =9081.362 m3</p><p>　　其中， NH3 V14NH3=9081.362 ×