年产3000吨合成氨厂合成工段工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)

年产3000吨合成氨厂合成工段工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

2； Ф500 微碳纯铁单管并流氨合成塔内件计算说明书， 1973 有： 螺旋总圈数 N=21)(2 200   bdD   (319) 每块板的平均圈数 n= mN (320) 每块板的平均长度 )()(4)( 2 bnbnl nd n   (321) 10 环保及安全要求 实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。 生产过程中不生成或很少生成副产物、废物 ,实现或接近“零排放”的清洁生产 技术将日趋成熟和不断完善。 在整个合成氨生产过程中，合成氨生产比较复杂，始终存在着高温、高压、易燃、易爆、易中毒等危险因素 [7]，各种控制条件比较严格，稍有疏忽就可能发生事故。 同时，因生产工艺流程长、连续性强，设备长期承受高温和高压，还有内部介质的冲刷、渗透和外部环境的腐蚀等，各类事故发生率比较高，尤其是火灾、爆炸和重大设备事故经常发生。 但是，只要我们能充分认识这一客观规律并掌握这一客观规律就能做到安全生产，实现稳产、高产。 因此，合成氨生产必须满足高温、高压、高纯度要求。 11 第四章 设计计算书 物料衡算 计算基准： 1000 标准立方米精炼气 (一 ) 精拣气组成 小氮肥厂在分析惰性气体时一般只分析甲烷，氩气是不分析的，由于氮和氩都来自空气，遂让氩和氮混在一起，一概作为氮气而列入岗位记录。 合成工段之前的诸工段的物料计算，按照小氮肥厂的这种实际情况，未将氩从氮中分列出来，由于氩在精炼气等气体中的含量甚小 (精炼气中，氩占 %)，对这些工段的计算的影响不大。 但至合成工段，循环气中的氩含量上升至 3%左右，若不从氮中分出来，将导致较大的误差，故合成工段按照氮、氩分 开 .将氩计入惰性气体进行计算。 精炼工段来的精炼气组成 可参见表 41。 表 41 精炼工段来的精炼气组成 成份 H2 N2+Ar CH4 合计 标准米 3 % 100 将 Ar 从 N2 中分列出来， 由布拉夏克《固定氮工艺学合成氨》下册， 371 页。 空气中 N2 :Ar= %:%(体积比 ) 精炼气中 N2=  = 标准米 3 Ar=  = 标准米 3 将 Ar 从 N2 中分列出来后的 精炼气组成 见表 42。 表 42 将 Ar 从 N2 中分列出来后的精炼气组成 成份 H2 N2 CH4 Ar 合计 标准米 3 % 100 (二 ) 已知条件 1. 氨合成流程 氨合成流程图可参见图 4 1 0 . 9 3 2 57 8 .1 7 8 .1 12 图 4 1 氨合成流程图 1—合成塔， 2—水冷器， 3—水冷后氨分离器， 4—循环机， 5—油分离器， 6—一级氨冷器， 7—一级氨分离器， 8—二级氨冷器， 9—冷交换器； V0 —新鲜氢氮气， V1 —放空气， V2 —进塔气， V3 —出塔气。 V14 、 V24 —液氨。 括号内数字单位 :千克 /厘米 2(绝压 )( 1 千克 /厘米 2=)，括号前数字单位 :大气压 (绝压 )。 本工段计算中全部采用绝压，为简便计，下文中压力单位后面的 “绝压 ”两字，均略去不再写。 2． 精炼气成份可参见表 41. 3． 进塔气中氨含量： % 4． 出塔气中氨含量： 11% 5． 出塔气中惰性气体含量： % 6． 精炼气温度： 35℃ 7． 压力 :循环机出口 Mpa，其余各点压力见示意流程图 8． 气体在液氨中的溶解量忽略不计，热 (冷 )损失亦忽略不计。 (三 ) 物料衡算 13 计算基准。 1000 标准米 3 精炼气 (1) 出塔气成份 已知：出塔气中 NH3＝ 11% CH4+Ar =% H2 ： N2=3： 1 ∴ 3H2＋ N2=100%－ (11%+%)=% ∴ H2=43  %=% N2=41  %=% CH4=%  =% Ar= %  =% 所以出塔气成份 如 表 43 所示。 表 43 出塔气成份 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 % 100 (2) 放空气量 V1 与放空气组成 200 大气压下，水冷器内无液氨冷凝出来，故放空气成份与出塔气相同 (参见水冷器物料衡算 )。 放空气量为： V1 = 1 9 2 9 )0 0 2 9 . 0 1 4 2 01 0 0 0 （ = 标准米 3 所以放空气组成如 表 44。 表 44 放空气组成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 % 100 标准米 3 （ 3） 氨产量 V4 由气量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 ＋ V0 ① 由于氨合成时体积减小 V3 ＝ V2 －（ V4 ＋ 11％ V1 ） ② 式中 V0 一补充新鲜氢氮气体积，标准米 3。 14 V1 —放空气体积，标准米 3 V2 —进入合成塔混合气体积，标准米 3 V3 —出合成塔混合气体积，标准米 3 V4 —冷凝成产品氨的气体体积，标准米 3 以 V3 代入 ① V2＝ V2－（ V4＋ 11％ V1）－ V1－ V4＋ V0 ∴ V3 = 10 VV  = 2 7 7 0 0 0  = 标准米 3 由氨平衡 11%V3 =%V2 +(V4 +11%V1 ) ③ %  ② %V3 =%V2 一 % (V4 十 1l%V1 ) ④ ③ 一 ④ ( 一 ) V3 = (1+)( V4 十 ) ∴ V3 = 0 . 0 8 5 8 8 . 7 7 50 . 1 14 5 0 . 7 3 01 . 0 2 5 ）（  = 标准米 3 合成塔出口气组成如 表 45。 表 45 合成塔出口气组成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 % 100 标准米3 （ 4） 合成塔进口气量 V2 及组成 由气量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 + V0 ＝ ――+1000 ＝ 标准米 3 合成塔进口气体组成为 ： H2 － + = 标准米 3 N2 － + = 标准米 3 CH4 － + = 标准米 3 Ar － + = 标准米 3 NH3 － － = 标准米 3 15 合计 － + － = 标准米 3 即 塔 出口气体组成 见表 46。 表 46 塔出口所体组成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 标准米3 % 100 （１ ) 进口与合成塔出口气体相同 (２ ) 出口 设：水次器出口温度为 35℃  =308K，  = 大气压 由《氮气工作者手册》中拉尔逊一布列克经验公式 ： logyA=+－ 式中 ： yA—液氨上方气体中的平衡氨浓度， %；  —混合气体的压力，大气压；  —混合气体的绝对温度， 。 logyA=+－ = 即 yA= 水冷器进口气体中氨浓度为 11%，较 35℃ 时的平衡氨浓度 %为小，因氨未达饱和，不会出现冷凝。 故出口气体的组成和气量均无变化，仍与出塔气体相同 (按上式计算，冷 却至 ℃ 时，出口气体的饱和氨浓度为 11%，但气氨开始冷凝时形成雾滴，不易分离出来。 在冬季可分离出少量液氨 )。 (1) 进口 进口热气体量 =V3 － V1 =－ = 标准米 3 进口热气体组成为 H2 － = 标准米 3 N2 － = 标准米 3 CH4 － = 标准米 3 Ar － = 标准米 3 16 NH3 － = 标准米 3 合计 － = 标准米 3 即 冷交换器进口气体组成 可 见表 47 表 47 冷交换器进口气体组成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 标准米3 % 100 (2) 出口 用试算法在下面的冷交换器热量衡算中先进行试差，从而决定热气体出口温度为℃ , T=, P = 大气压。 由拉尔逊 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 由《手册》第九章第三节，考虑氨在气相中有雾状析出，取过饱和度 10%则液氨上方气体中的过饱和氨浓度 39。 yA( %) ： 39。 yA二 1. lyA = X = 令：出口气体中气氨体积为 y 标准米 3 于是 yy  )0 6 0 12 4 4 6 4(= ∴ y ＝ 0 7 6 5 8 6 30 7 6 5   ＝ 标准米 3 冷交换器中冷凝出来的氨量 =－ = 标准 3  = 千克 冷交换器 出口热气体组成 见表 48。 表 48 冷交换器出口热气体组成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 标准米3 % 100 17 设 ： 一级氨冷器出口温度为 7℃ , T=280K, P = 大气压。 由拉尔逊 —布列克公式 logyA=+－=。