液氨合成工段工艺设计Word文档格式.docx

1、（一） 原材料技术规格：序号名称规格备注成分百分含量（摩尔）1精练气氢气72.76氮气25.92氨气甲烷0.98氩气0.34 （二）液氨产品技术规格国家标准等级组分含量液氨一级品氨99.8GB356-65水和油0.22二级品99.50.5 （三）氨水产品技术规格标准农业用氨水20部标HGI-88-6418三级品15工业用氨水25残渣0.3 第三章 危险性物料主要物性表分子量熔点（度）沸点（度）闪点（度）燃点（度）空气中爆炸极限（）上限下限17.03-77.7-33.5651.2263027.415.7已2.016-259.8-252.840074.24.1甲316.043-184-161.5-

2、19065015.05.0第四章 流程简述 由氮氢气压缩机送来的3545的新鲜气，与放空后经冷交换器来的循环气混合，而后温度被降至20，进入氨冷器。气体管内流动，液氨在管外蒸发，由于氨大量蒸发吸收了混合气的热量，使管内气体进一步被冷却至0左右，为降低氨冷器负荷，进入氨冷器继续冷却至-15左右，出氨冷器后的气液混合物，在冷交换器的下部用分离器将液氨分离，分离出的液氨进入液氨贮罐，分氨后的循环气上升至上部换热器壳程被热气体加热至22后出冷交换器，然后，气体经循环压缩机，补充压力至15兆帕，由合成塔的下部进入层间换热器，移走第二绝热床反应热，冷气体升温进入第一绝热床进行合成反应，再入第一、二绝热床空

3、间（冷激器）由185度左右的冷气体作冷激气原与出第一绝热床的反应气体混合降温到385度左右，混合后气体进入第二绝热床进行合成反应，气体氨净值升高，出第二绝热床气体进入层间换热器，移走热量，使冷气升温，热气体降温后进入第三绝热床进行合成反应，气体氨含量增加到16.5，再经塔内下换热器将热量移走，后进入沸热锅炉，副产1.3Mpa蒸气。换热产生蒸汽后进入循环器加热器一次出塔气体至160，本身温度降至112左右进水冷器被冷却产生部分液氨，温度降至35，混合气液进氨分离器，分离液氨，分离的液氨去液氨罐贮存，出氨分离器的气体则部分放空，放空气去氢回收装置，放空后的循环气经冷交换器降温至17与新鲜气混合，继

4、续下一循环。液氨产品易蒸发，有强烈刺激性气味，对人的消化系统和呼吸系统都造成伤害，与空气混合后遇火会爆炸，应密闭贮存，管道输送，尽可能避免泄漏。第五章 主要设备的选择与计算 1.主要设备的选择计算见计算部分的设备选型 2.设备一览表（见后） 3.设备的选定说明： 合成塔内件 合成塔的选择主要是触媒筐和塔内换热器，本着节约自身的水电和冷冻量消耗同时提高氨合成反应热的回收品位和利用率本设计触媒筐选用三段绝热冷激间冷式内件。三段绝热冷激间冷式内件有如下特点：1）高效节能 冷激-间冷式内件是托普索节能型氨合成塔内件基础上开发的一种高效节能型内件，氨净值高；2）生产能力大； 3）床层间复合换热；4）节约

5、管材；5）便于催化剂还原。 装填A106型合成塔催化剂，此种催化剂具有良好的抗毒性能，低温高活性，较好的热稳定性特点。材化学院工程名称设备一览表编制赵伍编号校核第1 页共页设计项目审核位号设备名称及规格图号或标准号单位数量材料技术特性表编号E0301合 成 塔台C0301氨冷凝器16MnRC0302氨冷凝器4C0303循环加热器1Cr18NiTi5C0304沸热锅炉6C0305冷交换器7C0306水冷器8J0301循环压缩机9F0301氨分离器10F0302氨罐20MnMo修改标记姓名蔡爱民日期2002/6/03第六章 原材料及动力消耗（一） 原材料消耗消耗定额（每吨氨）消耗量每小时每年新鲜补

6、充气2917.855260.2144.377x108m3（二）动力消耗1316.22824928.0421.974x108冷却水48.426917.1407.264x106锅炉给水647.78212268.3439.717x109电38.633731.6705.795x106KW注：消耗定额以每吨合格液氨产品计第七章 生产分析及三废排量 （一）生产控制分析方法取样点分析项目分析方法控制指标分析次数合成塔二次出口NH313.2每两小时一次H2/N2=3 （二）三废排量放空气废污温度（度）4021压力，MP0.329.421.3排除点水冷量氨分后氨分离器，冷交换器排放量/H114568kg668.

7、12Nm3有害物含量NH3=7.009固体含量2000PPM排放标准处理意见送凉水塔回收利用送水处理第八章 存在问题和意见 催化剂的装卸问题 由于第二段反应床与第三段反应床采用中间换热器，床层催化剂不能从顶部装卸，为解决此问题，建议在换热器下面的筒体上开一至二个装卸孔。通过这次设计达到了锻炼的目的，学会了用计算机网络和图书馆查阅、收集、整理资料，并运用工具书解决实际问题，能够在老师的指导下独立处理一些设计中遇到的困难，同时进一步加强了对计算机编辑和绘图功能的学习和运用。当然设计中还存在一些问题需要进一步加强学习。这次设计的顺利完成还得益于翁贤芬老师和其他老师、同学的大力支持，在此一并感谢。第九

8、章 主要参考书目物理化学（上、下）天津大学物理化学教研室编，高等教育出版社出版，1993年6月第三版化工工艺设计手册（上、下）国家医药管理局编，化学工业出版社，1986年6月第一版小合成氨厂工艺技术与设计手册（上、下），梅安华主编，化学工业出版社化工工艺设计技术概论，扬国荣编小氮肥，1998-2000年各期化工设计通讯，1990-1995年各期化工计算，葛家华编化工原理（上、下），天津大学化工原理教研室主编合成氨，陈五平主编化工热力学，张联科编氮肥工艺设计手册理化数据，石油化学工业部化工设计院编，石油化学工业出版社出版第十章 工艺设计计算书 一、设计要求： 年工作日：330天；系统工作压力：1

9、5MPa 精练气组成（）：H2 72.76,N2 25.92,CH4 0.98,Ar0.34 合成塔进气（）：NH3 2.5,CH4+Ar 15;出气，NH3 16.5 水冷器出口温度：35 设计裕度：10 二、工艺流程图： 第二部分 物料计算和热量计算1.3物料计算：1.3.1合成塔入口气组分：入塔氨含量：y5NH3=2.5;入塔甲烷含量：y5CH4=15.00x0.98/（0.98+0.34）x100=11.136；入塔氢含量：y5H2=100-（2.5+11.136+3.864）x3/4x100=61.875；入塔氩含量：y5Ar=15.00x0.34/（0.98+0.34）x100=3

10、.864；入塔氮含量：y5N2=100-（2.5+11.136+3.864）x1/4x100=20.625入塔气组分含量（）NH3CH4ArH2N2小计2.511.1363.86461.87520.6251002.合成塔出口气组分：以1000kmol入塔气作为基准求出塔气组分，由下式计算塔内生成氨含量：MNH3=M5（y8NH3-y5NH3）/（1+y8NH3）=1000（0.165-0.025）/（1+0.165）=120.172kmo出塔气量: M8=入塔气量生成氨含量=1000-120.172=879.828kmo出塔氨含量： y8NH3=16.5出塔甲烷含量：y8CH4=（M5/M8）

11、xy5CH4=（1000/879.828）x11.136=12.657 y8Ar=（M5/M8）xy5Ar=1000/879.828x3.864=4.392出塔氢含量： y8H2=3/4（1-y8NH3-y8CH4-y8Ar）x100=3/4（1-0.165-0.12657-0.043921）x100=49.838出塔氮含量： y8N2=1/4（1-0.0165-0.12657-0.04392）x100=16.612出塔气体组分含量（）16.512.6574.39249.83816.6121.3.3合成率：合成率=2MNH3/M5（1-y5NH3-y5CH4-y5Ar）x100=2x120.1

12、72/1000（1-0.025-0.11364-0.03964）x100=29.1331.3.4氨分离器气液平衡计算：已知氨分离器入口混合物组分m（i）MNH3mCH4mH2mArmN20.1650.126570.043920.498380.166121.00000查35，P=14.4555MPa各组分平衡常数：KNH3KCH4KArKH2KN20.1388822.648562.825780.377172.8704设（V/L）=29.85时，带入Lx（i）=m（i）/1+（V/L）xK（i）=L（i）:LNH3=mNH3/1+（V/L）xKNH3=0.032066KmolLCH4= mCH4/

13、1+（V/L）xK CH4=0.000187 KmolLAr=mAr/1+（V/L）xK Ar=0.000023 KmolLH2=mH2/1+（V/L）xKH2=0.000208 KmolLH2=mN2）/1+（V/L）xKN2=0.000077 KmolL总= L（NH3）+ L（CH4）+ L（Ar）+ L（Ar）+ L（H2）+ L（N2）=0.032559 Kmol分离气体量：V=1-L=1-0.032559=0.967441 Kmol；计算气液比：（V/L）=0.967441/0.032559=29.713;误差 （V/L）-（V/L）/（V/L）=（29.85-29.713）/29

14、.85X100=0.46，结果合理从而可计算出液体中各组分含量：液体中氨含量：xNH3=LNH3/L=0.03266/0.032559x100=98.48液体中氩含量：xAr=LAr/L=0.000023/0.032559xIOO=0.07液体中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.00185/0.032559x100=0.57液体中氢含量：xH2=LH2/L=0.000208/0.032559x100=0.64液体中氮含量：xN2=LH2/L=0.000077/0.032559x100=0.24氨分离器出口液体含量98.480.570.070.640.24100.00分离气体组分含量：气体氨

15、含量 yNH3=mNH3-LNH3/V=（0.165-0.02066）/0.967441x100 =13.410气体甲烷含量 yCH4=mCH4-LCH4/V=（0.12657-0.00185）/0.967441x100 =13.064气体氩含量 yAr=mAr-LAr/V=（0.04392-0.000023）/0.967441x100 =4.537气体氢含量 yH2=mH2-LH2/V=（0.49838-0.000208）/0.967441x100 =51.494气体氮含量 yN2=mN2-LN2/V=（0.11654-0.000077）/0.967441x100 =17.163氨分离器出口

16、气体含量（）13.41013.0644.53751.49417.1631.3.5冷交换器气液平衡计算：查t=15,p=13.062MPa的平衡常数0.0252274.58572.752133.32693.699冷交换器出口液体组分含量：出口液体甲烷含量 xCH4=yCH4/ KCH4=0.11136/74.585x100=0.149出口液体氨含量 xNH3=yNH3/ KNH3=0.025/0.02522 x100=99.110 出口液体氩含量 xAr=yAr/ KAr=0.03864/72.725 x100=0.053出口液体氢含量 xH2=yH2/ KH2=0.61875/133.32 x

17、100=0.464出口液体氮含量 xN2=yN2/ KN2=0.20625/93.966 x100=0.149冷交换器出口液体组分含量（）99.1100.1490.0530.4641.3.6液氨贮槽气液平衡计算：由于氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合后进入液氨贮槽经减压后溶解在液氨中的气体会解吸，即弛放气;两种液体百分比估算值，即水冷后分离液氨占总量的白分数.G=（1+y5NH3）x（y8NH3-yNH3分）/（ y8NH3- y5NH3）x（1- yNH3分）=（1+0.025）x（0.165-0.13741）/ （0.165-0.025） x（1-0.13741）x100=23.418

18、水冷后分离液氨占总量的23.418冷交，氨冷后分离液氨占总量的76.582.液氨贮槽入口1Kmol液体计算为准，即L0=1Kmol，入口液体混合后组分含量：m（0i）=L（15）xX15i+L16xX16i= Gx L0x X15i+（1- G）xX16i=0.23418x X15i+0.76582 X16i混合后入口氨含量：m0NH3=0.23418x0.9848+0.76582x0.9911=0.98962混合后入口甲烷含量:m0CH4=0.23418x0.0057+0.76582x0.00149=0.002476混合后入口氩含量:m0Ar= 0.23418x0.0070+0.76582x0.00053=0.00057混合后入口氢含量：m0H2=0.23418x0.0064+0.76582x0.00464=0.005052混合后入口氮含量：m0N2=0.23418x0.0024+0.76582x0.00224=0.002277液氨贮槽入口液体含量m0NH3m0CH4m0Arm0H2m0N20.989620.0024760.000570.0050520.0022771.0000当热t=17平衡计算得，平衡常数P=1.568MPa0.59817054057