彭永波设计计算方案.doc

一 前言 本设计主要是在天华公司年产30万吨合成氨生产的相关数据基础上，进行年产75000吨合成氨合成工段工艺的设计，在合成氨工艺中主要设备进出口温度，压力等工艺参数的确定，热量的回收利用等操作对降低消耗，提高能效和经济效率极其重要。本设计就是围绕上述问题，进行本工段主要设备的进出口物料，热量的衡算以及设备的工艺计算和选型等，属于核算性设计。 1.1氨合成工艺流程 根据氨合成的工艺特点，工艺过程是采用循环流程。其中包括氨的合成、分离、氢氮原料气的压缩并补入循环系统未反应气体补压后循环利用、热量的回收以及排放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡等。重点是合理的确定循环压缩机、新鲜原料气的补入以及惰性气放空的位置、冷热交换器的安排和热回收的方式等。 采用柱塞式压缩机的氨合成系统，活塞环采用注油润滑。压缩后气体中央夹带油雾，新鲜气补入及循环压缩机的位置均不宜设置在合成塔之前。循环机宜尽量置于流程中气量较少、温度较低的部位，以降低功耗。一般设置在水冷与氨冷之间。而补充气宜补入水冷与氨冷之间的循环机滤油器中，以便在氨冷中利用液氨进一步脱出其中的水、油和微量二氧化碳。 惰气的放空显然应设在惰气含量高，氨含量较低的部位。氨分离冷凝的级数以及冷热交换的安排以节省冷量为原则。同时有利有利于回收合成反应热以降低系统能耗。 根据设计任务书题目《年产7.5万吨合成氨合成工段工艺设计》的要求，参考教科书及《氮肥工艺设计手册》，选取32MPa中压氨厂工艺流程。 图1.1 氨合成工艺流程图 1.2计算依据 ①产量：10.081T/H（7.5万吨/年） ②新鲜气成分： 成分 N2 H2 CH4 Ar 小计 组成（体积%） 24.82 74.46 0.53 0.19 100.00 ③合成塔入口氨含量：=3.00%（体），合成塔出口氨含量：=16.00%（体），合成塔入口惰气含量：+Ar=14.35%（体） ④合成塔操作压力：32MPa，循环机进出口压差：5MPa ⑤新鲜气温度：35℃ ⑥水冷器出口气体温度：35℃ ⑦以下各项在计算中忽略不计：氨合成塔触媒筐的温度分布的均匀程度；设备及管道造成的压力降；设备及管道的冷（热）量损失 ⑧溶解在液氨中的气体的量要求计算 ⑨计算基础：生产1吨液氨 ⑩年工作日：310天 二 氨合成系统的物料衡算 2.1衡算的主要内容 通过计算确定和生成的转化率及合成率，确定合成塔出口温度；对氨分离器、冷交换器、液氨槽进行气液平衡计算；对液氨槽、合成系统、合成塔、水冷器、氨冷器、冷交换器、氨冷器进行物料计算；对循环机、液氨槽、合成系统、合成塔、水冷器、氨冷器、冷交换器、氨冷器进行热量计算。 主要设备计算：废热锅炉设备工艺计算，热交换器设备工艺计算，水冷器设备工艺计算，冷交换器设备工艺计算，氨冷器设备工艺计算。通过计算确定设备热负荷和进、出口温度，换热器尺寸大小等。 最后通过计算选出能满足实际生产要求的主要设备类型和工艺操作条件及参数。 2.2计算物料点流程示意图 图2.1 氨合成工序物料流程示意图 1、2、4、5—精炼气；3、6、7、8、9、10、11、12、15、16、17—合成气； 14—放空气；13、18、19、20—液氨；21—弛放气 2.3物料计算 2.3.1合成塔入口气组分 根据计算依据： 入塔氨含量 入塔甲烷含量 入塔氩含量 入塔氢含量 入塔氮含量 入塔气体组分含量（%） NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 3.00 10.563 3.787 61.988 20.662 100.00 2.3.2合成塔出口气组分 以1000kmol入塔气为计算基准求出塔气组分 由下式计算塔内生成氨含量 出塔气量=入塔气量-生成氨含量 =1000-112.069 =887.931kmol 出塔氨含量 出塔甲烷含量 =11.896% 出塔氩含量 出塔氢含量 出塔氮含量 出塔气组分含量（%） NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 16.00 11.896 4.265 50.879 16.960 100.00 2.3.3合成率 合成率 2.3.4氨分离器气液平衡计算 设氨分离器进口气液混合物F，进口物料组分m(i)，分离气相组分y(i)，气量V，分离液相组分x(i)，液量L，其中进口物料组分m(i)等于合成塔出口气体组分。根据气液平衡原理，以1km