20萬噸合成氨工廠畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 KRES 的殼側,剩余的原料氣和蒸汽進入 KRES 的管側。當混合氣沿管子向下流時與傳統的蒸汽轉化催化劑接觸，蒸汽轉化所需的熱由殼側氣體提供，殼側氣體是 ATR 流出物和 KRES 管側流出物的混合物，KRES 管測出口溫度為870℃，混合物的溫度為 925℃。KRES 流出物溫度為 645℃，經蒸汽發生器冷卻到370℃后流到高、低變爐。出口氣經冷卻送到二氧化碳脫除工藝，二氧化碳可以用已經商業化的工藝除去。進一步的凈化包括甲烷化、急冷和干燥。深冷凈化器對粗合成氣進行最后的凈化，它由三個簡單的部分組成:進出口換熱器、低速膨脹機及頂部有冷凝器的精餾塔。粗合成氣體進入凈化器后首先在原料/流出物換熱器的頂部與凈化氣及凈化器廢氣換熱被冷卻，然后流過膨脹機,膨脹機移去熱量以提供深冷裝置所需要的冷量。膨脹機流出物在換熱器底部進一步冷卻并部分冷凝后進入精餾塔。進入精餾塔的全部甲烷、約 60%的氬和多余的氮都作為廢物除去。部分精餾塔底部的液體減壓蒸發，先通過精餾塔頂部冷凝器殼側使塔形成回流然后與凈化器進氣換熱，預熱后作為再生合成氣干燥器的廢氣，這廢氣最后作為工藝加熱器的燃料。合成氣也由凈化器進氣預熱。經過凈化的氣體壓縮到合成回路的壓力 ，進入內冷、熱壁、徑向合成塔進行反應，合成塔的第 1 床用傳統的催化劑，其余三床用釕催化劑。合成塔出口氣的熱量回收產高壓蒸汽，熱回收后的氣體中的氨使用組合式換熱器和冰機冷凝成為氨產品。因補充氣中惰性氣體的含量較低，合成回路的弛放氣量較少，除去氨后的弛放氣與干燥器的進氣混合進入工藝系統，因此不需要單獨的弛放氣回收裝置。凈化器的廢氣是前端過量的氮、氬、甲烷及合成回路弛放氣的最終弛放點。陜西科技大學畢業設計 104 合成工段的工藝計算及設備選型 合成工段設計要求年工作日：330 天；系統工作壓力：練氣組成（％）：H 2 ，N 2 ，合成塔進氣（％）：NH 3 ，Ar 16合成塔出氣（%）：NH 3 21 合成工段物料衡算圖1——新鮮氣；14——弛放氣；16，17，19——液氨；其余各點為循環氣年產 20 萬噸合成氨工廠工藝設計 11 合成工段的工藝計算 物料衡算（1）合成塔計算① 合成塔入口氣組成：入塔氨含量： =％；36NHy入塔氫含量： =()x100％=％；2入塔氬含量： =16％；6Ary入塔氮含量： =()x100％=％。2N表 41 入塔氣組分含量（％）NH3 Ar H2 N2 小計 ② 合成塔出氣組成：以 1000kmol 入塔氣作為基準求出塔氣組分由下式計算塔內生成氨含量： 33367NH6NH(y)1()???????出塔氣量=入塔氣量 —生成氨含量==出塔氨含量： =％37NHy出塔氬含量： 陜西科技大學畢業設計 12=1/16%=%67ArArNy??出塔氫含量： 2326HN77y10%???=（）/100%=%出塔氮含量： 28Ny()%?????表 42 出塔氣體組分含量（％）NH3 Ar H2 N2 小計 ③ 合成率： 3NH66210%(1y)Ar???合 成 率=［1()］x100％=％（2） 氨分離器氣液平衡計算設氨分離器進口氣液混合物 F，進口物料組分 m（i） ；分離氣相組分 y（i ） ，氣量V；分離液相組分 x（i） ，液量 L；其中進口物料組分 m（i ）等于合成塔出口氣體組分，根據氣液平衡原理，以 1Kmol 進口物料為計算基準，即 F=1Kmol。由氣液平衡原理： （1）Fm(i)yiLx()mi??? （2）K=(i)年產 20 萬噸合成氨工廠工藝設計 13K（i）組分 i 平衡常數將（2）式代入（1）式得：m(i)V(i)1Lx?? （3）(i)=Li+K() （4）Li??液體組分 （5）Lix(i)=（ ） （6）1VF??氣體組分 （7）()()imiyV已知分離器入口混合物組分 m(i)表 43 入口混合物組分3NHmAr2Hm2N小計 查 t=20℃,P= 各組分平衡常數表 44 平衡常數KNH3 KAr KH2 KN2 設 代入(3) 式中計算各組分溶解液量()?33 ()NHNmL KmolVK??????.()ArAr lL陜西科技大學畢業設計 1422 ()HmLKmolVK????22 ..11704()N lL分離液體量 322NHArHNL??=+++=分離氣體量 ???計算氣液比 39。 .()39。V()%.24?????誤 差假定正確。分離液體組分含量液體中氨含量 %???液體中氬含量 液體中氫含量 年產 20 萬噸合成氨工廠工藝設計 %???液體中氮含量 氨分離器出口液體含量（%）表 45 氨分離器出口液體含量（%）NH3 Ar H2 N2 小計 分離氣體組分含量：氣體氨含量 333 %.4937NHmLyV????氣體氬含量 氣體氫含量 %?????氣體氮含量 氨分離器出口氣體含量（%）表 46 氨分離器出口氣體含量（%）NH3 Ar H2 N2 小計 （3） 液氨儲罐氣液平衡計算陜西科技大學畢業設計 16液氨儲罐入口液體含量（%）表 47 液氨儲罐入口液體含量（%）3NHmAr2Hm2N小計 查得 t=17℃ P= 平衡常數表 48 平衡常數KNH3 KAr KH2 KN2 540 575 620根據氣液平衡原理以液氨儲罐入口 1Kmol 液氨為計算基準設 代入上式得()?33 ()NHNmL KmolVK??????..210854()ArAr lL22 .()HmKmolVK????22 ()NL l出口液體總量 322NHArHNLL??m(i)L(i)=V1+K年產 20 萬噸合成氨工廠工藝設計 17=+++=放出氣體總量 ???計算氣液比 39。 .().309154L39。V().%.5?????誤 差液氨儲罐出口液體含量（%）表 49 液氨儲罐出口液體含量（%）NH3 Ar H2 N2 小計 放出氣體組分含量由式 計算iiMLyV??液氨儲罐出口氣體含量（%）410 液氨儲罐出口氣體含量（%）NH3 Ar H2 N2 小計 （4） 液氨儲罐物料計算以液氨儲罐出口一噸液氨為基準折標 計算3米液氨儲罐出口液體量 ().7???標其中:陜西科技大學畢業設計 18 3NH33 %()NNHLx???標 ..ArAr 標 222 ()Hx 標 2N22 %.mNL???標液氨儲罐出口氣體量 ..208()L????標其中: 3NH33 %()NNHVy 標 ..2ArAr???標 222 31818..()Hy標 2N22 %???標918LV?液 氨 儲 罐 出 口 總 物 料 =+ = 3()標由物料平衡 19817LV??()標則進口液體組分 3NH33 %()NNHLx???標 ..9ArAr 標年產 20 萬噸合成氨工廠工藝設計 19 2H22 %.86m()HLx???標 2N22 31717...1N 標（5） 合成系統物料衡算將整個合成系統看作一個系統,進入該系統的物料有新鮮補充氣體 ,離開該系統的物V補料有去深冷凈化裝置的回收氣 ,液氨儲罐弛放氣 ,產品液氨 。V回 V弛 L氨由前面計算數據列入下表表 411 衡算表名稱 NH3 Ar H2 N2 氣量 3m()標補充氣 V補回收氣 回弛放氣 液氨 入塔氣 V入出塔氣 出根據物料平衡和元素組分平衡求 ， ， ， 。V補 回 入 V出循環回路中氫平衡 （1）22332 2HNHNVyyyL???回 回 弛 弛 回 回 弛 弛補 補 氨循環回路中氮平衡 （2）22332 112NNHNHyVyVy回 回 弛 弛 回 回 弛 弛補 補 氨循環回路中惰性氣體平衡陜西科技大學畢業設計 20rrAVyVy??r回 回 弛 弛補 弛補 （3）846982回補循環回路中氨平衡 33 33NHNNNHVyVyL???入 入出 出 回 回 弛 弛 ???入出 回 （4）入出 回循環回路中總物料平衡 （5）??????入 出 回 弛 出 回補 氨 補將（1）式（2）式聯立 22322322()()()2HNHHNHHNyyyyyL??回 回 回 回 弛 弛 弛 弛補 補 補 ??回補 （6）.7回補將（3）式（6）式聯立求解= 3m()標代入（6）式得 = 3()標聯立（4）式和（5）???? ?? ?? ???? ?入出 回入 出 回 補將 ，