精品论文]年产三万吨双极氨冷式合成氨工艺流程设计

精品论文]年产三万吨双极氨冷式合成氨工艺流程设计内容摘要：

冷却后出水冷器，进入氨分离器，部分液氨被分离出来，气体出氨分离器，进入透平循环机入口，经加压后进入循环气滤油器出来后进入冷交换器热气进口。 在冷交换器管内被管间的冷气体换热，冷却后出冷交换器与压缩送来经过新鲜气滤油器的新鲜气氢气、氮气会合进入氨冷器，被液氨蒸发冷凝到 5～ 10℃，被冷凝的气体 再次进入冷交，在冷交下部气液分离，液氨送往氨库气体与热气体换热后再次出塔，进入合成塔再次循环 [2]。 图 31 工艺流程图 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 4 工艺计算 原始条件 （ 1）年产量 300kt，年生产时间扣除检修时间后按 330 天计，则产量为： 30000/(330*24)=（ 2）新鲜补充气组成 表 41 新鲜补充气组成 组分 H2 N2 CH4 总计 含量（ %） 100 体积（ m3/1万吨） 3 1 28892130 kmol/1万吨 8 （ 3）合成塔入口中氨含量： NH3入 =% （ 4）合成塔出口中氨含量： NH3出 =% （ 5）合成塔入口惰性气体含量： CH4 +Ar=17% （ 6）合成塔操作压力： 32Mpa （ 7）精练气温度： 35℃ .—— 精炼气 .—— 合成气； 13—— 放空气 20—— 弛放气 —— 液氨 图 41 计算物料点流程 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 物料衡算 合成塔物料衡算 （ 1）合成塔入口气组分： 入塔氨含量 : y5NH3=％。 入塔甲烷含量： y5CH4=％； 入塔氢含量： y5H2=［ 100（ +17）］ 3/4 100％ =％； 入塔氮含量： y5N2=［ 100（ +17）］ 1/4 100％ =％ 表 42 入塔气组分含量（％） NH3 CH4 H2 N2 小计 17 100 （ 2）合成塔出口气组分： 以 1000kmol 入塔气作为基准求出塔气组分， 出塔氨含量： y8NH3=％ 由下式计算塔内生成氨含量： MNH3=M5(y8NH3y5NH3)/(1+y8NH3)=1000 ( )/(1+)= 出塔气量 : M8=(MNH3+1000y5NH3)/y8NH3=(+1000 )/= 出塔甲烷含量： y8CH4=(M5/M8) y5CH4=(1000/) 17％ =％ 出塔氢含量： y8H2=3/4(1y8NH3y8CH4) 100％ =3/4() 100％ =％ 出塔氮含量： y8N2=1/4() 100％ =％ 表 43 出塔气体组分含量（％） NH3 CH4 H2 N2 小计 100 （ 3）合成率： 合成率 =2MNH3/［ M5(1y5NH3y5CH4)］ 100％ =2 ［ 1000 ()］ 100％=％ 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 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） ,分离气象组分 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 1kmol进口物料为计算基准，即 F=1kmol。 表 44 已知氨分离器入口混合物组分 m(i) NH3 CH4 H2 N2 小计 查 t=35℃， P= 时各组分平衡常数： 表 45 各组分平衡常数 KNH3 KCH4 KH2 KN2 设（ V/L） = 时，带入 L (i)=m(i)/［ 1+(V/L) K(i)］ =L(i): LNH3=mNH3/［ 1+(V/L) KNH3］ =(1+ )= kmol LCH4= mCH4/［ 1+(V/L) KCH4］ =(1+ )= kmol LH2=mH2/［ 1+(V/L) KH2］ =(1+ )= kmol LH2=mN2/［ 1+(V/L) KN2］ =(1+ )= kmol L 总 = LNH3+ LCH4 + LH2+ LN2=+++= kmol 分离气体量： V=1L== kmol 计算气液比：（ V/L） ＇ = 误差［（ V/L） （ V/L）＇］ /（ V/L） =（ ） / 100％ =0. 006％，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= 100％ =％ 液体中甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％ =％ 液体中氢含量 : xH2=LH2/L= 100％ =％ 液体中氮含量： xN2=LH2/L= 100％ =％ 表 46 氨分离器出口液体含量（ %） NH3 CH4 H2 N2 小计 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 分离气体组分含量： 气体氨含量 : yNH3=(mNH3LNH3)/V=（ ） /=% 气体甲烷含量： yCH4=(mCH4LCH4)/V=（ ） /= % 气体氢含量： yH2=(mH2LH2)/V=（ ） /=％ 气体氮含量： yN2=(mN2LN2)/V=（ ） /=％ 表 47 氨分离器出口气体含量（％） NH3 CH4 H2 N2 小计 冷交换器气液平衡计算 根据气液平衡原理 x(i)=y(i)+K(i),由于冷交换器第二次出口气体含量等于合成塔进口气体含量，由合成塔入口气体含量和操作条件下的分离温度可查出K（ i），便可解出 x（ i）。 查 t=15℃ ,p= 的平衡常数： 表 48 各组分的平衡常数 KNH3 KCH4 KH2 KN2 27 75 80 冷交换器出口液体组分含量： 出口液体氨含量： xNH3=yNH3/KNH3=％ 出口液体甲烷含量： xCH4=yCH4/KCH4=％ 出口液体氢含量 : xH2=yH2/KH2==％ 出口液体氮含量 : xN2=yN2/KN2=％ 表 49 冷交换器出口液体组分含量（％） NH3 CH4 H2 N2 小计 液氨贮槽气液平衡计算 由于氨分离器出口分离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百分数。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 G％ =（ 1+y5NH3） ( )/(( y8NH3 y5NH3) (1 )) =[(1+）（ ） ]/ [（ ）（ ） ] =％ 水冷后分离液氨占总量的 ％冷交，氨冷后分离 液氨占总量的 ％。 以液氨贮槽入口 1kmol 液体计算为准，即 L0=1kmol，入口液体混合后组分含量： m0i=L15X15i+L16X16i= G％ L0X15i+(1 G％ )X16i=+ 混合后入口氨含量： m0NH3= + = 混合后入口甲烷含量 : m0CH4= + = 混合后入口氢含量： m0H2= + = 混合后入口氮含量： m0N2= + = 表 410 液氨贮槽入口液体含量（ %） m0NH3 m0CH4 m0H2 m0N2 小计 100 当 t=17℃， P= 时，计算得热平衡常数： 表 411 各组分的平衡常数 KNH3 KCH4 KH2 KN2 170 575 620 根据气液平衡 Li=m0i/[1+(V/L)ki],设 (V/L)=,代入上式得 : 出口液体氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L) KNH3] =(1+)= kmol 出口液体甲烷含量： LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L) KCH4] =(1+170)= kmol 出口液体氢气含量： LH2=m0H2/[ 1+(V/L) KH2]=(1+575)= kmol 出口液体氮气含量： LN2=m0N2/[ 1+(V/L) KN2] =(1+620)= kmol L(总 )=+++= kmol； V== kmol, (V/L)’ =V/L= 误差 =()/ 100％ =%，参数设定符 合，则 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 出口液体各组分含量如下： 出口液体氨含量： xNH3=LNH3/L= 100％ =％ 出口液体甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％ =％ 出口液体氢气含量： xH2=LH2/L= 100％ =％ 出口液体氮气含量： xN2=LN2/L= 100％ =％ 表 412 液氨贮槽出口液氨组分（％） NH3 CH4 H2 N2 小计 出口弛放气各组分含量： 弛放气氨含量： yNH3=(m0NH3LNH3)/V=()/ 100％ =％ 弛放气甲烷含量： yCH4=(m0CH4LCH4)/V=()/ 100％ =％ 弛放气氢含量： yH2=(m0H2LH2)/V=()/ 100％ =％ 弛放气氮气含量： yN2=(m0N2LN2)/V=()/ 100％ =％ 表 413 出口弛放气组分含量（％） NH3 CH4 H2 N2 小计 100 以液氨贮槽出口 10000 吨纯液氨为基准折标立方米计算液氨贮槽出口液体量 L19=28892130 ( 17)= =14271521kmol 其中 NH3 L19NH3=L19 X19NH3= 14271521 ﹪ = m３= CH4 L19CH4=L19CH4 X19CH4= ﹪ = = H2 L19H2=L19 X19H2= ﹪ = = 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 N2 L19N2=L19 X19N2= ﹪ == 液氨贮槽出口弛放气（ V/L） = V20= L19= = = 其中 NH3 V20NH3=V20 y20NH3= = = CH4 V20CH4=V20 y20CH4= = = H2 V20H2=V20 y20H2= = m３ = N2 V20N2=V2 y20N2= = = 液氨贮槽出口总物料 =L19+ V20=+= m３ 液氨贮槽进口液体：由物料平衡，入槽总物料 =出槽总物料 L21=L19+V20= = 入口液体各组分含量计算 :L21i= L19i + V20i 其中 NH3 L21NH3=+= m３ = CH4 L21CH4=+= m３ = H2 L21H2= += = N2 L21N2=+= = 入口液体中组分含量核算 ,由 m180。 0i=L21(i)/L21: 入口液体中氨含量 m180。 0(NH3） = 100﹪ =﹪ 入口液体中甲烷含量 m180。 0(CH4)= 100﹪ =﹪ 入口液体中氢气含量 m180。 0(H2)= / 100﹪ =% 入口液体中氮气含量 m180。 0(N2)= / 100﹪ =% 入口液体中组分含量 m180。 0（ i)≈ m0（ i) 合成系统物料计算 将整个合成看着一个系统，进入该系统的物料有新鲜补充气补 V 补 ，离开该系统的物料有放空气 V 放 ，液氨贮槽弛放气 V 弛 ，产品液氨 L 氨。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 由前计算数据如下表： 图 42 系统示意图 表 414 各组分的含量 名称 NH3 CH4 H2 N2 气量 补充气 866763900 放空气 V 放 弛放气 液氨 入塔气 V 入 出塔气 V 出 根据物料平衡和元素组分平衡求 V 补 ,V 放 ,V 入 ,V 出 ： 循环回路中总物料体平衡 : V 入 =V 出 + V 补 V 放 V 弛 LNH3 ┉┉┉┉┉┉① =。