20万吨合成氨工厂毕业设计.doc

I 年产 20 万吨合成氨厂工艺设计 摘 要 氨的工业生产主要是利用氮气和氢气通过催化剂的催化而得到。本设计是年产 20 万吨合成氨厂的工艺设计，但由于合成氨的整个生产工艺较长，细节问题较多，鉴于 设计时间的紧迫，本设计主要对合成氨的主要工段合成工段进行了工艺计算、设 备选型，并绘制了全厂平面布置图、合成氨工艺流程示意图、合成工段带控制点工艺 流程图、合成工段物料流程图、合成车间的立面图和平面图。 关键词：氨，催化剂，工艺，图 II Ammonia Plant Process of The Technological Design of 200,000 t Ammonia Per Year ABSTRACT The industrial production of ammonia is used mainly nitrogen and hydrogen through the catalyst to be obtained. The design of the annual output of 200,000 tons of synthetic ammonia plant process design, but because of the ammonia production process is longer, more details, in view of the urgency of the design time. The main design of the main section of ammonia- synthesis section of the technology, equipment selection, and the mapping of the entire plant layout map Ammonia Process Chart, Synthesis Process control point with the process flow chart Synthesis Process flowchart materials, synthetic workshop elevation and floor plans. KEY WORDS: ammonia ，catalyst ，technology ，chart III 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 工程设计背景与发展状况.1 1.1 工程设计的背景 1 1.2 我国合成氨产业概况 1 1.3 我国合成氨需求现状及设计规模 1 2 工程设计条件与总平面布置.3 2.1 工程设计条件 3 2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件3 2.1.2 公用工程概述3 2.1.3 劳动力资源条件3 2.2 总平面布置 3 2.2.1 总平面布置的基本原则3 2.2.2 总平面布置概述4 3 化工工艺设计.7 3.1 车间组成概述 7 3.2 车间生产综合叙述 7 3.2.1 合成工段的概况及特点7 3.2.2 工作制度7 3.2.3 产品的主要技术规格及标准8 3.2.4 工艺流程叙述8 4 合成工段的工艺计算及设备选型.10 4.1 合成工段设计要求 10 4.2 合成工段物料衡算图 10 4.3.1 物料衡算11 4.3.2 热量衡算24 4.3.3 主要设备的计算31 4.3.4 主要设备型号一览表45 5 安全生产及环境保护.46 5.1 环境保护与综合利用 46 IV 5.2 劳动安全卫生 46 致 谢.48 参考文献.49 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计1 1 工程设计背景与发展状况 1.1 工程设计的背景 合成氨是化学工业中的一种重要的基础原料。它主要用于制造氮肥和复合肥料， 氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的 12。硝酸、各种含氮的无机盐及 有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料；液氨 常用作制冷剂。我国是一个农业大国，对于氨的需求是一直呈上升趋势。目前我国合 成氨工业主要朝着降低能耗、降低投资、改善环保条件、开发新原料和装置的超大型 化发展。合成氨以天然气为原料的工业生产以二段蒸气转化法为主，该法具有技术成 熟、能耗低等优点。 1.2 我国合成氨产业概况 我国合成氨工业于 20 世纪 30 年代起步，最高年产量只有 5 万吨。近些年来我国 对化肥工业的重视，使合成氨工业有了较快的发展，1982 年达到 1021.9 万吨，成为世 界产量最高的国家之一。但与国外相比，合成氨工业存在着生产规模不合理、品种结 构不合理和生产所用的原料结构不合理等问题。 1.3 我国合成氨需求现状及设计规模 我国合成氨主要是作为中间产品加工成尿素、硝铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、 磷酸一铵、磷酸二铵和硝酸磷肥等化学肥料；此外合成氨还大量用以生产硝酸、纯碱、 丙烯腈、己内酰胺和甲胺等化工产品。随着这些化工产品需求的快速增长，工业用氨 的消费比例不断增长，其增长速度高于化学肥料对合成氨需求的增速。下表就是近年 来我国合成氨消费增长和供求情况： 陕西科技大学毕业设计 2 表 1-1 我国合成氨消费增长和供求情况 万 t 年份产量进口量出口量表观消费量 19952764.750.020.022764.75 20003363.700.000.003363.70 20044222.206.290.004228.49 年均增长率/%4.8289.450.004.83 从上表可以看出，我国对合成氨的需求一直稳定增长，针对我过合成氨产业的现 状，在我国建立大型的合成氨厂是很有必要也是很有前途的；因此，设计的合成氨厂 的规模定为年产 20 万吨合成氨。 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计3 2 工程设计条件与总平面布置 2.1 工程设计条件 2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件 本设计中主要原料是天然气，而厂址将选在天然气丰富的四川地区，因此原料的 来源将是极为方便。 2.1.2 公用工程概述 厂址选在四川某市的郊区，有可靠的供电网，输、供电系统，附近有铁路、国道， 交通便利，另外在不远处有着一条河流，解决了水的难题。 2.1.3 劳动力资源条件 厂区所在的市内有着数所高等院校，人力资源丰富。 2.2 总平面布置 2.2.1 总平面布置的基本原则 （1） 总平面布置首先必须满足生产要求，以最大限度的保证生产作业线的连接、短 捷、方便，从原料进厂到成品出厂，整个流程必须符合生产工艺要求，力求做到流程 线路畅通、连续、短捷、避免交叉进行 ，使各种物料的输送距离为最小。同时，应将 水电汽等公用工程耗量大的车间，尽量集中布置，以形成负荷中心与供应来源靠近， 使各种公用系统介质的工程管线减少和输送距离最短，达到节约能源。 陕西科技大学毕业设计 4 （2） 要能够充分结合场地优势、地位、地貌等有利条件，因地制宜，紧凑布置，节 约土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。 （3） 大多数厂房，特别是主要生产车间的布置，应考虑到日照方位和主导风向，保 证自然通风，厂前区和防污染的车间放在上风向，产生粉尘、烟、热等的车间及易燃 库布置在下风向。 （4） 各车间之间注意满足防火、卫生等国家安全规定，各种厂房按性质分区集中。 对易燃易爆的各类储罐和有危险性的库房（油库、危险品库） ，应力求远离火源和人员 往来集中地，一般应布置在厂区边缘，主导风向的下风向以及地势较低的地段。 （5） 人流、物流各行其道，路线短捷，避免交叉。 （6） 综合管线统筹安排，防止干扰，力求管线短，拐弯少。 （7） 近期建设和远期发展相结合，主要生产车间留有适当的发展余地，轻化工工厂 变化较快，综合利用较广，加工深度较深，大多数工艺流程更新快，这要求在设计实 现留有较大的预留地，以满足工厂发展变化的需要。 （8） 为保证平面图具有建筑艺术性，厂房形状要规则简单，使道路径直，厂房中心 线保持垂直或平行。 （9） 采取各种措施，提高建筑系数和场地利用稀疏。建筑系数一般为 25%40%， 场地利用系数一般为 50%60%，这是总平面设计的主要技术经济指标。 2.2.2 总平面布置概述 （1） 生产区布置：由于合成氨的生产不适合于室内生产，因此全部是露天式生产， 各工段按流程的顺序建设，本设计中呈 U 型。 （2） 辅助车间布置：以生产车间为中心，根据总平面布置原则，综合各种因素对各 个辅助车间布置如下： A 维修车间：远离厂区前，降低噪音污染，在主力生产车间附近，便于设备维修。 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计5 B 锅炉房：布置在用蒸汽较多的地方，且是主导风向的下风向。 C 变配电站：靠近电力负荷中心，缩短了电线路线，减少了投资，且在水处理车 间的上风向，煤堆场的平行风向。 D 水处理车间：靠近负荷中心，处理每日生产车间所需的工业用水，并提供部分 生活用水。 （3） 运输设备布置：车库油库均布置在主干道边缘，道路设计为主力干道，宽 10 米， 行道每边各 1 米，车间引道 4 米，这样有利于消防和道路的改造。 （4） 堆场和仓库：布置在主导风向的下风向，置于厂区边缘，靠近主生产车间，且 位于主力干道边缘。这样有利于原料或产品的进厂和出厂，且有利于火灾发生时，消 防车的顺利到达出事地点。 （5） 行政管理机构和福利区：办公楼位于厂前区且位于主导风向的上风向。 （6） 绿化和美化区：本厂的绿化包括生产区福利区的绿化带。既有专门的绿化区， 也有环绕厂房及其他建筑物的绿化带。绿化带以草坪为主，路旁加种树木。这样，可 使场区空气得以净化，噪音减小，美化和改善了环境的卫生条件，使本厂的小环境小 气候得以明显改善。注：为了不妨碍管道的布置及消防的要求，各生产工段的周围不 设绿化带。 综上所述，平面布置有以下几个特点： A 厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应。原料半成品和成品形成整个顺序， 尽量保证流水作业，避免逆行和交叉； B 锅炉房水泵房配电站等辅助车间尽量靠近其主要部门，以缩短期间距离，节省 投资； 陕西科技大学毕业设计 6 C 由前区到生产区主要干道，应避免与主要运输道路交叉； D 尽量使大多数厂房向阳背风避免瓦斯等，尽可能使各厂区有条件采用自然采光 和自然通风等； E 按防火规范的要求，保证建筑物之间的距离，符合规定； F 根据卫生规范的要求，保证厂区内卫生符合规定； G 根据环境发展的要求，生产区设在有废渣处理系统废水处理系统废气处理系统 等设施 ； H 考虑工厂今后的发展，在厂区留有建筑余地； I 尽量做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间行政楼和道路的安排。 另外 ，总平面布置图右上方绘有风向玫瑰图，下方绘有明细表等。 本图采用 1：500 的比例。 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计7 3 化工工艺设计 3.1 车间组成概述 本设计中合成氨的生产由转化、变换、净化、合成四个工段组成，由于合成氨的 生产不适合室内生产，因此生产在露天进行。 3.2 车间生产综合叙述 3.2.1 合成工段的概况及特点 合成工段的主要任务是将精制的合成气通过压缩机压缩到所需的压力进入合成塔 内进行催化反应生成产品氨。在合成工段起决定作用的是催化剂，催化剂的选择将决 定整个合成工段设计。目前国内大多数采用的是铁系催化剂，虽说这种催化剂的研究 已达到了国际的领先水平，但仍不能使合成氨的生产真正的做到“低温、低压”下生产； 因此，本设计中所采用的催化剂为钌系催化剂。钌系催化剂是近年来合成氨催化剂历 史上的一个突破，可以说是真正做到了“低温、低压”。另外，钌系催化剂的活性也比 铁系催化剂有了很大的提高。虽说钌系催化剂的成本要比铁系催化剂要高很多，但从 长远考虑，还是选择钌系催化剂。 3.2.2 工作制度 法定假日和星期假日采用轮换倒班制度，连续工作制(四班三运转)： 工作日=365设备维修日 陕西科技大学毕业设计 8 =36535 =330(天) 3.2.3 产品的主要技术规格及标准 表 3-1 液氨产品技术规格 规格序 号 名称 等级组分含量 国家标准备注 氨99.8 1液氨一级品 水和油0.2 GB356-65 氨99.5 2液氨二级品 水和油0.5 GB356-65 表 3-2 氨水产品技术规格 规格 序号名称 等级组分含量 标准备注 一级品氨20 二级品氨181 农业用 氨水 三级品氨15 部标 HGI-88-64 氨25 一级品 残渣0.3 氨20 二级品 残渣0.3 氨20 2 工业用 氨水 三级品 残渣0.5 部标 HGI-88-64 3.2.4 工艺流程叙述 原料气（天然气）经预热、脱硫后，分成两股，它们与蒸汽混合、再预热后分别 送到转化换热器（KRES）和绝热自热式转化炉（ATR） 。压缩空气与部分混合气一起 导入 ATR 进口专门设计的混合区。本流程使用过量的空气，然后将过量的氮排出， 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计9 这就不需要氧气或富氧空气,过量空气的量根据最终优化确定,约为化学计量的(4060)% 。一部分烃类在自热式转化炉中燃烧,释放的热供 KRES 装置中剩余的烃类蒸汽转化的 需要。 965的 ATR 流出物进入 KRES 的壳侧,剩余的原料气和蒸汽进入 KRES 的管侧。当混 合气沿管子向下流时与传统的蒸汽转化催化剂接触，蒸汽转化所需的热由壳侧气体提 供，壳侧气体是 ATR 流出物和 KRES 管侧流出物的混合物，KRES 管测出口温度为 870，混合物的温度为 925。KRES 流出物温度为 645，经蒸汽发生器冷却到 370后流到高、低变炉。出口气经冷却送到二氧化碳脱除工艺，二氧化碳可以用已经 商业化的工艺除去。进一步的净化包括甲烷化、急冷和干燥。深冷净化器对粗合成气 进行最后的净化，它由三个简单的部分组成:进出口换热器、低速膨胀机及顶部有冷凝 器的精馏塔。粗合成气体进入净化器后首先在原料/流出物换热器的顶部与净化气及净 化器废气换热被冷却，然后流过膨胀机,膨胀机移去热量以提供深冷装置所需要的冷量。 膨胀机流出物在换热器底部进一步冷却并部分冷凝后进入精馏塔。进入精馏塔的全部 甲烷、约 60%的氩和多余的氮都作为废物除去。部分精馏塔底部的液体减压蒸发，先 通过精馏塔顶部冷凝器壳侧使塔形成回流然后与净化器进气换热，预热后作为再生合 成气干燥器的废气，这废气最后作为工艺加热器的燃料。合成气也由净化器进气预热。 经过净化的气体压缩到合成回路的压力 9.4MPa，进入内冷、热壁、径向合成塔进行反 应，合成塔的第 1 床用传统的催化剂，其余三床用钌催化剂。合成塔出口气的热量回 收产高压蒸汽，热回收后的气体中的氨使用组合式换热器和冰机冷凝成为氨产品。因 补充气中惰性气体的含量较低，合成回路的弛放气量较少，除去氨后的弛放气与干燥 器的进气混合进入工艺系统，因此不需要单独的弛放气回收装置。净化器的废气是前 端过量的氮、氩、甲烷及合成回路弛放气的最终弛放点。 陕西科技大学毕业设计 10 4 合成工段的工艺计算及设备选型 4.1 合成工段设计要求 年工作日：330 天； 系统工作压力：9.4MPa 练气组成（）：H2 74.812，N2 24.938，Ar0.25 合成塔进气（）：NH3 2.5，Ar 16 合成塔出气（%）：NH3 21 4.2 合成工段物料衡算图 1新鲜气；14弛放气；16，17，19液氨；其余各点为循环气 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计11 4.3 合成工段的工艺计算 4.3.1 物料衡算 （1）合成塔计算 合成塔入口气组成： 入塔氨含量： =2.500； 3 6NH y 入塔氢含量： =2.5/3.5(1-0.025-0.16)x100=58.214； 2 H y 入塔氩含量： =16； 6Ar y 入塔氮含量：=(1-0.025-0.16-0.58214)x100=23.286。 2 N y 表 4-1 入塔气组分含量（） NH3ArH2N2小计 2.50016.00058.21423.286100.000 合成塔出气组成： 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： 33 3 3 67NH6NH NH 7NH N (yy) 1(0.210.025) N0.15289Kmol 1y10.21 出塔气量=入塔气量生成氨含量=1-0.15289=0.84711Kmol 出塔氨含量： =21.000 3 7NH y 出塔氩含量： 陕西科技大学毕业设计 12 =1/0.8471116%=18.888% 6 7Ar6Ar 7 N yy N 出塔氢含量： 23 2 66HNH 7H 7 3 N yN 2 y100% N =（0.58214-3/20.15289）/0.84711100% =41.648% 出塔氮含量： 2 8N y(10.210.188880.41648) 100%18.464% 表 4-2 出塔气体组分含量（） NH3ArH2N2小计 21.00018.88841.64818.464100.000 合成率： 3 3 NH 66NH6 2N 100% N (1y) Ar y 合成率 =2x0.15289/1(1-0.16-0.025)x100 =37.519 （2） 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 1Kmol 进口物料为计算基准，即 F=1Kmol。 由气液平衡原理： （1）Fm(i)Vy(i)Lx(i)m(i) （2） y(i) K(i)= x(i) 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计13 K（i）-组分 i 平衡常数 将（2）式代入（1）式得： m(i)V ()K(i) 1 Lx(i)L （3） m(i) Lx(i)=L(i) V 1+()K(i) L （4）LL(i) 液体组分 （5） Li x(i)= L （） （6）1VFLL 气体组分 （7） ( )( )( ) ( ) V im iL i y i VV 已知分离器入口混合物组分 m(i) 表 4-3 入口混合物组分 3 NH m Ar m 2 H m 2 N m 小计 0.210000.188880.416480.184641.00000 查 t=-20,P=8.96MPa 各组分平衡常数 表 4-4 平衡常数 KNH3KArKH2KN2 0.035200.000240.000270.000 设代入(3)式中计算各组分溶解液量()4.500 V L 3 3 3 0.21 0.18143 1 0.035 4.5 1 () NH NH NH m LKmol V K L 0.18888 0.00021 1200 4.5 1 () Ar Ar Ar m LKmol V K L 陕西科技大学毕业设计 14 2 2 2 0.41648 0.00039 1240 4.5 1 () H H H m LKmol V K L 2 2 2 0.18464 0.00015 1270 4.5 1 () N N N m LKmol V K L 分离液体量 322 NHArHN LLLLL =0.18143+0.00021+0.00039+0.00015 =0.18218Kmol 分离气体量 11 0.182180.81782VLKmol 计算气液比 0.81782 ()()4.489 0.18218 VV LL VV ()() 4.5004.489 LL 100%0.244% V 4.500 () L 误差 假定正确。 分离液体组分含量 液体中氨含量 3 3 0.18143 100%99.588% 0.18218 NH NH L x L 液体中氩含量 0.00021 100%0.115% 0.18218 Ar Ar L x L 液体中氢含量 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计15 2 2 0.00039 100%0.214% 0.18218 H H L x L 液体中氮含量 2 2 0.00015 100%0.083% 0.18218 N N L x L 氨分离器出口液体含量（%） 表 4-5 氨分离器出口液体含量（%） NH3ArH2N2小计 99.5880.1150.2140.083100.000 分离气体组分含量： 气体氨含量 33 3 0.21 0.18143 100%3.493% 0.81782 NHNH NH mL y V 气体氩含量 0.188880.00021 100%23.070% 0.81782 ArAr Ar mL y V 气体氢含量 22 2 0.416480.00039 100%50.878% 0.81782 HH H mL y V 气体氮含量 22 2 0.184640.00015 100%22.559% 0.81782 NN N mL y V 氨分离器出口气体含量（%） 表 4-6 氨分离器出口气体含量（%） NH3ArH2N2小计 3.49323.07050.87822.559100.000 （3） 液氨储罐气液平衡计算 陕西科技大学毕业设计 16 液氨储罐入口液体含量（%） 表 4-7 液氨储罐入口液体含量（%） 3 NH m Ar m 2 H m 2 N m 小计 99.5880.1150.2140.083100.000 查得 t=17 P=1.568MPa 平衡常数 表 4-8 平衡常数 KNH3KArKH2KN2 0.598540575620 根据气液平衡原理 以液氨储罐入口 1Kmol 液氨为计算基准 设代入上式得()0.0085 V L 3 3 3 0.99588 0.99084 1 0.0085 0.598 1 () NH NH NH m LKmol V K L 0.00115 0.00021 1 0.0085 540 1 () Ar Ar Ar m LKmol V K L 2 2 2 0.000214 0.00036 1 0.0085 575 1 () H H H m LKmol V K L 2 2 2 0.00083 0.00013 1 0.0085 620 1 () N N N m LKmol V K L 出口液体总量 322 NHArHN LLLLL m(i) L(i)= V 1+()K(i) L 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计17 =0.99084+0.00021+0.00036+0.00013 =0.99154Kmol 放出气体总量 11 0.991540.00846VLKmol 计算气液比 0.00846 ()()0.00853 0.99154 VV LL VV ()() 0.00850.00853 LL 100%0.353% V 0.0085 () L 误差 液氨储罐出口液体含量（%） 表 4-9 液氨储罐出口液体含量（%） NH3ArH2N2小计 99.9290.0210.0370.013100.000 放出气体组分含量由式计算 ii i ML y V 液氨储罐出口气体含量（%） 4-10 液氨储罐出口气体含量（%） NH3ArH2N2小计 59.57411.11121.0408.275100.000 （4） 液氨储罐物料计算 以液氨储罐出口一吨液氨为基准折标计算 3 米 液氨储罐出口液体量 3 19 1000 22.4 L1318.583m () 0.99929 17 标 其中: 陕西科技大学毕业设计 18 3 NH 33 3 191919 1318.583 99.929%1317.647m () NHNH LL x标 Ar 3 191919 1318.583 0.021%0.277m () ArAr LL x标 2 H 22 3 191919 1318.583 0.037%0.488m () HH LL x标 2 N 22 3 191919 1318.583 0.013%0.171m () NN LL x标 液氨储罐出口气体量 0.0085VL 3 1819 0.00850.0085 1318.58311.208m ()VL标 其中: 3 NH 33 3 181818 11.208 59.574%6.677m () NHNH VV y标 Ar 3 181818 11.208 11.111%1.245m () ArAr VV y标 2 H 22 3 181818 11.208 21.04%2.358m () HH VV y标 2 N 22 3 181818 11.208 8.275%0.928m () NN VV y标 1918 LV液氨储罐出口总物料 =1318.583+11.208 =1329.791 3 m ()标 由物料平衡 191817 LVL 3 17 1329.791m ()L标 则进口液体组分 3 NH 33 3 171717 1329.791 99.588%1324.312m () NHNH LL x标 Ar 3 171717 1329.791 0.115%1.529m () ArAr LL x标 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计19 2 H 22 3 171717 1329.791 0.214%2.846m () HH LL x标 2 N 22 3 171717 1329.791 0.083%1.104m () NN LL x标 （5） 合成系统物料衡算 将整个合成系统看作一个系统,进入该系统的物料有新鲜补充气体,离开该系统的物V补 料有去深冷净化装置的回收气,液氨储罐弛放气,产品液氨。V回V弛L氨 由前面计算数据列入下表 表 4-11 衡算表 名称NH3ArH2N2气量 3 m ()标 补充气-0.00250.748120.24938 V补 回收气0.158550.201170.443590.19669V回 弛放气0.595740.111110.210400.0827511.208 液氨0.999290.000210.000370.000131318.583 入塔气0.025000.160000.582140.23286V入 出塔气0.210000.188880.416480.18464V出 根据物料平衡和元素组分平衡求，。V补V回V入V出 循环回路中氢平衡 （1） 22332 33 22 HHNHNHH V yV yV yV yV yL 回回弛弛回回弛弛补补氨 循环回路中氮平衡 （2） 22332 111 222 NNNHNHN V yV yV yV yV yL 回回弛弛回回弛弛补补氨 循环回路中惰性气体平衡 陕西科技大学毕业设计 20 rr AA V yV yV y r 回回弛弛补A 补 0.00250.201170.11111VVV 回弛补 （3）80.468498.128VV 回补 循环回路中氨平衡 3333 NHNHNHNH V yV yV yV yL 入入出出回回弛弛氨 0.210.0250.1585511.208 0.59574 1318.583 0.99929VVV 入出回 （4）0.210.0250.158551324.324VVV 入出回 循环回路中总物料平衡 （5）1329.791VVVVVLVVV 入出回弛出回补氨补 将（1）式（2）式联立 22322322 ()(2)(2)2 HNNHHNNHHN VyyVyyyVyyyL 回回回回弛弛弛弛补补补氨 0.99750.957382651.933VV 回补 （6）0.959782658.579VV 回补 将（3）式（6）式联立求解 =27.173V回 3 m ()标 代入（6）式得 =2684.659V补 3 m ()标 联立（4）式和（5）式 0.210.0250.158551324.324 1329.791 VVV VVVV 入出回 入出回补 将，代入上式得V回V补 V0.119V6326.820 入出 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计21 VV1327.695 入出 解得： 3 V8688.439m () 入 标 3 V7360.744m () 出 标 合成塔物料计算: 入塔物料： 3 6 V8688.439m ()标 其中： 3 NH 3 3 6NH V8688.4392.5%217.211m ()标 Ar 3 6Ar V8688.439 16%1390.150m ()标 2 H 2 3 6H V8688.43958.214%5057.888m ()标 2 N 2 3 6N V8688.43923.286%2023.190m ()标 出塔物料： 3 7 V7360.744m ()标 其中： 3 NH 3 3 7NH V7360.74421%1545.756m ()标 Ar 3 7Ar V7360.744 18.888%1390.297m ()标 2 H 2 3 7H V7360.74441.648%3065.603m ()标 2 N 2 3 7N V7360.744 18.464%1359.088m ()标 合成塔生成氨含量： 333 3 NH7NH6NH VVV1545.756217.2111328.545m ()1008.271Kg标 （6） 物料计算汇总表 表 4-12 物料计算汇总 陕西科技大学毕业设计 22 （1）补充新鲜气 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH Ar0.2506.712170.4857.611 2 H74.8122008.44751014.5542277.435 2 N24.938669.50017005.300759.165 100.0002684.65968190.3393044.211 （2） （15）组合深冷器出口气体 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH3.493209.7125326.685237.798 Ar23.0701385.07235180.8291570.573 2 H50.8783054.60377586.9163463.702 2 N22.5591354.39334401.5821535.785 100.0006003.780152496.0126807.858 （3） （4） （5） （6）合成塔入口气体 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH2.500217.2115517.159246.302 Ar16.0001390.15035309.8101576.331 2 H58.2145057.888128470.3555735.284 2 N23.2862023.19051389.0262294.153 100.0008688.439220686.3509852.070 （7） （8） （9） （10） （11）合成塔出口气体 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计23 3 NH21.0001545.75639262.2021752.777 Ar18.8881390.29735313.5441576.497 2 H41.6483065.60377866.3163476.175 2 N18.4641359.08834520.8351541.109 100.0007360.744186962.8978346.558 （12） （13）氨分离器进口（气体） % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH3.493210.6615350.789238.875 Ar23.0701391.34135340.0621577.681 2 H50.8783068.42877938.0713479.378 2 N22.5591360.52334557.2841542.736 100.0006030.953153186.2066838.670 （12） （16） （17）氨分离器进口（液体） % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH99.5881324.31233637.5251501.675 Ar0.1151.52938.8371.734 2 H0.2142.84672.2883.227 2 N0.0831.10428.0421.252 100.0001329.79133776.6911507.888 （14）回收气 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH3.4930.94924.1051.076 Ar23.0706.269159.2337.109 陕西科技大学毕业设计 24 2 H50.87813.825351.15515.677 2 N22.5596.130155.7026.951 100.00027.173690.19530.813 （18）弛放气 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH59.5746.677169.5967.571 Ar11.1111.24531.6231.412 2 H21.0402.35859.8932.674 2 N8.2750.92823.5711.052 100.00011.208284.68312.709 （19）液氨 % 3 3 m ()/tNH标 3 m ()/h标Kmol/h 3 NH99.9291317.64733468.2341494.118 Ar0.0210.2777.0360.314 2 H0.0370.48812.3950.553 2 N0.0130.1714.3430.194 100.0001318.58333492.0081495.179 4.3.2 热量衡算 （1） 废热锅炉热量计算 管内热气体带入热量 7 Q P=9.32MPa 7 t452 C 。 查得此条件下各组分比热容并计算得 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计25 p7 C32.693KJ/Kmol C A 77p7 7 7360.744 QV C t32.6934524855868.358KJ 22.4 管内热气体带出热量 8 Q 8 t298 C P=9.32MPa 查得此条件下各组分比热容并计算得 p8 C31.256KJ/Kmol C A 88p8 8 7360.744 QV C t31.2562983060718.282KJ 22.4 废热锅炉热负荷 87 Q=QQ3060718.2824855868.358=1795150.076KJ 软水量计算 设废热锅炉加入软水温度，压力；副产 1.274MPa 饱和蒸汽，t=30 C P=1.274MPa 需软水量 X 查 软水焓 1 I125.484KJ/Kg 蒸汽焓 2 I2784.716KJ/Kg 由热平衡得 21 Q=XII（） 21 Q1795150.076 X=675.063Kg II2784.716125.484 （） 废热锅炉软水带入热量 1 QXI675.063 125.48484709.650KJ 软 蒸汽带出热量 Q1795150.07684709.6501879859.726KJ 蒸 陕西科技大学毕业设计 26 表 4-13 废热锅炉热量汇总表 收方支方 管内热气体代入热量 7 Q4855868.358KJ管内热气体带出热量 8 Q3060718.282KJ 软水带入热量Q软 84709.650KJ 蒸汽带出热量Q蒸 1879859.726KJ 小计4940578.008KJ小计4940578.008KJ （2） 合成塔热量计算 气体带入热量 6 Q 6 t272 C P=9.4MPa 查得各组分比热容并计算得 p6 C31.123KJ/Kmol C A 66p6 6 8688.439 QV C t31.1232723283553.485KJ 22.4 气体反应热 查得 R H53980.5KJ/Kmol 由物料平衡计算知氨产量 3 3 NH V1328.545m ()59.310Kmol标 则合成塔内反应热 3 RRNH Q( H )V53980.5 59.31=3201583.455KJ 气体带出热量 9 t416 C P=9.14MPa 查得各组分比热容并计算得 p9 C32.176KJ/Kmol C A 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计27 99p9 9 7360.744 QV C t32.1764164398444.123KJ 22.4 废热锅炉回收热量由前面计算知Q Q=1795150.076KJ 合成塔热损失Q损 由热平衡可得 6R9 QQQQQ =3283553.485+3201583.4554398444.123 1795150.076 291542.741KJ 损 表 4-14 合成塔热量平衡汇总表 收方支方 气体带入热量 6 Q3283553.485KJ气体带出热量 9 Q4398444.123KJ 反应热 R Q3201583.455KJ热损失Q损291542.741KJ 6485136.940KJ锅炉回收热量Q1795150.076KJ 小计KJ小计6485136.940KJ （3） 废热锅炉热量计算 热气体带入热量即合成塔气体带出热量 9 Q4398444.123KJ 热气体带出热量 10 Q 10 t320 C P=9.32MPa 查得各组分比热容并计算得 p10 C31.672KJ/Kmol C A 1010p10 10 7360.744 QV Ct31.672320333042.200KJ 22.4 废热锅炉热负荷 陕西科技大学毕业设计 28 109 Q=QQ1068022.923KJ 软水量计算 设废热锅炉加入软水温度，压力；副产 1.274MPa 饱和蒸汽，t=30 C P=1.274MPa 需软水量 X 查 软水焓 1 I125.484KJ/Kg 蒸汽焓 2 I2784.716KJ/Kg 由热平衡得 21 Q=XII（） 21 Q1068022.923 X=401.628Kg II2784.716125.484 （） 废热锅炉软水带入热量 1 QXI401.628 125.48450397.930KJ 软 蒸汽带出热量 Q1068022.92350397.9301118420.853KJ 蒸 表 4-15 废热锅炉热量汇总表 收方支方 管内热气体带入热量 9 Q4398444.123KJ管内热气体带出热量 10 Q3330421.200KJ 软水带入热量Q软 50397.930KJ 蒸汽带出热量Q蒸 1118420.853KJ 小计4448842.053KJ小计4448842.053KJ （4） 组合深冷器热量计算 组合深冷器进口总热量Q入 111615 QQQQ 入 1）的计算 11 Q 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计29 11 t147 C P=9.32MPa 查得各组分比热容并计算得 p11 C30.629KJ/Kmol C A 1111p11 11 QV Ct1479547.088KJ 2）的计算 16 Q 16 t-20 C 查此温度下液氨的比热容 PL C4.522KJ/Kg C A 1616PL 16 QV C t 1329.791 4.522-2016 769 22.4 90033284KJ （）. =-. 3）的计算 15 Q 15 t-20 C P=8.75MPa 查得各组分比热容并计算得 p15 C32.672KJ/Kmol C A 1515P15 15 QV Ct 1003.78 32.672-20 22.4 175138.839KJ （） =- 组合深冷器出口总热量Q出 12172 QQQQ 出 1）的计算 12 Q 121613 QQQ 陕西科技大学毕业设计 30 16 Q90033.284KJ 13 t20 C P=8.96MPa 查得各组分比热容并计算得 p13 C32.685KJ/Kmol C A 1313P13 13 QV Ct 6030.953 32.685-20 22.4 176001.512KJ （） =- 121613 QQQ 90033.284176001.512 266034.801KJ 2）的计算 17 Q 17 t17 C 查得此条件下液氨的比热容为 PL C4.684KJ/Kg C A 1717PL 17 QV C t 1329.791 4.684 17 16.769 22.4 79269906KJ =. 3）的计算 2 Q 2 t100 C P=8.74MPa 查得各组分比热容并计算得 p2 C30.312KJ/Kmol C A 22P2 2 QV C t 6003.78 30.312 100 22.4 812440.086KJ = 年产 20 万吨合成氨工厂工艺设计31 12172 QQQQ 266034.80179269.906812440.086 625675.191KJ 出 冰机需提供的冷量Q冰 QQQ 1214374.965625675.191 588699.