年产3000吨合成氨厂合成工段工艺设计(3)

6—一级氨冷器，7—一级氨分离器，8—二级氨冷器，9—冷交换器；

V0—新鲜氢氮气，

V1—放空气，

V2—进塔气，

V3—出塔气;

V4?1、V4?2—液氨。

3.2.3 主要工艺技术指标

1、精炼气成份按表3-1计算。

表3-1精炼气成份

成份 %

H2 73.729

N2 24.558

CH4 1.420

Ar 0.293

合计 100

2、进塔气中氨含量：2.5 % 3、出塔气中氨含量：11%

4、出塔气中惰性气体含量：19.296% 5、精炼气温度：35℃

6、压力:循环机出口19.698Mpa，其余各点压力可参见第四章的示意流程图。 7、气体在液氨中的溶解量忽略不计，热(冷)损失亦忽略不计。

3.3 主要公式、物性数据来源及计算公式

在气相中的平衡浓度y：logy=4.1856+

AA5.9878791099.544－ （3-1）

TP绝热指数K：

1=?yi （3-2） K?1Ki?1 进出口温度关系：

P出?T=T??P??入?出入000i??K?1K （3-3）

常压平均分子热容Cp： Cp=?yCpi （3-4）混合气体的虚拟临界压力Pcm：Pcm??yiPiic （3-5）

混合气体的虚拟临界温度Tcm：Tcm??yTci (3-6) 对比压力 ：Pr=P对比温度

P (3-7)

cmTr?TT (3-8)

cm 8

体系温升 ?t??ya(?HR) (3-9)

(1?y)cazp高压混合气体的粘度

?：m??=myC?M?yMiitiii (3-10)

?0.80.4直管内给热系数αi =0.023·· (3-11) RePrdd雷诺准数Re=

iG? (3-12)

L0.4管外给热系数?0?400.6 (3-13)

d传热系数K?1dmd??m?R?aidiandn?m (3-14)

平均温度差?tm=

?t1??t2 (3-15) ?t12.303log?t2 传热面积A?Q (3-16) K?tm由《手册》式(12-4-13)，当Re大于6000时，螺旋板换热器给热系数的算式为 Nu?0.023(1?3.54d)RePrDe0.8Hn (3-17)

以上公式均来自《氮气工作者手册》。

《制冷机及制冷设备》克鲁西林公式管外给热系数?0?Cq0.7 (3-18) 由上海化工学院：螺旋板式热交换器设计与计算, 1972；

Ф500微碳纯铁单管并流氨合成塔内件计算说明书，1973

有：

螺旋总圈数 N=D0?d0?2??1 (3-19) 22(??b)每块板的平均圈数 n=

N (3-20) m2每块板的平均长度l??(dn??)n?4?n(??b)??n(??b) (3-21)

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3.4 环保及安全要求

实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。生产过程中不

生成或很少生成副产物、废物,实现或接近“零排放”的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。

在整个合成氨生产过程中，合成氨生产比较复杂，始终存在着高温、高压、易燃、易爆、易中毒等危险因素[7]，各种控制条件比较严格，稍有疏忽就可能发生事故。同时，因生产工艺流程长、连续性强，设备长期承受高温和高压，还有内部介质的冲刷、渗透和外部环境的腐蚀等，各类事故发生率比较高，尤其是火灾、爆炸和重大设备事故经常发生。但是，只要我们能充分认识这一客观规律并掌握这一客观规律就能做到安全生产，实现稳产、高产。因此，合成氨生产必须满足高温、高压、高纯度要求。

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第四章 设计计算书

4.1 物料衡算

计算基准：1000标准立方米精炼气 (一) 精拣气组成

小氮肥厂在分析惰性气体时一般只分析甲烷，氩气是不分析的，由于氮和氩都来自空气，遂让氩和氮混在一起，一概作为氮气而列入岗位记录。合成工段之前的诸工段的物料计算，按照小氮肥厂的这种实际情况，未将氩从氮中分列出来，由于氩在精炼气等气体中的含量甚小(精炼气中，氩占0.3%)，对这些工段的计算的影响不大。但至合成工段，循环气中的氩含量上升至3%左右，若不从氮中分出来，将导致较大的误差，故合成工段按照氮、氩分开.将氩计入惰性气体进行计算。 精炼工段来的精炼气组成可参见表4-1。

表4-1精炼工段来的精炼气组成

成份 标准米3 %

H2 2155.360 73.729

N2+Ar 726.477 24.851

将Ar从N2中分列出来，

由布拉夏克《固定氮工艺学合成氨》下册，371页。 空气中N2 :Ar= 78.1%:0.9325%(体积比)

78.13

? 726.477=717.905标准米 78.1?0.93250.9325Ar= ?726.477=8.572标准米3

78.1?0.9325将Ar从N2中分列出来后的精炼气组成见表4-2。

CH4 41.525 1.420

合计 2923.362 100

精炼气中 N2=

表4-2将Ar从N2中分列出来后的精炼气组成

成份 标准米3 %

H2 2155.360 73.729

N2 717.905 24.558

CH4 41.525 1.420

Ar 8.572 0.293

合计 2923.362 100

(二) 已知条件 1. 氨合成流程

氨合成流程图可参见图4 -1

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图4 -1氨合成流程图

1—合成塔，2—水冷器，3—水冷后氨分离器，4—循环机，5—油分离器， 6—一级氨冷器，7—一级氨分离器，8—二级氨冷器，9—冷交换器；

V0—新鲜氢氮气，V1—放空气，V2—进塔气，V3—出塔气; V4?1、

V4?2—液氨。

括号内数字单位:千克/厘米2(绝压)( 1千克/厘米2=0.098MPa)，括号前数字单位:大气压(绝压)。 本工段计算中全部采用绝压，为简便计，下文中压力单位后面的“绝压”两字，均略去不再写。

2．精炼气成份可参见表4-1. 3．进塔气中氨含量：2.5 % 4．出塔气中氨含量：11%

5．出塔气中惰性气体含量：19.296% 6．精炼气温度：35℃

7．压力:循环机出口19.698 Mpa，其余各点压力见示意流程图 8．气体在液氨中的溶解量忽略不计，热(冷)损失亦忽略不计。 (三) 物料衡算

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