年产3000吨合成氨厂合成工段工艺设计

V1—放空气体积，标准米3

V2—进入合成塔混合气体积，标准米3 V3—出合成塔混合气体积，标准米3 V4—冷凝成产品氨的气体体积，标准米3 以V3代入① V2＝V2－（V4＋11％V1）－V1－V4＋V0 ∴V3=V0?1.11V11000?1.11?88.775==450.70标准米3

22由氨平衡 11%V3=2.5%V2+(V4+11%V1 ) ③

2.5% ?② 2.5%V3=2.5%V2一2.5% (V4十1l%V1) ④ ③ 一 ④ (0.11一0.025) V3= (1+0.025)( V4十0.11V1)

∴V3=

1.025?（450.730?0.11?88.775）=5553.024标准米3

0.085合成塔出口气组成如表4-5。

表4-5合成塔出口气组成

成份 % 标准米3

H2 52.278 2903.010

N2 17.426 967.670

CH4 15.994 888.151

Ar 3.302 183.361

NH3 11.000 610.832

合计 100 5553.024

（4） 合成塔进口气量V2及组成 由气量平衡 V2＝V3－ V1－V4+ V0

＝5553.024―88.775―450.730+1000＝6013.519标准米3 合成塔进口气体组成为：

H2 2903.010 － 46.410 + 737.290 =3593.890标准米3 N2 967.670 － 15.470 + 245.580 =1197.780标准米3 CH4 888.151 － 14.199 + 14.200 =888.152标准米3 Ar 183.361 － 2.931 + 2.930 =183.360标准米3

NH3 610.832 － 9.765 － 45.730 =150.337标准米3

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合计 5553.024 － 88.775 + 1000.000 － 450.730 =6013.519标准米3 即塔出口气体组成见表4-6。

表4-6塔出口所体组成

成份 标准米3 %

H2 3593.890 52.278

N2 1197.78 17.426

CH4 888.152 15.994

Ar 183.360 3.302

NH3 150.337 11.000

合计 5553.024 100

2.水冷器物料衡算

（１) 进口与合成塔出口气体相同 (２) 出口

设：水次器出口温度为35℃ ?=308K，? =176.2大气压 由《氮气工作者手册》中拉尔逊一布列克经验公式：

logy=4.1856+

A5.9878791099.544－

TP

式中：y—液氨上方气体中的平衡氨浓度，%；?—混合气体的压力，大气压；

A?—混合气体的绝对温度，?。

logy=4.1856+

A5.9878791099.544－=1.0688 即y=11.663

A308176.2水冷器进口气体中氨浓度为11%，较35℃时的平衡氨浓度11.663%为小，因氨未达饱和，不会出现冷凝。故出口气体的组成和气量均无变化，仍与出塔气体相同(按上式计算，冷却至32.8℃时，出口气体的饱和氨浓度为11%，但气氨开始冷凝时形成雾滴，不易分离出来。在冬季可分离出少量液氨)。 3.冷交换器物料衡算

(1) 进口 进口热气体量=V3－ V1=5553.024－88.775=5464.249标准米3 进口热气体组成为

H2 2903.010 － 46.410 =2856.600标准米3 N2 967.670 － 15.470 =952.200标准米3 CH4 888.151 － 14.199 =873.952标准米3 Ar 183.361 － 2.931 =180.430标准米3

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NH3 610.832 － 9.765 =601.067标准米3 合计 5553.024 － 88.775 =5464.249标准米3

即冷交换器进口气体组成可见表4-7

表4-7冷交换器进口气体组成

成份 标准米3 % (2) 出口

用试算法在下面的冷交换器热量衡算中先进行试差，从而决定热气体出口温度为18.24℃, T=291.24K, P =191.7大气压。 由拉尔逊—布列克公式

logy=4.1856+

AH2 2856.600 52.278

N2 952.200 17.426

CH4 873.952 15.994

Ar 180.430 3.302

NH3 601.067 11.000

合计 5464.249 100

5.9878791099.544－=0.8425

291.24191.7

yA=6.9582

由《手册》第九章第三节，考虑氨在气相中有雾状析出，取过饱和度10%则液氨上方气体中的过饱和氨浓度y'( %) ：

Ay'A二1. ly = 1.1 X 6.9582=7.6540

A令：出口气体中气氨体积为y标准米3 于是

y=0.07654

(546.2449?60.106)7?y0.07654?4863.182＝403.080标准米3

1?0.0765417 22.4 ∴y＝

冷交换器中冷凝出来的氨量=601.067－403.080=197.987标准3?197.987?=150.258千克

冷交换器出口热气体组成见表4-8。

表4-8冷交换器出口热气体组成

成份 标准米3 %

H2 2856.600 54.244

N2 952.200 18.081

CH4 873.952 16.595

Ar 180.430 3.426

NH3 403.080 7.654

合计 5266.262 100

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4.一级氨冷器物料衡算

设：一级氨冷器出口温度为7℃, T=280K, P =190.7大气压。 由拉尔逊—布列克公式

logy=4.1856+

A5.9878791099.544－=0.6923

280190.7

yA=4.9238

考虑过饱和度数10%, 则

y'A=1.1?4.9238=5.416

令: 出口气体中气氨体积为y标准米3 则

y=0.05416

(546.2662?40.308)0?y0.05416?4863.182＝278.472标准米3

1?0.0541617 22.4 ∴y＝

冷交换器中冷凝出来的氨量=403.080－278.472=124.608标准米3?124.608?=94.569千克

一级氨冷器出口热气体组成可见表4-9。

表4-9一级氨冷器出口热气体组成

成份 标准米3 %

5.二级氨冷器物料衡算 (1) 进口

进口气体量 = 一级氨冷器出口气量 + 新鲜气量

H2 2856.600 + 737.290 =2856.600标准米3

N2 952.200 + 245.580 =1197.780标准米3 CH4 873.952 + 14.200 =888.152标准米3 Ar 180.430 + 2.930 =183.360标准米3

H2 2856.600 55.558

N2 952.200 18.519

CH4 873.952 16.998

Ar 180.430 3.509

NH3 278.472 5.416

合计 5141.654 100

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