内容发布更新时间 : 2024/5/22 17:44:35星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

化工设计作业

年产 30 万吨合成氨合成工段物料衡算

目录

1 总论.............................................................. 2

1.1设计任务的依据............................................... 2 1.2 产品方案 .................................................... 2 2 技术分析.......................................................... 2

2.1合成氨反应的特点............................................. 2 2.2合成氨反应的动力学........................................... 2

2.2.1反应机理 ............................................... 3 2.3氨合成工艺的选择............................................. 3 2.4系统循环结构................................................. 4 2.5分离工艺..................................................... 4 3 生产流程简述...................................................... 5 4 工艺计算.......................................................... 6

4.1 原始条件 .................................................... 6 4.2 物料衡算 .................................................... 7

4.2.1 合成塔物料衡算......................................... 7 4.2.2氨分离器气液平衡计算 ................................... 8 4.2.3冷交换器气液平衡计算 ................................... 9 4.2.4液氨贮槽气液平衡计算 ................................... 9 4.2.5液氨贮槽物料计算 ...................................... 10 4.2.6合成系统物料计算 ...................... 错误！未定义书签。 4.2.7合成塔物料计算 ........................ 错误！未定义书签。 4.2.8水冷器物料计算 ........................ 错误！未定义书签。 4.2.9氨分离器物料计算 ...................... 错误！未定义书签。 4.2.10冷交换器物料计算 ..................... 错误！未定义书签。 4.2.11氨冷器物料计算 ....................... 错误！未定义书签。 4.2.12 冷交换器物料计算..................... 错误！未定义书签。 4.2.13 物料衡算结果汇总...................................... 5 参考文献 ....................................................... 21

年产30万吨合成氨合成工段设计物料衡算部分

1 总论

氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30 %的比例,称之为“工业氨”。

世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变, 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性”的基本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发[1]。

1.1设计任务的依据

设计任务书是项目设计的目的和依据： 产量：300 kt/a 液氨

放空气（惰性气Ar +CH4 ）：17%

原料：新鲜补充气N2 24.2%，H2 75.1 %，CH4 0.7%

2

合成塔进出口氨含量：2.5%，13.2%

合成塔入口惰性气含量:（惰性气Ar +CH4 ）～17% 年工作日 330 d 计算基准 生产300000t氨

1.2 产品方案

产品的名称：氨(NH3)；

产品的质量规格：氨含量≥99.9%（wt%）； 产品的规模：30 kt/a 液氨；

产品的包装方式：氨为高压低温液体，合成后直接送到下一工段作为原料继续生产，多余部分设立氨储槽储存起来。

2 技术分析

2.1合成氨反应的特点

0.5N2＋1.5H2==NH3 ΔHθ=-46.22 kJ·mol-1

(1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。 (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。 (3)是体积缩小的反应。

(4)反应需要有催化剂才能较快的进行。

2.2合成氨反应的动力学

动力学过程 氨合成为气固相催化反应，它的宏观动力学过程包括以下几个步骤:

a．混合气体向催化剂表面扩散(外,内扩散过程)；

b．氢,氮气在催化剂表面被吸附，吸附的氮和氢发生反应，生成的氨从催化剂表面解吸(表面反应过程)；

c. 氨从催化剂表面向气体主流体扩散(内,外扩散过程)。

对整个气固相催化反应过程，是表面反应控制还是扩散控制，取决于实际操

2