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1、年产30万吨合成氨合成工段物料衡算目录1总论11.1设计任务的依据21.2产品方案22技术分析22.1合成氨反应的特点22.2合成氨反应的动力学22.2.1反应机理32.3氨合成工艺的选择32.4系统循环结构42.5分离工艺43生产流程简述54工艺计算64.1原始条件64.2物料衡算74.2.1合成塔物料衡算74.2.2氨分离器气液平衡计算84.2.3冷交换器气液平衡计算94.2.4液氨贮槽气液平衡计算94.2.5液氨贮槽物料计算104.2.6合成系统物料计算134.2.7合成塔物料计算144.2.8水冷器物料计算144.2.9氨分离器物料计算1
2、54.2.10冷交换器物料计算164.2.11氨冷器物料计算174.2.12冷交换器物料计算184.2.13物料衡算结果汇总19参考文献2120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
3、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：300kt/a液氨放空气（惰性气Ar+CH4）：17%原料：新鲜补
4、充气N224.2%，H275.1%，CH40.7%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330d计算基准生产300000t氨1.2产品方案产品的名称：氨(NH3)；20产品的质量规格：氨含量≥99.9%（wt%）；产品的规模：30kt/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==NH3ΔHθ=-46.22kJ·mol-1(1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的
5、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，取决于实际操作条件。低温时可能是动力学控制，高温时
6、可能是内扩散控制；大颗粒的催化剂内扩散路径长，小颗粒的路径短，所以在同样温度下大颗粒可能是内扩散控制，小颗粒可能是化学动力学控制。2.2.1反应机理氮、氢气在催化剂表面反应过程的机理，可表示为：N2(g)+Cate—→2N(Cate)20H2(g)+Cate—→2H(Cate)N(Cate)+H(Cate)—→NH(Cate)NH(Cate)+H(Cate)—→NH2(Cate)NH2(Cate)+H(Cate)—→NH3(Cate)NH3(Cate)—→NH3(g)+(Cate)实验结果证明,N2活性吸附是最慢的一步，即为表面反应过程的控制步骤
7、。2.3氨合成工艺的选择考虑氨合成工段的工艺和设备问题时，必须遵循三个原则：一是有利于氨的合成和分离；二是有利于保护催化剂，尽量延长使用寿命；三是有利于余热回收降低能耗。氨合成工艺选择主要考虑合成压力、合成塔结构型式及热回收方法。氨合成压力高对合成反应有利,但能耗高。中压法技术比较成熟，经济性比较好，在15～30Pa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。一般中小氮肥厂多为32MPa,大型厂压力较低,为10～20MPa。由于近来低温氨催化剂的出现,可使合成压力降低。合成反应热回收是必需的,是节能的主要方式之一。除尽可能提高热回收率
8、,多产蒸汽外,应考虑提高回收热的位能,即提高回收蒸汽的压力及过热度。高压过热蒸汽的价值较高,当然投资要多,根据整体流程统一考虑。本次设计
