求年产10万吨合成氨脱硫工段流程合成工段合成塔CAD图纸和带控制点工艺流程图纸

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求合成氨合成工段流程图
来源:互联网 &责任编辑:李志 &
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年产30万吨合成氨合成工段工艺研究与设计开发 55Ar 4.277 382.736 .143 0.064 0.207 3.920 0.175H2 55.872 57.321 .407 1.318 24.962 1.114N2 18.636 15.281 .164 0.533 10.094 0.451∑ 100.000 附录附录 A:物料计算汇总表(2)氨冷器出口(气体) (3) (4) (5)冷交换器冷气出口% m3/tNH3 m3/h kmol/h % m3/tNH3 m3/h kmol/hNH3 4.871 567.945 0.192 2.5 290.219 .076CH4 10.757 54.279 .64353参考文献[1] 丁振亭.大化肥装置的现状及发展趋势[J] .化肥工业 .):131[2] 张占一.新型氨合成工艺技术的特点及比较[J] .化肥设计. ):48[3] 梅安华.小合成氨厂工艺技术与设计手册[M] .北京:化学工业出版社, 8[4] 刘化章.合成氨催化剂研究的新进展[J] .催化学报. ):304[5] 王52结 论根据生产任务,结合技术现状,查阅有关资料,进行工艺系统的物料衡算、热量衡算、主要设备的选型及数据计算、辅助设备的选型等工作,设计的结果为:(1) 主要设备选型:主要设备为氨合成塔,其内件选择的是三段绝热-冷激间冷式内件,其内部结构组合方式为第一绝热床层+冷激器+第二绝热床层+ 层间换热器+第三绝热床层+下换热器,其中层间换热器与下换热器以串联方式进行连接。(2) 合成塔绝热床层计算结果514.3.5 氨冷器Ⅰ选立式氨冷器,热气走管程,液蒸发走壳程高压换热管 Ф19×3 传热面积 F=341.632 m2管长 L=8m,U 型管取管数 n=850 根 4.3.6 氨冷器Ⅱ选立式氨冷器,热气走管程,液蒸发走壳程高压换热管 Ф19×3 传热面积 F=×0.016×8=747.57m2管长 L=8m,U 型管取管数 n=1860 根 50正六边形排列层数 a=(12n-3-3) 0.5÷6=40.72 实取 44 层六边形对角线排管 b=1.1n0.5=78 根取板间距 h=200mm,取 e=1.5d 外 =15mm则设备直径 D= to(b-1)+2e=13×(78 -1)+2×15=1031mm实取换热器直径 1100mm经过核算,能放进设计的塔体内,满足设计要求。4.3 辅助设备选型对于辅助设备,根据第 3 章的物料衡49mT?=[(480-188.5)-(355-325)]÷ln[(480-188.5)÷ (355-325)]=115.2KKQF??=3.67×107÷()=152.356m2实际生产中所取的换热面积为理论计算值的 1.2-2.0 倍,本设计中取 1.5 倍,则:F 实 =1.5F=228.534m2所需换热管的根数为: dln??=2140经过核算,满足设计要求。4.2.48表 4.2 各段催化剂床层尺寸及参数表4.2.3 下 换热器(1) 选列管式换热器,换热管选择 5.10??,长度为 4m 的无缝钢管冷气进口温度 188.5℃,出口温度 325℃热气进口温度 480℃,出口温度 355℃(2) 换热负荷为第三段绝热层生成的热Q=3.67×107KJ/h(3) 传热系数的求取根据设计要求,查阅《小氮肥设计手册》 ,K 的取值在 350-500 )/(2Chm。47当 3KT=480℃, 3,0NHy=0.195 时 31??????NHr=17.8×10-5??3/mh?31平 ,??????NHr=[ 23??????NHr+ 3]÷2=16.10×10-5 3/?fkEVA303平 ,, ??×( 3,0NHy- 2,03)=3.352×10 -5??3/mh?第三段催化剂用量: 3,K= A3,3 ×V03=3.352×10-5×当 =480℃时, =0.141 时 =17.6×10-52,KT2,03NHy231??????NHr??3/mh?=[ + ]÷2=15.4×10 -5231平 ,??????NHr13??????NHr23 3/?则 A2.2= ×(0.141-0.0661)÷0.42=2.896×10 -5??5/07.mh??? ??3/h?ΔVk2= =×2.896×10-5=45×( - ) =2.896×10-5fNHkErVA101, 3平 ,????????1,03NHy0,3??3/mh?第一段催化剂用量: =1,0,1,VAK??? 35.???②第二绝热床层的计算出第一床层的气体在冷激气的冷激下温度降到 400℃,然后进入第二床层进行反应设冷激气的量占总入塔气的 25%,则进第二绝热床层摩尔流量:Mk2= Mk1+ 0.25Mk0=44??10,,,0,1TKpkKHCM?????平 ,=×39.06×(480-390)÷8 hkmol/c.求出口氨含量:由公式 : 0,1,01,0 334.2NHNHyVMy????= 22.4×723.268÷+ 0,31NHy=0.NHy?由公式:=0.025÷(1-0.025)=0.0256, =0.043无惰性气体分解基流量: =0.02531NHy????????????1,01,01,01,05. 3V=×(1-0.15)×[1+0.025÷(1-0.15)]= hm/3(2) 将整个催化剂床层分成三段,分段计算:①第一段绝热层温度分布计算(n=1 ) ,首先假定催化剂层温度 =390℃0,kT设出第一段气体温度 =480℃1,kTa.查物料数据:第42T=450℃左右,由于塔内物料有一定的腐蚀性,需要选择耐腐蚀的材料,同时合成氨的环境为高温高压,筒体材料要有一定的耐高温高压的性能,故选择用 0Cr18Ni10Ti 制造。筒体厚度:取 ,C=1.50.1??m查有关数据得到[ ]t=268, =1.1×32=35.2MPa?pc1.?由内压容器的厚度设计公式: ??CpDctid?????2带入相关数据,计算得:= =156.1??pctid41第四章 设备的选型与计算4.1 设备选型4.1.1 设备简述合成氨生产中,主要设备为氨合成塔,本设计中采用冷激-间冷式内件,它在是托普索节能型氨合成塔内件基础上开发的一种高效节能型内件,合成塔的选择主要是触媒筐和塔内换热器,本着节约自身的水电和冷冻量消耗,同时提高氨合成反应热的回收品位和利用率的原则,本设计中触媒筐选用三段绝热冷激间冷式内件。三段绝热冷激间冷式内件有如下特点:(1)高效节能,氨40Q 上水 Q 下水小 计
小 计 3.4.8 氨分离器热量衡算:其进出口温度无变化,由气体热平衡,氨分离器吸入热、水冷器热平衡计算得:Q11=KJ氨分离器支出热,气体放空气带出热量:=135.479×34.405×35÷22.4=13TCVP??冷交换器带入热量,由冷交换器热平衡计算得:Q14=439由热交换器的热平衡计算得:Q 10=KJ(2) 氨冷凝热 Q 冷 查《小氮肥工艺设计手册—理化数据》10-1-1 得:氨冷凝热 =KJ/kg I=843.687×16.769×.4=KJ31NHIV??冷(3) 热气体带出热量 Q11T11=35℃, =28.42MPa 由于气体在氨饱和区,故先计算常压下气体组分38(1) 冷气带入热量 Q6由合成塔热平衡计算得:Q 6=KJ(2) 热气体带入热量 Q9由沸热锅炉热平衡计算得:Q 9=KJ(3) 冷气带出热量 Q7由合成塔热平衡计算得:Q 7=KJ(4) 热气出口温度计算由热平衡得:Q 6+Q9=Q7+Q10Q10=Q6+Q9-Q7=+-.895 9PCCkmolKJ。?/Q9=V9Cp9T9=×34.895×220÷22.4=KJ(3) 废热锅炉热负荷Q=Q9-Q8=-=-KJ?(4) 软水量计算设废热锅炉加入软水温度 T=30℃, =1.274MPa,副产 1.3MPa 饱和蒸汽需软水量×查软水p焓 =125.436Q 损 =50.16× ×( - )=50.16×3.14×1.008×15×[80-(-5)]=KJFwTB(8) 合成塔二入温度计算:将上述数据带入 T7 温度计算式中 T7=/Cp7设 T7=186.5℃查混合气体热容,按高压叠加法计算得:C p7=33.044 CkmolKJ。?/则 T7=.044=186.799℃误差 =(135(2) 气体带入热量 Q5 由前计算 Q4=KJ 因油分离器内无温升变化(忽略损失)Q5=Q4=KJ(3) 气体反应热 QR:设合成塔二出温度 365℃,假定气体在塔内先温升至出口温度后进行氨合成反应在压力p=31.458MPa 的气体反应简化计算式为:-H R=T将 T=365℃带入得:-H R=×365=134式中: =×0.101×302.17÷(60×28.42×292.24)=0.74801TpV? min/3将上述数据带入压缩功的计算式得:N=38.005KWQN=×38.005=KJ(4) 气体带出热量由热平衡得: Q4=Q3+QN=+=KJQ4=V4Cp4T4 Cp4=33= KJ/kg?3NHIW1= Q 吸 ÷ =÷.547 kg3I表 3.16 氨冷器热量平衡汇总表收方 热量(KJ) 支方 热量(KJ)气体带入热量
气体带出热量 0气体中氨冷凝热
液氨带出热量 0液氨带入热量
冷冻量 新鲜气带入热量 (3) 氨冷器中气氨冷凝热,查《小氮肥工艺设计手册—理化数据》在-10℃, =KJ/kg3NHIQⅠ冷 = ×17× ÷22.4=290.387×17×.4=KJ3L3(4) 新鲜气带入热量 QⅠT1=35℃, =31.36MPa 查压力下各组分气体比热容然后用叠加的方法计算得实际气体混合p热容 Cp1=29.70 CkmolKJ。?31=×22.4÷(× Cp3)=618.529/Cp333pCVQT?设 T3=19.5℃查 =28.42MPa 时的各组分比热容并计算得:Cp3=29.108 ,T 3=618.529÷32.414≈19.083℃kmolKJ。?/冷交换器热量负荷计算:放 =(管内热气体带入热量+管内液氨冷凝热)-(管内热气体带出热量+管内液氨带出Q?热量)=然后进行氨冷凝,查氨冷凝热 =KJ/Kg3NHI液氨冷凝放出热量:Q 冷 =284.980×17×.4=KJ(6) 液氨带入热量:查-10℃时液氨比热容 =4.535plCCKJ。?/液氨带入热量:Q2L=575.367×17×4.535×(-10)÷22.4=-KJ(7) 热气体带出热量:查 T14=17℃,28.429(3) 热气体带入热量,热气体在器内处于氨饱和区,计算气体比热容时先求常压下气体比热容,然后用压力校正的方法计算实际的气体比热容:查 T14=35℃, =28.42MPa 时的各组分比热容并计算得: =29.806 卡/ 克分子.度,查p pmC0《小氮肥工艺设计手册》见下表:表 3.14 各组分临界参数表组分 H2 N2 CH4 Ar NH3(K)cP12.8 33.5 43.36 48.128Ar =1.732-1.656=0.076m 3ArrArVL20119??H2 =21.477-20.768=0.709m 3 222HN2 =5.835-5.695=0.140m N各组分百分含量: 19Lxii?其中:NH 3 = 20.797×100%=99.826%319NHCH4 =1.456÷0%=0.27入槽混合物料 L21=L15+L16=843.687+585.612=各组分物料含量: iiiL16521??其中:NH 3 = 806.717+576.389= 3NHCH4 = 14.604+2.501=17.105m3421CLAr = 1.325+0.398=1.723m3 ArH2 =16.646+4.605.746×20.625%=V计算误差= ×100%=(-)÷×100%=-0.0231%5?误差在设计允许的范围内,满足要求。校核氨分离器液氨百分数氨分离器液氨百分数: ????%10%615xLG分843.687×095618÷(843.687×0.25×585.612) 2512) (3-3332'17' NHNHLV???13)式中 V′Ⅱ —冷交换器入口总物料V′17—冷交换器热气出口总物料 —冷交换器入口总氨物料3'NHV?将 V8=V13=135.479m3 L15=843.687m3 代入上式解得 V17′=V′Ⅱ =3.67= m3=865.748 24H2 =614.691×100%=61.998%2yN2 =614.691×100%=20.495%2出器总物料= =5.367= m332NHLV?3.3.14 冷交换器物料计算V17V14V2V3图 3.4 冷交换器物料简图进口物料:冷交换器进口总物料等于氨冷器出口总物料,其中气体入口 VⅡ =00.879÷×100%=60.486%80.478÷×100%=19.995%2进器液体等于冷交换器冷凝液氨量:=284.980 m3331718NHL?进器总物料=V 18+L18=4.980= m3出器Ⅰ物料:已知出器Ⅰ气体中氨含量为 4.411%,出器 II 气体中氨含量22CH4 =48.690×100%=14.723%174VCHAr =382.736÷0%=4.277%17ArH2 =48.690×100%=55.872%172VN2 =48.690×100%=18.636% 氨冷器的物料计算进器物料:氨冷器进器物料等于冷交换器出器物料加上补充213.3.12 冷交换器物料计算进器物料:进器物料等于氨分离器出口气体物料减去放空气量V14=V12-V 13=5.479= m 3其中:NH 3 =.376%=865.749m3 314NHCH4 =.269%=CAr =.145%=382.736m3 ArV1H20出口气体组分由 V11i=V11 出 ×y11i 得:其中:NH 3 =.376%=878.451m3 31NHCH4 =.269%=CAr =.145%=388.351m3 ArV1H2 =.148%=N2 =.0619合成塔一出,二进物料,热交换器,冷气进出物料等于合成塔入塔物料 即:V 5=V6=V7= m3 出塔物料:V 8=NH3 =×16.5%= 3NH,CH4 =×13.223%=C,Ar =×3.816%=389.722m3 ArV18(3-.1.5.1NHNHHH LyVyyVyV ???驰放放驰驰放放补补1)循环回路中氮平衡:V 补 =V 放 +V 弛 +0.5V 放 +0.5V 弛 +0.5LNH3 补2Ny放2N驰2Ny放3NHy驰3NHy(3-2)循环回路中惰性气体平衡: V 补( + )=V 放( + )+V 弛( + )补4CHy补Ar放4CHy放Ar驰4C17入口液体中甲烷含量: = 16.773÷0%=1.175%??40'CHm入口液体中氩含量: = 1.692÷0%=0.119%Ar'入口液体中氢气含量: = 21.209÷0%=1.485%??20'H入口液体中氮气含量: =5.807÷0%=0.407%2'Nm入口液体中组分含量: ????ii0'?满16CH4 362L44 ..x)CH()()CH( ????Ar 950ArAr?H2
)H())H(N2 3622 ..xLNN ???液氨储槽出口驰放气 =0.0821VV(20)=0.025×L(19)=0..362=108.320 m3其中:NH 3 ???? 31833 ..yNHNH15出口液体含氨量: =0.9×100%=99.87%LxNH33?出口液体甲烷含量: =0..%=0.0852%CH4出口液体氩含量: =0.09×100%=0.003%LxAr?出口液体氢气含量: =0..%=0.0334%H22出口液体氮气含量: 0..%=14表 3.9 液氨储槽入口液体组分含量(%)NH3 CH4 Ar H2 N2 总计96.810 1.178 0.119 1.486 0.408 100表 3.10 当 T=17℃,平衡压力 P=1.568Mpa,查平衡常数3NHK4CHKArK2HK2NK0.598 170 540 575 620根据气液平衡 ,设 V/L=0.0821,代入上式得:iiiLVm???1出口液体氨含量: kmol13出口液体氢含量: %22 ..KyxH ???出口液体氮含量: 8022N表 3.8 冷交换器出口液体组分含量(%)NH3 CH4 Ar H2 N2 总计98.425 0.427 0.068 0.825 0.255
液氨储槽气液平衡计算图 3.2 液氨储槽物料简图氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合进入液氨储槽经减压溶解在液氨中的气体会解吸形成驰放气12= =(0.165-0.07899)÷0.9 %=9.376%3NHyVLmNH33?气体甲烷含量: =(0.43)÷0.9 %=14.140VLyCHCH444??气体氩含量: =(0.0)÷0.9 %=4.275%ArAr气体氢含量: =(0.463)÷0.9 %=113NHK4CHKArK2HK2NK0.098 8.200 28.200 27.500 34.500设 时,代入10.LV?iiiKm??则 = =0.07899kmol331NHNHLV?098165.??同理 =0.00143kmol =0.00013kmol =0.00163kmol =0.00043kmol4CH ArL2HL2NLL= L(NH3)+ L(CH4)+ 10表 3.1 入塔气体组分含量(%)NH3 CH4 Ar H2 N2 总计2.5 11.643 3.357 61.874 20.625 100注:表 3.1-3.12 中的组分含量均为摩尔含量3.3.2 合成塔出口气体组分以 1000kmol 入塔气作为基准求出出塔气体组分,由以下式计算塔内生成氨含量:=1000×(0.165-0.025)÷(1+0.165)=120.172kmol53MNH?9第三章 工艺设计计算3.1 设计要求年工作日:330 天;产量 37.8788t/h;合成塔操作压力:32MPa(绝压) ;合成塔进气(摩尔百分数):NH 3 2.5,CH 4+Ar 15;水冷器出口温度:35℃;精炼气温度:35℃ ;精炼气组成:H 2 74.45,N 2 24.12, CH4 1.11,Ar 0.32。3.2 工艺流程图1—新鲜气 13—放空气 82.3 设备简述合成氨过程是一个相当复杂的过程,根据上面流程图,用到的设备很多,其中主要的设备为合成塔,辅助设备有氨冷器,氨分离器,冷交换器,水冷器等。2.3.1 氨合成塔氨合成塔是合成氨工段的核心设备,合成塔内部的主要设备是合成塔内件,其按结构形式可分为:冷管型内件、冷激型内件、段间热型内件及混合型内件等;按内件气体流向可分为:轴向型内件、径向型内件和轴径向混合型内件等。本设计很据实际情况,采7第二章 合成工段工艺简介2.1 合成工段工艺流程简述由氮氢气压缩机送来温度 35℃~45℃ 的新鲜气,与放空后经冷交换器来的循环气体混合,而后温度被降至 17℃,进入氨冷器Ⅰ。气体管内流动,液氨在管外蒸发,使管内气体冷却至 0℃左右,进入氨冷器 Ⅱ继续冷却至-10 ℃左右,出氨冷器后的气液混合物,在冷交换器的下部用分离器将液氨分离,分离出的液氨进入液氨贮罐,分氨后的循环气上升至上部换热器壳程被热6采用成熟的粉煤气化技术,以提高原料利用率,降低对环境的危害。5(2) 惰性气体含量惰性气体来源于新鲜空气,它们不参与反应因而在系统中积累。惰性气体的存在,无论从化学平衡还是动力学上考虑均属不利。但是,维持过低的惰性气体含量又需要大量排放循环气,导致原料气消耗随之增大。因此,循环气中惰性气体含量应根据新鲜气惰性气体含量、操作压力、催化剂活性等条件而定。在产中,一般要保持新鲜气中含惰性气体的体积分数在 0.5%-1.0%之间,并控制循环气中惰性气体的体积分数在4温下操作,对设备和管道的材质要求比较高,合成塔需用高镍优质合金钢制造。高压法合成率高,但催化剂层内的反应热不易排除而使催化剂长期处于高温下操作,容易失去活性。1.4 合成工艺条件的选择1.4.1 操作压力从化学平衡和反应速率两个方面考虑,提高操作压力对反应是有利的,它不仅能提高设备的生产能力,还可以简化氨的分离流程。但是对设备的材质和加工提出了更高的要求,操作中催化剂易碎,这会增加反应气体的流动NHOH??(2) 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应:3343 ?(3) 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素:3242NHCONH?(4) 氨与二氧化碳和水作用,生成碳酸氢铵:3243C?(5) 氨可与盐生成各种络合物,如 CuCl2 6NH3、CuSO 4 4NH3。??1.3 合成氨的生产方法合成氨的生产主要包括以下步骤 :第一步是造气,即制备含有氢2第一章 合成氨综述1.1 氨的用途氮元素是生命存在的基础,它是构成蛋白质的重要物质。在我们生活的大气环境中存在有大量的氮,其主要以氮气的形式存在于空气中,其体积占 78%(体积分数)以上。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程,称为固定氮。在实际生产中,固定氮的方法有电弧法、氰氨法及合成氨法。目前,固定氮最方便、最经济的方法就是合成氨,也就是直接由氮和氢合成为氨,再进一步制成1引 言氮元素是生物生存所需的基本元素之一,而合成氨则是进行固氮的最有效的方法。合成氨工业是重要的化工生产部门,迄今已有 80 多年的历史,它是一个耗能大户,世界上大约有 10%的能源用于氨的合成,其生产的氨是重要的化工原料,广泛用于制取尿素、树脂、橡胶、炸药、橡胶等。早期合成氨主要以焦炉气、水电解氢气及焦炭气化产生的水煤气为原料,70 年代开始转向以天然气、石脑油为原料 [1]。由于中国煤炭资IIProcess Design of the Section Which Synthetizes LiquidAmmonia of 300000t/aAbstract: Ammonia is an important chemical product,plays an important role in the national economy.It is very necessary to eI年产 30 万吨合成氨合成工段工艺设计摘要:氨是一种重要的化工产品,在国民经济中有重要的作用。对合成氨工艺进行设计研究,并对其过程进行设计优化。氨合成工段包括氨的合成、分离、气体再循环、惰性气体排放等基本过程,其中氨合成是合成氨工艺的中心环节。本设计主要目的是对合成氨的合成工段进行设计,根据已给组成的原料气的组成,进行工艺系统计算,包括物料衡算、热量衡算、设备的数据计算及选型等。合成工段中的主要34.2 合成塔设计 ....................................................................................................................404.2.1 合成塔筒体设计 .........................................................23.2 工艺流程图 ......................................................................................................................83.3 物料计算 .............................................................目 录摘要 .................................................................................................................................................IAbstract ......................................年产 30 万吨合成氨合成工段工艺设计
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&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&;&>一、&/span>&/strong>&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&;&>本站提供全自助服务,购买后点击下载按钮可以下载到你电脑或手机(系统不会发送文档到您的邮箱),请注意查看下载存放位置;&/span>&/p>&p style=&margin-top: 0 margin-bottom: 0 padding: 0 color: rgb(102, 102, 102); font-family: 微软雅黑, Arial, &Times New Roman&; font-size: 14 white-space: background-color: rgb(255, 255, 255);&>&strong>&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&;&>二、&/span>&/strong>&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&;&>本站具有防盗链功能,所以不要使用迅雷、旋风、网际快车等第三方辅助下载工具(不支持QQ浏览器),否则下载下来的文件只是网页或乱码;&/span>&br/>&/p>&p style=&margin-top: 0 margin-bottom: 0 padding: 0 color: rgb(102, 102, 102); font-family: 微软雅黑, Arial, &Times New Roman&; font-size: 14 white-space: background-color: rgb(255, 255, 255);&>&strong>&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&;&>三、&/span>&/strong>&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&;&>由于网络原因、下载知识欠缺、本地电脑或手机阻止下载等问题无法解决时,需要提供以下&/span>&span style=&font-family: 微软雅黑, &Microsoft YaHei&; 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