合成氨工藝合成工段仿真軟件.doc

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1、合成氨工藝合成工段仿真軟件操作手冊北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司2009年1月目錄第一章工藝原理┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2一、氨合成反應的特點┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2二、氨合成反應的化學平衡┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2三、氨合成動力學┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3四、影響合成塔操作的各種因素┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4五、氨合成主要設(shè)備┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11第二章裝置概況┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15第一節(jié)工藝流程簡述┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15第二節(jié)工藝仿真范圍┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

2、┈┈┈┈17第三節(jié)控制回路一攬表┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17第三章裝置冷態(tài)開工過程┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19一、合成系統(tǒng)開車┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19二、冷凍系統(tǒng)開車┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20第四章正常操作規(guī)程┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈21第五章裝置正常停工過程┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈24第六章事故列表┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25第七章自動保護系統(tǒng)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈27第八章下位機畫面設(shè)計┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈28第九章操作評分信息┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈35第一章工藝原理

3、氨的合成是氨廠最后一道工序，任務(wù)是在適當?shù)臏囟?、壓力和有催化劑存在的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混和氣直接合成為氨。然后將所生成的氣體氨從未合成為氨的混和氣體中冷凝分離出來，得到產(chǎn)品液氨，分離氨后的氫氮氣體循環(huán)使用。一、氨合成反應的特點氨合成的化學反應式如下：這一化學反應具有如下幾個特點：（1）是可逆反應。即在氫氣和氮氣反應生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣。（2）是放熱反應。在生成氨的同時放出熱量，反應熱與溫度、壓力有關(guān)。（3）是體積縮小的反應。（4）反應需要有催化劑才能較快的進行。二、氨合成反應的化學平衡1、平衡常數(shù)氨合成反應的平衡常數(shù)可表示為：=式中p(NH3)、p(H2)

4、、p(N2)-----為平衡狀態(tài)下氨、氫、氮的分壓。由于按合成反應是可逆、放熱、體積縮小的反應，根據(jù)平衡移動定律可知，降低溫度，提高壓力，平衡向生成氨的方向移動，因此平衡常數(shù)增大。2、平衡氨含量反應達到平衡時按在混和氣體中的百分含量，稱為平衡氨含量，或稱為氨的平衡產(chǎn)率。平衡氨含量是給定操作條件下，合成反應能達到的最大限度。計算平衡常數(shù)的目的是為了求平衡氨含量。平衡氨含量與壓力、平衡常數(shù)、惰性氣體含量、氫氮比例的關(guān)系如下：式中---平衡時氨的體積百分數(shù)-----惰性氣體的體積百分數(shù)p-----總壓力-----平衡常數(shù)r------氫氮比例由式可見，溫度降低或壓力升高時，等式右方

5、增加，因此平衡氨含量也增加。所以，在實際生產(chǎn)中，氨的合成反應均在加壓下進行。一、氨合成動力學（一）反應機理氮與氫自氣相空間向催化劑表面接近，其絕大部分自外表面向催化劑毛細孔的內(nèi)表面擴散，并在表面上進行活性吸附。吸附氮與吸附氫及氣相氫進行化學反應，一次生成NH、NH2、、NH3。后者至表面脫附后進入氣相空間?？蓪⒄麄€過程表示如下：在上述反應過程中，當氣流速度相當大，催化劑粒度足夠小時，外擴散光和內(nèi)擴散因素對反應影響很小，而在鐵催化劑上吸附氮的速度在數(shù)值上很接近于合成氨的速度，即氮的活性吸附步驟進行的最慢，是決定反應速度的關(guān)鍵。這就是說按得合成反應速度是由氮的吸附速度所控制的。（

6、二）反應速度反應速度是以單位時間內(nèi)反應物質(zhì)濃度的減少量或生成物質(zhì)濃度的增加量來表示。在工業(yè)生產(chǎn)中，不僅要求獲得較高的氨含量，同時還要求有較快的反應速度，以便在單位時間內(nèi)有較多的氫和氮合成為氨。根據(jù)氮在催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟、氮在催化劑表面成中等覆蓋度、吸附表面很不均勻等條件，捷姆金和佩熱夫?qū)У玫乃俣确匠淌饺缦拢篧-----反應的瞬時總速度，為正反應和逆反應速度之差、----正、逆反應速度常數(shù)----為氫、氮、氨氣體的分壓。（三）內(nèi)擴散的影響當催化劑的顆粒直徑為1mm時，內(nèi)擴散速度是反應速度的百倍以上，故內(nèi)擴散的影響可忽略不計。但當半徑大于5mm時，內(nèi)擴散

7、速度已經(jīng)比反應速度慢，其影響就不能忽視了。催化劑毛細孔的直徑愈小和毛細孔愈長（顆粒直徑愈大），則內(nèi)擴散的影響愈大。實際生產(chǎn)中，在合成塔結(jié)構(gòu)和催化層阻力允許的情況下，應當采用粒度較小的催化劑，以減小被擴散的影響，提高內(nèi)表面利用率，加快氨的生成速度。一、影響合成塔操作的各種因素1、影響合成塔反應的條件：催化的合成反應可用下式表示：在推薦的操作條件下，合成塔出口氣中氨含量約13.9%（分子）沒有反應的氣體循環(huán)返回合成塔，最后仍變?yōu)楫a(chǎn)品。（一）溫度：溫度變化時對合成氨反應的影響有二方面，它同時影響平衡濃度及反應