合成氨是重要的化工产品,被广泛的应用于农业、工业、国防、医药、冶金等方面,在国民经济中具有十分重要的意义。我国拥有多种原料、不同流程的大、中、小型合成氨厂1000多个,其中年产30万吨合成氨装置有40多套,氨年产量居世界第一。我国的大型合成氨装置绝大多数为引进技术,各厂都还存在着设备缺陷、操作不够熟练、外部条件不够完善等一系列问题,装置运转效率不高,生产能耗达不到设计值,过程模拟技术正是解决这一问题最有效的手段。过程模拟技术是与实验研究同样可靠和更为有效的一种研究手段,其应用极大地促进化学工业的发展。化工过程模拟能使设计最优化,提高设计效率,结果得到效率较高的工厂生产;对寻找故障,消除“瓶颈”,优化生产条件和操作参数而进行旧厂改进都有非常重要的现实意义。本论文就是以此为出发点,以四川天华公司布朗工艺合成氨装置为工业背景,对布朗合成氨工艺过程进行分析,并对部分关键设备进行模拟计算。本文主要包括一段转化炉和氨合成塔的建模和计算。其中一段转化炉同时建立炉膛燃烧传热模型和管内气固相催化反应模型。炉膛燃烧传热过程采用Hottle区域法建立三维辐射换热模型,与管内的气固相催化反应动力学模型迭代求解,得出了炉膛三维温度分布以及管内温度、压力、组成随转化深度的分布。由于炉膛燃烧传热模型采用三维模型,与传统的一维和二维模型比较,数学模型能够与实际情况更好的吻合。合成塔采用一维拟均相数学模型,认为反应气体以活塞流通过催化床层,忽略径向的温度梯度、浓度梯度和压力变化,将催化剂中毒、老化等原因合并为一校正系数。通过计算得出了各组分含量、催化剂床层温度和压力随转化深度的变化。计算结果与现场实际测量值基本吻合,误差在允许范围内,验证了数学模型及计算过程的正确性。