合成氨合成工段課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p><b>　　符號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>　　第一章 總 論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　氨是一種重要的含氮化合物。氮是蛋白質(zhì)質(zhì)中不可缺少的部分，是人類(lèi)和一切生物所必須的養(yǎng)料；可以說(shuō)沒(méi)有氮，就沒(méi)有蛋白質(zhì)，沒(méi)有蛋白質(zhì)，

2、就沒(méi)有生命。大氣中存在有大量的氮，在空氣中氨占78％（體積分?jǐn)?shù)）以上，它是以游離狀態(tài)存在的。但是，如此豐富的氮，通常狀況下不能為生物直接吸收，只有將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)化為化合物狀態(tài)，才能被植物吸收，然后再轉(zhuǎn)化成人和動(dòng)物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。把大氣中的游離氮固定下來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂盏幕衔锏倪^(guò)程，稱(chēng)為固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氫合成為氨，再進(jìn)一步制成化學(xué)肥料或用于其它工業(yè)。</p>&l

3、t;p>　　在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，氨占有重要地位，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重大意義。氨主要用來(lái)制作化肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工產(chǎn)品有尿素、硝酸銨、氯化氨和碳酸氫氨以及磷酸銨、氮磷鉀混合肥等。氨也是非常重要的工業(yè)原料，在化學(xué)纖維、塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素作為氮元素的來(lái)源生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、尼龍-6、丙烯腈等單體和尿醛樹(shù)脂等產(chǎn)品。由氨制成的硝酸，是各種炸藥和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各種炸藥。硝酸銨既是優(yōu)良的化肥，又是安全炸

4、藥，在礦山開(kāi)發(fā)等基本建設(shè)中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　氨在其他工業(yè)中的應(yīng)用也非常廣泛。在石油煉制、橡膠工業(yè)、冶金工業(yè)和機(jī)械加工等部門(mén)以及輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)部門(mén)中，氨及其加工產(chǎn)品都是不可缺少的。例如制冷、空調(diào)、食品冷藏系統(tǒng)大多數(shù)都是用氨作為制冷劑。</p><p><b>　　1.2 氨的性質(zhì)</b></p><p>　　1.2.1 氨的

5、物理性質(zhì)</p><p>　　氨在常溫下是無(wú)色氣體，比空氣輕，具有刺激性臭味，能刺激人體感官粘膜空氣中，含氨大于0.01％時(shí)即會(huì)引起人體慢性中毒。</p><p>　　氣態(tài)氨易溶于水，成為氨水，氨水呈弱堿性。氨在水中的溶解度隨壓力增大而降低。氨水在溶解時(shí)放出大量熱。氨水中的氨極易揮發(fā)。</p><p>　　常壓下氣態(tài)氨需冷卻到-33.35 ℃（沸點(diǎn)）才能液化。而在常

6、溫下需加壓到0.87MPa時(shí)才能液化。液氨為無(wú)色液體，氣化時(shí)吸收大量的熱。</p><p>　　1.2.2氨的化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　⑴ 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物,并能進(jìn)一步與水作用,制得硝酸：</p><p>　?、?氨與酸或酐反應(yīng)生成鹽類(lèi),是制造氮肥的基本反應(yīng)：</p><p>　　⑶ 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨,進(jìn)一

7、步脫水成為尿素：</p><p>　?、?氨與二氧化碳和水作用,生成碳酸氫銨：</p><p>　　(5) 氨可與鹽生成各種絡(luò)合物，如CuCl2?6NH3、CuSO4?4NH3。</p><p>　　氨與空氣(或氧)的混合氣,在一定濃度范圍內(nèi)能發(fā)生劇烈的氧化作用而爆</p><p>　　炸。在常溫常壓下，氨與空氣爆炸極限為15%～28%(NH

8、3)。100℃，0.1 MPa下，爆炸極限為14.5%～29.5%(NH3)。</p><p>　　1.3 原料氣來(lái)源</p><p>　　原料氣主要有兩部分：氮?dú)?、氫氣。氮?dú)庵饕菑目諝庵刑崛?。氫氣是從半水煤氣中提取的，以煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸氣混合氣，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)生成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮?dú)?、及甲烷等混合氣體的過(guò)程。在氣化過(guò)程中所使用

9、的空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸氣混合氣等稱(chēng)為汽化劑。這種生成的混合氣稱(chēng)為煤氣。</p><p>　　煤氣的成分取決于燃料和汽化劑的種類(lèi)以及進(jìn)行汽化的條件。根據(jù)所用汽化劑的不同，工業(yè)煤氣可分為下列四種：</p><p>　　空氣煤氣：以空氣為汽化劑制取的煤氣，又稱(chēng)為吹風(fēng)氣。</p><p>　　水煤氣：以水蒸氣（或水蒸氣與氧的混合氣）為汽化劑制取的煤氣。</p&

10、gt;<p>　　混合煤氣：以空氣和適量的水蒸氣為汽化劑制取的煤氣，一般作燃料用。</p><p>　　半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（H2+CO）/N2=3.1～3.2的一個(gè)特例?？捎谜魵馀c適量的空氣或蒸氣與適量的富養(yǎng)空氣為汽化劑制得，也可用水煤氣與吹風(fēng)混合配制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用半水煤氣，半水煤氣經(jīng)過(guò)凈化后得到純凈的氫氣，再配制適量的氮?dú)?，成為合成氨的原料?/p>

11、，其中含有氮?dú)狻錃?、以及惰性氣體甲烷和氬。</p><p><b>　　1.4 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，也是一些工業(yè)部門(mén)的重要原料，它的迅速發(fā)展促進(jìn)了一系列科學(xué)技術(shù)和化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用必將日益顯著。</p><p>　　1.4.1 合成氨工業(yè)的發(fā)展&

12、lt;/p><p>　　合成氨工業(yè)在20世紀(jì)初期形成，開(kāi)始用氨作為火炸藥工業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù);第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,轉(zhuǎn)向?yàn)檗r(nóng)業(yè)、工業(yè)服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氨的需要量日益增長(zhǎng)，近30年來(lái)合成氨工業(yè)發(fā)展很快。目前，國(guó)內(nèi)合成氨年生產(chǎn)能力30萬(wàn)噸以上的大型企業(yè)有26家，合成氨年生產(chǎn)能力10萬(wàn)噸以上的中型企業(yè)有100多家，其他還有800多家小氮肥廠(chǎng)也生產(chǎn)約占總量60%的合成氨。</p><p>

13、　　1.4.2合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)合成氨工業(yè)存在一些特殊問(wèn)題，一是氮肥資源緊張。國(guó)際上以天然氣為原料的氮肥占85%。而我國(guó)氮肥原料以煤為主，天然氣僅占20%，我國(guó)氮肥行業(yè)急需解決采用成熟的粉煤氣化技術(shù)，以本地粉煤代替無(wú)煙塊煤。建議針對(duì)不同企業(yè)采用不同的技術(shù)路線(xiàn)。內(nèi)技術(shù)進(jìn)行改造。同時(shí)，對(duì)于有廉價(jià)天然氣資源的地區(qū)，鼓勵(lì)采用天然氣改造現(xiàn)有裝置或建設(shè)天然氣化肥基地。二是企業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)集中度低，

14、技術(shù)水平不高。在氮肥行業(yè)，要推廣新型煤氣化技術(shù)，包括粉煤氣化、水煤漿氣化技術(shù)等；新型凈化技術(shù)，如低溫變換、低溫甲醇洗MDEA等凈化技術(shù)；新型氨合成塔及大型低壓合成的成套技術(shù)和裝備。</p><p>　　1.4.3合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì): ①原料路線(xiàn)的變化方向。煤的儲(chǔ)量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價(jià)后,從煤制氨路線(xiàn)重新受到重視,

15、但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預(yù)計(jì)到20世紀(jì)末,世界大多數(shù)合成氨廠(chǎng)仍將以氣體燃料為主要原料。②節(jié)能和降耗。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、開(kāi)發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。③與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產(chǎn)尿素、純堿、碳酸

16、氫銨的原料。</p><p>　　到2010年，力爭(zhēng)組建50家大型企業(yè)集團(tuán)，大型氮肥廠(chǎng)合成氨平均規(guī)模達(dá)40萬(wàn)噸/年以上，中型氮肥廠(chǎng)平均規(guī)模達(dá)20萬(wàn)噸/年以上。其產(chǎn)品集中度達(dá)到50%，并形成3-5家在國(guó)際上有一定影響的大型企業(yè)集團(tuán)。同時(shí)，調(diào)整企業(yè)結(jié)構(gòu)，減少基礎(chǔ)肥料生產(chǎn)廠(chǎng)數(shù)量，提高單套裝置的規(guī)模，使合成氨工業(yè)朝現(xiàn)代化又邁進(jìn)一步。 </p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)任務(wù)的項(xiàng)目來(lái)源</p&

17、gt;<p>　　本課題是指導(dǎo)老師提高畢業(yè)生設(shè)計(jì)能力而選定的。希望通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生可以較好地把理論學(xué)習(xí)中的分散知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際生產(chǎn)操作有機(jī)結(jié)合起來(lái)，得到較為合理的設(shè)計(jì)成果，達(dá)到課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練的目的，提高學(xué)生分析和解決化工實(shí)際問(wèn)題的能力。 </p><p>　　第二章 流程方案的確定</p><p><b>　　2.1 生產(chǎn)原理</b></p&g

18、t;<p>　　氨是由氣態(tài)氮和氫在適宜溫度壓力,并有觸媒的作用下發(fā)生反應(yīng)的,其反應(yīng)式為： </p><p>　　此式為一不可逆，放熱，體積縮小的反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程為： 氨合成的反應(yīng)特點(diǎn)：</p><p>　　⑴ 反應(yīng)過(guò)程要在高壓下進(jìn)行，壓力越高，越有利于氨的合成。</p><p>　?、?溫度低時(shí)，反應(yīng)有利于向氨合成的方向進(jìn)行，但反應(yīng)速度較慢，提高

19、溫度不利于反應(yīng)平衡，但可以加快反應(yīng)速度，在實(shí)際操作中，溫度的選擇取決于觸媒的活性。</p><p>　?、?必須借助觸媒，以加快反應(yīng)速度。</p><p>　　⑷ 混合氣中氫、氮含量越高越有利于反應(yīng)，因此，氣體中惰性氣體含量越少越好。 </p><p>　　2.2 各生產(chǎn)方法及特點(diǎn)</p><p>　　合成氨的生產(chǎn)主要包括三個(gè)步驟 ：&l

20、t;/p><p>　　第一步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；第二步是凈化，不論選擇什么原料，用什么方法造氣，都必須對(duì)原料氣進(jìn)行凈化處理，以除去氫、氮以外的雜質(zhì)；第三步是壓縮和合成，將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下合成為氨。</p><p>　　目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種類(lèi)的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。</p><p

21、><b>　　(1) 低壓法 </b></p><p>　　操作壓力低于20 MPa的稱(chēng)低壓。采用活性強(qiáng)的亞鐵氰化物作催化劑，但它對(duì)毒物很敏感，所以對(duì)氣體中的雜質(zhì)（CO、CO2）要求十分嚴(yán)格。也可用磁鐵礦作催化劑，操作溫度450～550 ℃。該法的優(yōu)點(diǎn)是由于操作壓力和溫度較低，對(duì)設(shè)備、管道的材質(zhì)要求低、生產(chǎn)容易管理，但低壓法合成率不高，合成塔出口氣體中含氮約8％～10％，所以催化劑的生

22、產(chǎn)能力比較低；同時(shí)由于壓力低而必須將循環(huán)氣降至-20℃的低溫才能使氣體中的氨液化，分離比較完全，所以需要設(shè)置龐大的冷凍設(shè)備，使得流程復(fù)雜，且生產(chǎn)成本較高。</p><p><b>　　(2) 高壓法</b></p><p>　　操作壓力為60 MPa 以上的稱(chēng)為高壓法，其操作溫度大致為550～650 ℃。高壓法的優(yōu)點(diǎn)是，氨合成的效率高，合成氨出口氣體中含氨達(dá)25％～3

23、0％，催化劑的生產(chǎn)能力較大。由于壓力高，一般用水冷的方法氣體中的氨就能得到完全的分離，而不需要氨冷。從而簡(jiǎn)化了流程；設(shè)備和流程比較低緊湊，設(shè)備規(guī)格小，投資少，但由于在高壓高溫下操作，對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)要求比較高。合成塔需用高鎳優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，即使這樣，也會(huì)產(chǎn)生破裂。高壓法管理比較復(fù)雜，特別是由于合成率高，催化劑層內(nèi)的反應(yīng)熱不易排除而使催化劑長(zhǎng)期處于高溫下操作，容易失去活性。</p><p><b>　　

24、(3) 中壓法 </b></p><p>　　操作壓力為20～35 MPa的稱(chēng)為中壓法，操作溫度為450～550 ℃。中壓法的優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法中間，但從經(jīng)濟(jì)效果來(lái)看，設(shè)備投資費(fèi)用和生產(chǎn)費(fèi)用都比較低。</p><p>　　氨合成的上述三種方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)，不能簡(jiǎn)單的比較其優(yōu)劣。世界上合成氨總的發(fā)展趨勢(shì)多采用中壓法，其壓力范圍多數(shù)為30～35 MPa。本設(shè)計(jì)采用中壓法，操

25、作壓力為32 MPa。</p><p>　　2.3 工藝流程的選擇</p><p>　　合成氨的生產(chǎn)工藝條件必須滿(mǎn)足產(chǎn)量高，消耗低，工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便及安全可靠等要求。決定生產(chǎn)條件最主要的因素有操作壓力、反應(yīng)溫度、空間速度和氣體組成等。</p><p>　　(1) 最適宜的操作壓力 </p><p>　　氨合成反應(yīng)是氣體體積

26、縮小的反應(yīng)，提高壓力有利于反應(yīng)平衡向右移動(dòng)。壓力增加平衡常數(shù)增大，因而平衡氨含量也增大。所以，提高壓力對(duì)氨合成反應(yīng)的平衡和反應(yīng)速度都有利，在一定空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值越高，合成塔的生產(chǎn)能力也越大。氨合成壓力的高低，是影響氨合成生產(chǎn)中能量消耗的主要因素之一。主要能量消耗包括原料氣壓縮功、循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加，合成氨凈值增高，單位氨所需要的循環(huán)氣量減少，因而循環(huán)氣壓縮功減少，同時(shí)

27、壓力高也有利于氨的分離，在較高氣溫下，氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。但是壓力高時(shí)，對(duì)設(shè)備的材料和制造的要求均高。同時(shí)，高壓下反應(yīng)溫度一般較高，催化劑使用壽命也比較短，操作管理比較困難。所以要根據(jù)能量消耗、原料費(fèi)用、設(shè)備投資等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果來(lái)選擇操作壓力。目前我國(guó)中小型合成氨廠(chǎng)合成操作壓力大多采用20~32 MPa。</p><p>　　(2) 最適宜的反應(yīng)溫度 </p><p>　　

28、合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡常數(shù)下降，平衡氨含量必定減少。因此從化學(xué)平衡角度考慮，應(yīng)盡可能采用較低的反應(yīng)溫度。實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮反應(yīng)速率的要求。為了提高反應(yīng)速率，必須使用催化劑才能實(shí)現(xiàn)氨合成反應(yīng)。而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性范圍內(nèi)。合成氨生產(chǎn)所用的催化劑活性溫度在400~500 ℃。反應(yīng)溫度不能低于活性溫度，在活性溫度范圍內(nèi)選用較低溫度，也有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽

29、命。在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于任意一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)化率都存在一個(gè)最大的反應(yīng)速率的溫度，即最佳溫度。就整個(gè)反應(yīng)過(guò)程來(lái)說(shuō)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率不斷增加，最佳溫度隨轉(zhuǎn)化率增加而降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能沿著最佳溫度曲線(xiàn)進(jìn)行。</p><p>　　反應(yīng)溫度的控制還與催化劑的使用時(shí)間有關(guān)。新的催化劑因活性比較高，可采用較低的溫度。在中期活性降低，操作溫度應(yīng)比初期適當(dāng)提高8~10 ℃。催化劑使用到末期，活性因衰老而減弱，應(yīng)再適

30、當(dāng)提高溫度。</p><p><b>　　(3) 空間速度 </b></p><p>　　空間速度反映氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短?？臻g速度增加，氣體與催化劑接觸時(shí)間減少，反應(yīng)物來(lái)不及反應(yīng)就離開(kāi)了反應(yīng)區(qū)域，因此將是合成塔出口氣體中氨含量降低，即氨凈值降低。但由于氨凈值降低的程度比空間速度的增大倍數(shù)要少，所以當(dāng)空間速度增加時(shí)，合成氨的產(chǎn)量也有所增加。</p>

31、<p>　　在其他條件一定時(shí)，增加空間速度能提高合成氨的生產(chǎn)強(qiáng)度。但空間速度增大，將使系統(tǒng)阻力增加，壓縮循環(huán)氣功耗增加，分離氨所需的冷凍量也增大，因此冷凍功耗增加。同時(shí)，單位循環(huán)氣量的產(chǎn)氨量減少。但在一定限度內(nèi)，其他條件不變，增加空間速度，合成氨產(chǎn)量增加，單位時(shí)間所得的總反應(yīng)熱增多，通過(guò)水冷器和氨冷器的氣體流量增大，需要移走的熱量增多，導(dǎo)致冷凝器的冷卻面積要相應(yīng)增大，否則就不能將高流速氣體中的氨冷凝下來(lái)。此外，空間速度增大，

32、使出塔氣體中氨的百分含量降低，為了使氨從混合氣中冷凝分離出來(lái)，必須降低出塔氣體溫度，這樣就要消耗更多的冷凍量，導(dǎo)致冷凍功耗增加。</p><p>　　綜合以上各方面的考慮，空間速度的增加是有限度的。目前，國(guó)內(nèi)一些小型合成氨廠(chǎng)合成壓力在30 MPa左右的，空間速度選擇在2000~3000每小時(shí)之間。</p><p>　　工業(yè)上采用的氨合成工藝流程雖然很多，而且流程中設(shè)備結(jié)構(gòu)操作條件也各有差異

33、，但實(shí)現(xiàn)氨合成過(guò)程的基本步驟是相同的，都必須包括以下幾個(gè)步驟：氮、氫原料氣的壓縮并補(bǔ)充到循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對(duì)未反應(yīng)氣體補(bǔ)充壓力，循環(huán)使用；排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。</p><p>　　流程設(shè)計(jì)在于合理地配置上述幾個(gè)步驟，以便得到較好的技術(shù)效果，同時(shí)在生產(chǎn)上穩(wěn)定可靠。</p><p>　　從氫氮混合氣體中分離氨的方法大致有兩種：

34、水吸收法、冷凝法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用冷凝法。一般含氨混合氣體的冷凝分離是經(jīng)水冷卻器和氨冷囂二步實(shí)現(xiàn)的。液氨在氨分離器中與循環(huán)氣體分開(kāi)，減壓送入貯槽。貯槽壓力一般為1.6～1.8 MPa，此時(shí)，冷凝過(guò)程中溶解在液氨中的氫、氮及惰性氣體大部分可減壓釋放出來(lái)，即弛放氣。</p><p>　　2.4 合成塔進(jìn)口氣的組成</p><p>　　合成塔進(jìn)口氣體組成

35、包括氫氮比、惰性氣體含量和塔進(jìn)口氨含量。</p><p><b>　　(1) 氫氮比 </b></p><p>　　當(dāng)氫氮比為3:1時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)可以獲得最大的平衡氨濃度，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氮比隨著氨含量的變化而變化。從氨的合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理可知，氮的活性吸附是合成氨反應(yīng)過(guò)程速度的控制步驟，因此適當(dāng)提高氮?dú)鉂舛?，?duì)氨合成反應(yīng)速度有利。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)塔

36、氣體的氫氮比控制在2.8~2.9比較適宜。</p><p><b>　　(2) 惰性氣體</b></p><p>　　在混合氣體中含有甲烷和氬氣等，統(tǒng)稱(chēng)為惰性氣體。惰性氣體不參與反應(yīng)，也不毒害催化劑，但由于他們的存在會(huì)降低氫氮比的分壓。無(wú)論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)角度分析，他們都是有弊無(wú)利的，導(dǎo)致氨的生產(chǎn)率下降。</p><p>　　惰性氣體來(lái)源于

37、新鮮氣，隨著合成反應(yīng)的進(jìn)行，它們不參與反應(yīng)而在系統(tǒng)中積累，這樣合成系統(tǒng)中惰性氣體越來(lái)越多，為了提高氨的合成率，必須不斷在循環(huán)氣中將它們排放出去。排放量多，可以使合成系統(tǒng)惰性氣體含量降低，氨的合成率提高。但是氫氮?dú)夂筒糠职币搽S之排放，造成一定損失，故循環(huán)氣體中惰性氣體的控制含量不能過(guò)高也不能過(guò)低。</p><p>　　循環(huán)氣體中惰性氣體的控制還與操作壓力和催化劑活性有關(guān)。操作壓力比較高，及催化劑活性比較好時(shí)，惰性氣

38、體的含量可以高一些。相反，則要控制低一些。由于原料氣的制備與凈化方法不同，新鮮氣體中惰性氣體的含量也不同。在生產(chǎn)中，一般要保持新鮮氣中含惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)在0.5%~1.0%之間，并控制循環(huán)氣中惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)在10%~15%之間。</p><p>　　(3) 塔進(jìn)口氨含量 </p><p>　　進(jìn)塔氣體中氨的含量，主要決定于氨分離時(shí)的冷凝溫度和分離效率。冷凝溫度越低，分離效果越好，則

39、進(jìn)塔氣體中氨含量也就越低。降低進(jìn)口氨含量，可加快反應(yīng)速度，提高氨凈值和生產(chǎn)能力。但將進(jìn)口氨含量降的過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致冷凍功耗增加過(guò)多，經(jīng)濟(jì)上并不可取。</p><p>　　進(jìn)口氨含量還與合成操作壓力和冷凝溫度有關(guān)。壓力高，氨合成反應(yīng)速度快，進(jìn)口氨含量可適當(dāng)控制高一些；壓力低，為保持一定的反應(yīng)速度，進(jìn)口氨含量可適當(dāng)控制低一些。</p><p>　　綜合考慮的結(jié)果，一般中小型合成氨廠(chǎng)當(dāng)操作壓力在30

40、 MPa左右時(shí)，塔進(jìn)口氨含量約控制在2.5%~3.5%之間。對(duì)于壓力在15 MPa的合成氨廠(chǎng)，一般應(yīng)控制在2.0%左右。本設(shè)計(jì)中塔進(jìn)口氨含量控制為2.5% 。</p><p>　　第三章 工藝流程簡(jiǎn)述</p><p>　　3.1 合成工段工藝流程簡(jiǎn)述</p><p>　　由氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)送來(lái)的35℃的新鮮氣，在油分離器中與循環(huán)機(jī)來(lái)的循環(huán)氣混合，除去氣體中的油、水及

41、其雜質(zhì)。混合氣進(jìn)冷交換器上部換熱管內(nèi)，與冷交換器下部來(lái)的冷氣體進(jìn)行換熱回收冷量，熱氣體被冷卻至17℃，然后進(jìn)入氨冷器。氣體在管內(nèi)流動(dòng)，液氨在管外蒸發(fā)，由于氨大量蒸發(fā)吸收了混合氣的熱量，使管內(nèi)氣體進(jìn)一步冷卻至-10℃，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用氨分離器將液氨分離。</p><p>　　分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至25℃后出冷交換器。然后氣體分兩股進(jìn)入合成塔，一股主線(xiàn)經(jīng)主閥由塔頂進(jìn)

42、入塔內(nèi)環(huán)隙，另一股副線(xiàn)經(jīng)副閥從倒塔底進(jìn)入塔內(nèi)中心管，以調(diào)節(jié)催化劑床層溫度。入塔氣氨含量為2.5%。反應(yīng)換熱后溫度降為140~160℃，氨含量13%的反應(yīng)氣體出合成塔進(jìn)入水冷器，氣體經(jīng)水冷器冷卻至常溫，其中部分氣氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。</p><p>　　為降低惰性氣體含量，保持循環(huán)系統(tǒng)中一定量的惰性氣體，循環(huán)氣岀氨分離器后部分放空，然后進(jìn)循環(huán)機(jī)增壓后送往油分離器，從而完成一個(gè)循環(huán)。</p>

43、<p>　　冷交換器和氨分離器內(nèi)的液氨，經(jīng)液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)減壓后送往液氨貯槽。</p><p>　　該流程具有能如下一些特征：</p><p>　　氨合成反應(yīng)熱未充分予以回收，用來(lái)副產(chǎn)蒸汽，或用來(lái)預(yù)熱鍋爐給水。</p><p>　　流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資抵。</p><p>　　放空氣位置設(shè)在惰性氣體含量最高，氨含量較低處以減少氨和原料氣

44、損失。</p><p>　　循環(huán)機(jī)位于水冷器和氨冷器之間，適用于有油潤(rùn)滑往復(fù)式壓縮機(jī)。</p><p>　　新鮮氣和循環(huán)氣中油、水及雜質(zhì)可通過(guò)氨冷器低溫液氨洗滌后除去。</p><p>　　3.2 工藝流程方框圖</p><p>　　圖3-1合成氨工藝流程方框圖</p><p><b>　　第四章 工藝計(jì)

45、算</b></p><p>　　4.1 物料衡算</p><p><b>　　4.1.1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1. 年產(chǎn)20萬(wàn)噸液氨,設(shè)計(jì)裕度及液氨損失均不計(jì)</p><p>　　2. 精煉氣組成（%）：如下表</p><p>　　表4-1-1精煉氣組成（mol％

46、）</p><p>　　3. 合成塔入口氨含量（mol％）：</p><p>　　合成塔出口氨含量（mol％）：</p><p>　　合成塔入口惰性氣體含量（mol％）：</p><p>　　4. 合成塔操作壓力: 32MPa(絕壓)</p><p>　　5. 精煉氣溫度：35℃</p><p&g

47、t;　　6. 水冷器出口溫度：35℃</p><p>　　7. 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差：1.47Mpa</p><p>　　8. 年工作日：330天</p><p>　　9. 產(chǎn)量：25.2525t NH3/h</p><p>　　10. 計(jì)算基準(zhǔn)：生產(chǎn)1噸液氨</p><p>　　4.1.2計(jì)算物料點(diǎn)流程圖</p&g

48、t;<p>　　1 2 3 4 5------精煉氣 6 7 8 9 10 11 12 14 17 18------合成氣；</p><p>　　13------放空氣 20------弛放氣 15.16.19.21------液氨 </p><p>　　圖4-1-1 計(jì)算物料點(diǎn)流程圖<

49、;/p><p>　　4.1.3合成塔入口氣組分</p><p><b>　　根據(jù)計(jì)算依據(jù)有</b></p><p><b>　　入塔氨含量：</b></p><p><b>　　入塔甲烷含量：</b></p><p><b>　　入塔氬含量：<

50、;/b></p><p><b>　　入塔氫含量：</b></p><p><b>　　入塔氮含量：</b></p><p>　　表4-1-2 入塔氣組分含量（%）</p><p>　　4.1.4合成塔出口氣組分</p><p>　　以 入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分，&

51、lt;/p><p>　　由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量：</p><p><b>　　出塔氣量: </b></p><p><b>　　出塔氨含量： </b></p><p><b>　　出塔甲烷含量：</b></p><p><b>　　出塔氨含量：

52、 </b></p><p><b>　　出塔氫含量： </b></p><p><b>　　出塔氮含量： </b></p><p>　　表4-1-3 出塔氣體組分含量（%）</p><p><b>　　4.1.5合成率</b></p><

53、;p>　　4.1.6氨分離器氣液平衡計(jì)算</p><p>　　已知氨分離器入口混合物組分</p><p>　　表4-1-4 氨分離器入口混合物組分</p><p>　　查 ，各組分平衡常數(shù)：</p><p>　　表4-1-5 平衡常數(shù)表</p><p>　　設(shè)時(shí)，代入計(jì)算各組分溶解液量:</

54、p><p><b>　　分離液體量：</b></p><p><b>　　分離氣體量：</b></p><p><b>　　計(jì)算氣液比：</b></p><p>　　結(jié)果合理從而可計(jì)算出液體中各組分含量：</p><p><b>　　液體中氨含量：

55、</b></p><p><b>　　液體中氬含量：</b></p><p><b>　　液體中甲烷含量： </b></p><p><b>　　液體中氫含量：</b></p><p><b>　　液體中氮含量：</b></p>

56、<p>　　表4-1-6 氨分離器出口液體含量（%）</p><p><b>　　分離氣體組分含量：</b></p><p><b>　　氣體氨含量 </b></p><p><b>　　氣體甲烷含量 </b></p><p><b>　　氣體氬含量

57、 </b></p><p><b>　　氣體氫含量 </b></p><p><b>　　氣體氮含量 </b></p><p>　　表4-1-7 氨分離器出口氣體含量（%）</p><p>　　4.1.7冷交換器氣液平衡計(jì)算</p><p>　　根據(jù)氣液平

58、衡原理，由于冷交換器第二次出口氣體含量等于合成塔進(jìn)口氣體含量，由合成塔入口氣體含量和操作條件下的分離溫度可查出，便可解出。</p><p>　　查 , 的平衡常數(shù)：</p><p>　　表4-1-8 平衡常數(shù)表</p><p>　　冷交換器出口液體組分含量：</p><p><b>　　出口液體氨含量 </b>&

59、lt;/p><p><b>　　出口液體甲烷含量 </b></p><p><b>　　出口液體氬含量 </b></p><p><b>　　出口液體氫含量 </b></p><p><b>　　出口液體氮含量 </b></p><p>

60、;　　表4-1-9 冷交換器出口液體組分含量（%）</p><p>　　4.1.8液氨貯槽氣液平衡計(jì)算</p><p>　　圖4-1-2 液氨貯槽氣液平衡圖</p><p>　　由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣;兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的百分?jǐn)?shù)。</p>&

61、lt;p>　　水冷后分離液氨占總量的，冷交分離液氨占總量的。</p><p>　　以液氨貯槽入口 液體計(jì)算為準(zhǔn)，即 ，入口液體混合后組分含量：</p><p><b>　　混合后入口氨含量：</b></p><p>　　混合后入口甲烷含量：</p><p><b>　　混合后入口氬含量：</b>

62、;</p><p><b>　　混合后入口氫含量：</b></p><p><b>　　混合后入口氮含量：</b></p><p>　　表4-1-10 液氨貯槽入口液體含量（%）</p><p>　　當(dāng) (由熱平衡計(jì)算得) 平衡常數(shù)：</p><p>　　表4-1-

63、11 平衡常數(shù)表</p><p>　　根據(jù)氣液平衡 ,設(shè) ,代入上式得:</p><p><b>　　出口液體氨含量：</b></p><p><b>　　出口液體甲烷含量：</b></p><p><b>　　出口液體氬含量：</b></p><p

64、><b>　　出口液體氫氣含量：</b></p><p><b>　　出口液體氮?dú)夂浚?lt;/b></p><p><b>　　出口液體總量：</b></p><p><b>　　出口氣體總量：</b></p><p><b>　　l<

65、/b></p><p><b>　　出口液體組分含量 </b></p><p><b>　　出口液體氨含量：</b></p><p><b>　　出口液體甲烷含量：</b></p><p><b>　　出口液體氬含量：</b></p>

66、<p><b>　　出口液體氫氣含量：</b></p><p><b>　　出口液體氮?dú)夂浚?lt;/b></p><p>　　表4-1-12 液氨貯槽出口液氨組分（%）</p><p>　　出口弛放氣組分含量：</p><p><b>　　弛放氣氨含量：</b>

67、</p><p><b>　　弛放氣甲烷含量：</b></p><p><b>　　弛放氣氬含量：</b></p><p><b>　　弛放氣氫氣含量：</b></p><p><b>　　弛放氣氮?dú)夂浚?lt;/b></p><p>

68、　　表4-1-13 出口弛放氣組分含量(%)</p><p>　　4.1.9液氨貯槽物料計(jì)算</p><p>　　以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量</p><p><b>　　其中NH3 </b></p><p><b>　　CH4 </b></p&

69、gt;<p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　液氨貯槽出口弛放氣 </p><p><b>　　其中 NH3 </b>

70、</p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　

71、液氨貯槽出口總物料</b></p><p><b>　　液氨貯槽進(jìn)口液體：</b></p><p><b>　　由物料平衡，，</b></p><p>　　入口液體各組分含量計(jì)算：</p><p><b>　　其中 NH3 </b></p><

72、p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　入口液體中組分含量核算,由 </p>

73、<p>　　入口液體中氨含量 </p><p>　　入口液體中甲烷含量 </p><p>　　入口液體中氬含量 </p><p>　　入口液體中氫氣含量 </p><p>　　入口液體中氮?dú)夂?</p><p>　　入口液體中組分含量 </p><p>　　4

74、.1.10合成系統(tǒng)物料計(jì)算</p><p>　　將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充氣 ,離開(kāi)該系統(tǒng)的物料有放空氣 ，液氨貯槽弛放氣 ，產(chǎn)品液氨 ，見(jiàn)圖4-1-3所示： </p><p>　　圖4-1-3 合成系統(tǒng)物料計(jì)算示意圖</p><p>　　由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表4-1-14 合成系統(tǒng)物料

75、計(jì)算數(shù)據(jù)</p><p>　　根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求,,,: </p><p><b>　　循環(huán)回路中氫平衡：</b></p><p><b>　　循環(huán)回路中氮平衡:</b></p><p>　　循環(huán)回路中惰性氣體平衡:</p><p>　　循環(huán)回路中惰性氣體平衡:&l

76、t;/p><p>　　循環(huán)回路中總物料平衡: </p><p><b>　　聯(lián)立各式解得：</b></p><p><b>　　; ; ; </b></p><p>　　4.1.11合成塔物料計(jì)算</p><p><b>　　入塔物料： </b><

77、;/p><p><b>　　其中 NH3 </b></p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　

78、N2 </b></p><p>　　合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料</p><p><b>　　即　　 </b></p><p><b>　　出塔物料　 </b></p><p><b>　　NH3 </b></p>

79、<p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　合成塔生成氨

80、含量：</b></p><p>　　廢熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　4.1.12水冷器物料計(jì)算</p><p>　　進(jìn)器物料：水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器出口物料，即 </p><p>　　出器物

81、料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計(jì)算得氣液比 ，,有如下方程:</p><p><b>　　將 代入 得:</b></p><p><b>　　出口氣體組分由得:</b></p><p>　　其中， NH3 </p><p><b>　　CH4 </

82、b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　出口液體各組分由 得</p><p>　　其中 NH3 <

83、;/p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　4.1.13氨分離器物

84、料計(jì)算</p><p>　　進(jìn)器物料：氨分離器進(jìn)器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料</p><p><b>　　即　</b></p><p>　　出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進(jìn)行分離，分別得到氣體和液體</p><p><b>　　出器氣體，出器液體</b></p><p>

85、;　　氨分離器出口氣體放空</p><p>　　其中， NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　

86、　N2 </b></p><p>　　4.1.14冷交換器物料計(jì)算</p><p>　　進(jìn)器物料：進(jìn)器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量</p><p>　　其中， NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar

87、 </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　出器物料（熱氣）：</b></p><p>　　設(shè)熱氣出口溫度17℃（由熱量計(jì)算核定）查 ,氣相中平衡氨含量，計(jì)算熱氣出口冷

88、凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體。取過(guò)飽和度 ，故 。</p><p>　　設(shè)熱氣出口氨體積為 ，則：</p><p>　　冷交換器熱氣出口氣量及組分：</p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar

89、</b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　出口總氣量 </b></p><p><b>　　出口氣體各組分：</b></p>&l

90、t;p><b>　　NH3 </b></p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b>

91、;</p><p>　　4.1.15氨冷器物料計(jì)算</p><p>　　進(jìn)器物料：氨冷器進(jìn)器物料等于冷交換器出器物料加上補(bǔ)充新鮮氣物料</p><p>　　其中 CH4 </p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b>&l

92、t;/p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　進(jìn)器氣體物料 </b></p><p>　　進(jìn)器氣體組分含量　　</p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p>

93、<p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　各組分百分含量　　</b></p><p><b>　　NH3

94、 </b></p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>

95、;　　進(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量　</p><p><b>　　進(jìn)器總物料</b></p><p>　　出器物料：已知出器氣體中氨含量為 ，設(shè)出器氣體中氨含量為。</p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　則氨冷器中冷凝液氨量： </p><p&g

96、t;　　氨冷器出器總液氨量: </p><p>　　氨冷器出器氣量: </p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b

97、></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　各組分百分含量 </p><p><b>　　NH3 </b></p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　

98、Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　出器總物料</b></p><p>　　4.1.16 冷交換器物料計(jì)算</p><p>

99、;　　圖4-1-4 冷交換器物料計(jì)算示意圖</p><p>　　進(jìn)口物料：冷交換器進(jìn)口總物料等于氨冷器出口總物料</p><p><b>　　其中氣體入口 ；</b></p><p>　　液體入口 ；</p><p>　　由氣液平衡計(jì)算得，以 進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)：即 </p><p&

100、gt;<b>　　將 ，代入上式：</b></p><p>　　式中 可由物料平衡和氨平衡計(jì)算 </p><p>　　式中 ———冷交換器入口總物料； ———冷交換器熱氣出口總物料</p><p>　　———冷交換器入口總氨物料</p><p>　　將 ，， 代入上式解得：</p><p>

101、;<b>　　∴ ；</b></p><p><b>　　∴ 代入 得：</b></p><p>　　; ;</p><p>　　由 可求出冷交換器冷凝液體量 </p><p><b>　　冷凝液體量 </b></p><p>

102、;　　出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進(jìn)口總物料減去冷凝液體量。</p><p><b>　　其中 NH3 </b></p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2

103、</b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　計(jì)算誤差</b></p><p>　　校核氨分離器液氨百分?jǐn)?shù)</p><p>　　氨分離器液氨百分?jǐn)?shù)：</p><p>　　冷交換器分離液氨百分?jǐn)?shù)：</p><

104、;p><b>　　計(jì)算誤差</b></p><p>　　4.1.17液氨貯槽物料計(jì)算</p><p>　　進(jìn)槽物料：氨分離器入槽液體 </p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　

105、　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　冷交換器入槽液體 </p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 &l

106、t;/b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　入槽混合物料 </b></p><p&

107、gt;<b>　　各組分物料含量： </b></p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p&g

108、t;<p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　百分含量 </b></p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b>&

109、lt;/p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p>　　出槽物料：液氨貯槽出口弛放氣 </p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></

110、p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b>　　出口液氨總物料 </b></p><p>　　其中 NH3

111、</p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p><b>　　N2 </b></p><p><b&g

112、t;　　各組分百分含量：</b></p><p>　　其中 NH3 </p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　H2 </b></p><p>

113、;<b>　　N2 </b></p><p><b>　　液氨產(chǎn)量核算: </b></p><p>　　物料衡算匯總表見(jiàn)附錄</p><p><b>　　4.2 熱量衡算</b></p><p>　　4.2.1冷交換器熱量計(jì)算</p><p>

114、　　圖4-2-1 冷交換器熱量計(jì)算示意圖</p><p>　?。?）熱氣進(jìn)口溫度，冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器體出口溫度，由題意知 。 </p><p>　?。?）冷氣進(jìn)口溫度，為保證合成塔入口氨含量在,出氨冷器的氣體的氨含量必須等于或小于，設(shè)過(guò)飽和度為,則，該冷凝溫度下的平衡氨含量為： </p>

115、;<p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖9-3-1平衡氨含量為；時(shí)，冷激溫度 ,故冷氣進(jìn)口溫度等于</p><p>　?。?）熱氣體帶入熱量，熱氣體在器內(nèi)處于氨飽和區(qū)，計(jì)算氣體比熱容時(shí)先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的方法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容：查,時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得：</p><p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表1-1-1，各物質(zhì)的臨界溫度和壓力并計(jì)算得：&l

116、t;/p><p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表1-5-9 </p><p><b>　　由壓力校正法：</b></p><p><b>　　熱氣體帶入熱量：</b></p><p>　　(4) 冷氣體帶入熱量：</p><p>　　查,時(shí)各組分比熱容并計(jì)算得：</p&

117、gt;<p><b>　　,</b></p><p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表1-5-19 </p><p>　　由壓力校正法：冷氣體帶入熱量：</p><p>　　(5) 氨冷凝熱：設(shè)熱氣出口溫度為，熱氣體在器內(nèi)由冷卻到</p><p>　　然后進(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱 </p>&

118、lt;p><b>　　液氨冷凝放出熱量，</b></p><p>　　(6) 液氨帶入熱量：查-10℃時(shí)液氨比熱容　 </p><p><b>　　液氨帶入熱量　　</b></p><p>　　(7) 熱氣體帶出熱量：</p><p>　　查,時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得：</p>

119、<p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表1-5-8 </p><p><b>　　由壓力校正法：</b></p><p><b>　　熱氣體帶出熱量：</b></p><p>　　(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查時(shí)液氨比熱容　 </p><p><b>　　液氨帶入熱量　　&l

120、t;/b></p><p>　　(9) 冷氣體帶入熱量：</p><p>　　(10) 冷氣體帶出熱量：</p><p><b>　　∵</b></p><p>　　設(shè),查時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得：</p><p>　　表4-2-1 冷交換器熱量平衡匯總表</p><

121、p>　　(11) 冷交換器熱量負(fù)荷計(jì)算：</p><p>　　4.2.2 氨冷凝器熱量衡算</p><p>　　圖4-2-2 氨冷凝器熱量計(jì)算示意圖</p><p>　　（1）氣體帶入熱量 </p><p>　　由冷交換器熱量計(jì)算得 </p><p>　?。?）氣體中液氨帶入熱量 </p>

122、;<p>　　由冷交換器熱量計(jì)算得 </p><p>　?。?）氨冷器中氣氨冷凝熱</p><p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》在, </p><p><b>　　則氣氨冷凝熱：</b></p><p>　　（4）新鮮氣帶入熱量 </p><p>　　, 查壓力下各組分

123、氣體比熱容然后用疊加的方法計(jì)算得實(shí)際氣體混合熱容 </p><p>　　所以新鮮氣帶入熱量：</p><p><b>　　氨冷器收入總熱量 </b></p><p>　　（5）氨冷器入口混合物溫度計(jì)算</p><p><b>　　由熱平衡 </b></p><p>　　設(shè)

124、,查壓力下各組分氣體比熱容，然后用疊加的方法計(jì)算得實(shí)際氣體混合熱容。 </p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　查 《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖4-1-1液氮的比熱容 </p><p>　　代入上式 與假設(shè)一致。

125、</p><p>　　混合后按冷氣入口熱氣溫度.</p><p>　?。?）氣體帶出熱量 和 </p><p>　　由冷交換器熱量計(jì)算 </p><p>　　（7）氣體中液氨帶出熱量 </p><p>　?。?）液氨蒸發(fā)吸熱 </p><p><b>　　（9）需冷凍量 <

126、/b></p><p><b>　　查液氨，液氨，</b></p><p><b>　　所以： ， </b></p><p>　　表4-2-2 氨冷器熱量平衡匯總表</p><p>　　4.2.3循環(huán)機(jī)熱量計(jì)算</p><p>　?。?）由《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—

127、理化數(shù)據(jù)》表1-1-1查的絕熱指數(shù)如下表：</p><p>　　表4-2-3 絕熱指數(shù)表</p><p><b>　　由公式 </b></p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　由前已知 </b></p><p>&l

128、t;b>　　代入上式得：</b></p><p>　?。?）氣體帶入熱量 </p><p><b>　　（3）壓縮功 </b></p><p><b>　　又 </b></p><p><b>　　式中 </b></p><p

129、>　　將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功的計(jì)算式得：</p><p><b>　　壓縮功 </b></p><p>　　(4) 氣體帶出熱量</p><p><b>　　由熱平衡得： </b></p><p><b>　　∵ </b></p><p>　　由

130、 查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得：</p><p>　　查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖1-5-19比熱容壓力校正圖，</p><p><b>　　誤差 </b></p><p>　　則計(jì)算正確。氣體帶出熱量 </p><p>　　表4-2-4 循環(huán)機(jī)熱平衡匯總表</p><p>　　4

131、.2.4合成塔熱量衡算</p><p>　　圖4-2-3 合成塔熱量計(jì)算示意圖</p><p><b>　　(1)環(huán)隙溫升計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)合成塔環(huán)隙高度，由經(jīng)驗(yàn)公式知：</p><p>　　環(huán)隙溫升按計(jì)則合成塔一出溫度為:</p><p>　　(2) 氣體帶入熱量<

132、/p><p>　　由前計(jì)算 因油分離器內(nèi)無(wú)溫升變化（忽略損失）</p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　(3)氣體反應(yīng)熱</b></p><p>　　設(shè)合成塔二出溫度365℃，假定氣體在塔內(nèi)先溫升至出口溫度后進(jìn)行氨合成反應(yīng)在壓力的氣體反應(yīng)簡(jiǎn)化計(jì)算式為： 將</p&

133、gt;<p><b>　　代入得：</b></p><p>　　由物料平衡計(jì)算知氨產(chǎn)量 </p><p>　　則 合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 </p><p>　　(4) 二次入塔氣體帶入熱量Q7</p><p><b>　　由熱平衡知 </b></p><p>

134、;<b>　　∴ </b></p><p>　　(5) 合成塔一出氣體帶出熱量Q6</p><p>　　查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計(jì)算得：</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　(6) 合成塔二出氣體帶出熱量 Q8</p><p>

135、　　查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計(jì)算得：</p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　(7)合成塔熱損失</b></p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 </b></p><p>　　設(shè)塔壁溫度 空氣溫度 塔外壁高 外徑 &l

136、t;/p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　(8) 合成塔二入溫度計(jì)算</p><p>　　將上述數(shù)據(jù)帶入溫度計(jì)算式中得：</p><p><b>　　設(shè) </b></p>&