【正文】 Fe] → 2NH3 + [KFe] 氨分子脫附 由此機(jī)理導(dǎo)出的動(dòng)力學(xué)方程為 式中kk2分別為正逆反應(yīng)的速率常數(shù) ，為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，工業(yè)條件下一般a 187。 捷姆金總結(jié)了非平衡狀態(tài)下的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：用該式易得在反應(yīng)平衡狀態(tài)下，正逆反應(yīng)速率常數(shù)之比為平衡常數(shù)之值。②惰性氣體含量的影響惰性氣體的存在，無(wú)論是從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)角度分析都是有弊無(wú)利的。 正確的的催化劑對(duì)氨的合成反應(yīng)反應(yīng)速度有很大的影響，鐵催化劑是普遍使用的催化劑。② MgO和Al2O3同樣的作用，對(duì)催化劑抗毒能力有增強(qiáng)作用，還對(duì)催化劑起到保護(hù)和延長(zhǎng)其壽命之用。氫氣是最常使用的還原劑： Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O(g) 9 kJ/mol.1490298=DH 要讓鐵完全被還原不僅要選取恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件應(yīng)，還要確保還原后比表面積最高。中毒現(xiàn)象也存在于氨合成催化劑中，與其他催化劑中毒類似.最近幾年，一些新型合成催化劑正在不斷的應(yīng)用與生產(chǎn)，它將不斷改變合成氨催化劑的現(xiàn)狀。合成氨行業(yè)上的各種工藝流程通常根據(jù)壓力的高低加以區(qū)分[4]。加上操作過(guò)程是高溫高壓，設(shè)備選取及材質(zhì)都有較高要求，加大了投資。但缺點(diǎn)在于此法所用的催化劑對(duì)毒物很敏感，很快會(huì)中毒，縮短其壽命，所以要嚴(yán)格控制原料氣的精制純度。現(xiàn)在中壓法技術(shù)已經(jīng)成熟，而且經(jīng)濟(jì)性不錯(cuò)。實(shí)踐證明，壓力控制在13～30MPa是最好的。加上生產(chǎn)的流程長(zhǎng)、有很強(qiáng)的連續(xù)性，一直在高溫和高壓下生產(chǎn)的設(shè)備，再加上內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部條件的侵蝕，會(huì)增加事故的發(fā)生率，特別是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備的事故時(shí)有發(fā)生。壓力、溫度、濃度等因素對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行都有影響。使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，氣體中混合的潤(rùn)滑油和水蒸汽會(huì)呈細(xì)霧狀在氣流中漂浮。(2)氣體的預(yù)熱和合成 對(duì)壓縮后的氫氮混合氣升溫，使其達(dá)到催化劑的起始活性溫度，方可放入催化劑層合成。水吸收法冷凝法是常用的氨的分離方法。氨冷凝時(shí)，在液氨里會(huì)溶解一些氫氮?dú)饧岸栊詺怏w。在設(shè)備、管道中流動(dòng)的氣體會(huì)有壓力喪失，所以過(guò)程中要安裝循環(huán)壓縮機(jī)來(lái)降低壓差。采用水吸收法或冷凝法可回收利用放空氣中的氨，余下的氣體當(dāng)燃料?；厥盏姆椒ㄓ幸韵聨追N：①對(duì)反應(yīng)前的氫氮混合氣預(yù)熱。② 對(duì)反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽預(yù)熱?，F(xiàn)在使用比較普遍的是在中型氮廠。 氨合成的生產(chǎn)工藝條件的選取要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量高，消耗低，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備便宜，操作簡(jiǎn)單及安全可靠等特點(diǎn)。中壓法有成熟的技術(shù)還經(jīng)濟(jì)性。不僅要增加熱回收率,多產(chǎn)蒸汽, 還要增加回收蒸汽的壓力和過(guò)熱度。 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖合成塔水冷器熱交換器廢熱鍋爐放空油分離器循環(huán)機(jī)冷交換器氨分離器新鮮氣弛放液氨儲(chǔ)槽氨冷器 第三章 工藝計(jì)算 已知條件（1）產(chǎn)量190kt/a，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按300天計(jì)，則產(chǎn)量為：（2）新鮮補(bǔ)充氣組成組分H2N2CH4Ar 總計(jì)含量（%） 25 100（3）合成塔入口中氨含量：NH3入=%（4）合成塔出口中氨含量：NH3出=%（5）合成塔入口惰性氣體含量：CH4 +Ar=18%（6）合成塔操作壓力：32Mpa（7）精練氣溫度：35℃1～5：精煉氣 6～：合成氣 13：放空氣 20：弛放氣 ：液氨 計(jì)算物料點(diǎn)流程 物料衡算 合成塔物料衡算（1）合成塔入口氣組分： 入塔氨含量: y5NH3=％； 入塔甲烷含量：y5CH4=18％（+）100％=％； 入塔氫含量：y5H2=［100（18+）］3/4100％=％； 入塔氬含量：y5Ar=18％％=％； 入塔氮含量：y5N2=［100（18+）］1/4100％=％ 入塔氣組分含量 NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 （2）合成塔出口氣組分： 以1000kmol/h入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分， 由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3y5NH3)/(1+y8NH3)=1000( )/(1+)= 出塔氣量: M8=入塔氣量—生成氨含量== 出塔氨含量： y8NH3=％ 出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)y5CH4=(1000/)％=％ 出塔氬含量： y8Ar=(M5/M8)y5Ar=1000/％=％ 出塔氫含量： y8H2=3/4(1y8NH3y8CH4y8Ar)100％=3/4()100％=％ 出塔氮含量： y8N2=1/4()100％=％ 出塔氣體組分含量NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 （3）合成率： 合成率=2MNH3/［M5(1y5NH3y5CH4y5Ar)］100％ =2［1000()］100％=％ 已知氨分離器入口混合物組分mNH3mCH4mArmH2mN2小計(jì) 查t=35℃，P=： 各組分平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN2 設(shè)（V/L）=，帶入L(i)=m(i)/［1+(V/L)K(i)］=L(i): LNH3=mNH3/［1+(V/L)KNH3］= LCH4= mCH4/［1+(V/L)KCH4］= LAr=mAr/［1+(V/L)KAr］= LH2=mH2/［1+(V/L)KH2］= kmol LN2=mN2)/［1+(V/L)KN2］= L總= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= 分離氣體量：V=1L== 計(jì)算氣液比：（V/L）＇= 誤差［（V/L）（V/L）＇］/（V/L）=（）/100％=％，結(jié)果合理。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=100％=％ 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100％=％ 出口液體氬含量： xAr=LAr/L=％ 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100％=％ 出口液體氮?dú)夂浚?xN2=LN2/L=100％=％ 液氨貯槽出口液氨組分NH3CH4ArH2N2小計(jì) 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(M0NH3LNH3)/V=()/100％=％ 弛放氣甲烷含量：yCH4=(M0CH4LCH4)/V=()/100％=％ 弛放氣氬含量： yAr=(M0 ArLAr)/V=％ 弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2LH2)/V=()/100％=％ 弛放氣氮?dú)夂浚簓N2=(M0N2LN2)/V=()/100％=％ 出口弛放氣組分含量 NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 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 L(19)=1000(17)= m３ 其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3)X(19NH3)=﹪= m3 CH4 L(19CH4)=L(19CH4)X(19CH4)=﹪= m3 Ar L(19Ar)=L(19Ar)X(19Ar)=﹪= m3 H2 L(19H2)=L(19H2)X(19H2)=﹪= m3 N2 L(19N2)=L(19N2)X(19N2)=﹪= m3 液氨貯槽出口弛放氣（V/L）= V(20)=L(19)== m3 其中　NH3 V(20NH3)=V(20NH3)y(20NH3)=﹪=CH4 V(20CH4)=V(20CH4)y(20CH4)=﹪= m3Ar V(20Ar)=V(20Ar)y(20Ar)=﹪= m3H2 V(20H2)=V(20H2)y(20H2)=﹪= m3N2 V(20N2)=V(20N2)y(20N2)=﹪= m3 液氨貯槽出口總物料=L(19)+ V(20)=+= m3 液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料=出槽總物料，L(21)=L(19)+V(20)= m3 入口液體各組分含量計(jì)算:L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=+= m3 CH4 L(21CH4)= + = Ar L(21Ar)=+ = m3 H2 L(21H2)= += m3 N2 L(21N2)=+ = m3 入口液體中組分含量核算,由 m180。(0Ar)= 100﹪=﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。(0i)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)充氣補(bǔ)V補(bǔ)，離開該系統(tǒng)的物料有放空氣V放，液氨貯槽弛放氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨 。 V入= m3 入塔物料：V5= m3NH3 V5NH3=﹪=CH4 V5CH4=﹪=Ar V5Ar=﹪=H2 V5H2=﹪=N2 V5N2=﹪= 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即　　V5=V6=V7= m3 出塔物料　　 V8= m3NH3 V8NH3=﹪= m3CH4 V8CH4=﹪= m3Ar V8Ar=﹪= m3H2 V8H2=﹪=N2 V8N2=﹪= m3 合成塔生成氨含量：ΔVNH3=V8NH3V5NH3 = == 由于沸熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。查t=35 ℃，P=： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量/% 各組分分壓/ MPaCp/kJ/(kmol℃) Cp14=++++=(kmol℃)熱氣體帶入熱量 Q14=V14Cp14t14=35/=(4)冷氣體帶入熱量查t2=10℃， P=： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量/% 各組分分壓/ MPaCp/kJ/(kmol℃) Cp4=++++=(kmol℃) Q2= V2 Cp2 t2=(10)/= kJ（5）氨冷凝熱設(shè)熱氣體出口溫度為20℃，熱氣體在器內(nèi)由35℃冷卻到20℃，然后進(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱INH3=液氨冷凝放出熱量 Q冷=20= kJ（6）液氨帶入熱量查10℃液氨比熱容Cp= kJ/kg℃液氨帶入熱：Q2L=20(10)= kJ（7）熱氣體帶入熱 查t17= 20℃，P=，20℃的摩爾比熱容并計(jì)算得： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量/% 各組分分壓/MPaCp/kJ/(mol℃)Cp17=++++=℃熱氣體帶出熱量：Q17=V17Cp17t17=20=（8）熱氣體中液氨帶出熱查20℃液氨比熱容Cp= ℃Q17L=2020=（9） 冷氣體中分離液氨帶出熱 Q16=Q2L=（10）冷氣體出口帶出熱Q3=Q2+Q14+Q+Q2LQ17lQ17Q2l=()++=Q3=V3Cp3t3T3=Q3/V3Cp3=Cp6=設(shè)t5=30℃ ,P=： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓/MPaCp/ kJ/(mol℃)Cp3=++++=(kmol℃)T3=℃（11）冷交換器熱量負(fù)荷計(jì)算ΔQ放=（管內(nèi)熱氣帶入熱+管內(nèi)液氨冷凝熱）（管內(nèi)熱氣帶出熱+管內(nèi)液氨帶出熱） =(+)(+) = kJ（1） 氣體帶入熱量Q17’由冷交換器熱量計(jì)算的 Q= kJ（2） 氣體中液氨帶入熱量Q17l’由冷交換器熱量計(jì)算得：Q17l’=（3） 氨冷器中氣氨冷凝熱查10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》。取過(guò)飽和度10﹪ 故 V17NH3=﹪=﹪設(shè)熱氣出口氨體積為，則： a/( +a)= a=L17NH3=V14NH3a= = m3冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中 NH3 V17NH3= V14NH3L17NH3= = m3CH4 V17CH4= V14CH4 = m3Ar V17Ar=V14Ar= m3H2 V17H2= V14H2 =N2 V17N2= V14N2= m3出口總氣量 V17=V14L17NH3= = m3出口氣體各組分：NH3 V17NH3／V17= ／％=％CH4 V17CH4／V17= ／％=％Ar V17Ar／V17=／％=％H2 V17H