【正文】 在高壓筒體上，圓板的中心有一氣體出口。該設(shè)備是立式焊接設(shè)備，直徑約為 1200 ㎜，高約 為 2200 ㎜，器內(nèi)填充有鋼環(huán)，下面有一底座支架。該設(shè)備是雙動 單級的，是由同軸同步電動機(jī)帶動的，主軸考曲柄的一端支承在機(jī)座 的主軸承上， 主軸是由碳素鋼鍛造加工而成。 7 （ 1）氣體的壓縮：為使氣體 達(dá)到氨合成所要求的壓力，須將經(jīng)過精細(xì)凈化除去所有 有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。這種換熱過程有一部分在催化劑床層中層過換熱裝置進(jìn)行。 ａ、水吸收法：用水吸收混合氣體中的氨時，由于高壓下氨在水中溶解度較大，因而氨的分離比較完全，但分離氨后氫氮混合氣體中含有 8 少量水蒸氣， 在再次利用這部分氣體進(jìn)行合成時，需將水分除去， 否則將影響催化劑的活性，用水吸收氨后的產(chǎn)品為濃氨水，如得到液氨產(chǎn)品，需將濃氨水蒸餾。 （ 5）惰性氣體的排放 如前所述，因制取合成氨原料氣所用的原料和凈化方法的不同，在新鮮原料氣中通常含有一定數(shù)量的甲烷和氬，氬氣來自空氣， 新鮮氣中氬氣與氮氣的比例大體和空氣中相同，即新鮮氣中氬的含量通常在 %左右。 放空氣中的氨可用吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一般可用作燃料。 ｂ、在高壓下合成率高，在高壓和較高濃度下， 容易在混合氣體分離， 用水冷卻后液氨便可以分離出來。 ｂ、由于采用高壓和高溫，合成塔及附屬設(shè)備需要特殊的合金鋼制造，不易制作，因此價格很貴，而且檢修次數(shù)多。 ｃ、觸媒對毒害物的靈敏性很大，易受傷害，而且操作中溫度不易控制，所以觸媒的使用壽命短。 ｆ、由于操作壓力低，氨的生成率少，氣氨不易液化，需要附設(shè)比較龐大的冷凍設(shè)備。 ｄ、中壓法所用操作壓力較低壓法高，因此，循環(huán)氣中的氨容易分離，所用的冷凝設(shè)備也比較小，可不專門設(shè)置氨的冷凍系統(tǒng)， 即使設(shè)置冷凍系統(tǒng)，其冷凍系統(tǒng)的生產(chǎn)能力也可以較低壓法小，因此耗電量也隨之降低。 ｇ、采用雙循環(huán)時，必須裝設(shè)噴射器，如果操作不當(dāng)，也會影響操作的正常進(jìn)行。 ⑤ 溶于水時，放出熱量、水溶液成為氨水，其濃度隨比重的增大而降低。 ⑥ 檢定方法： ａ、氨氣與氯化氫氣體時生成白煙。 （ 3）產(chǎn)品用途：氨的用途很廣，它是工業(yè)上的重要原料，可繼續(xù)處理變成其它產(chǎn)品。 ② 用氧化法合成的濃硝酸可用于各種有機(jī)化學(xué)工業(yè)、國防。 反應(yīng)原理 反應(yīng)原理從熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面考慮。為了加速反應(yīng)而又不過分提高溫度，就必須使用催化劑，常用鐵催化劑，其 中加有其它催化劑：如三氧化二鋁、氧化鉀等，催化劑的化學(xué)和物理性質(zhì)對氨合成過程有重大影響。 ｄ、吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面上起化學(xué)反應(yīng)，生成一系列中間化合物，最后形成在催化劑表面吸附狀態(tài)的氨。 以上七個步驟， ａ、ｇ為外擴(kuò)散至氣相主流，ｄ 、 ｆ為內(nèi)擴(kuò)散過程，ｃ、ｄ、ｅ三步驟總稱化學(xué)動力學(xué)過程。 催化劑 觸媒就是采用一種能加快反應(yīng)速度而本身又不起化學(xué)變化的物 質(zhì)，對于氨的合成來說， 可以 做觸媒的物質(zhì)很多，如鐵、鉑、錳等，工業(yè)上采 用的觸媒必須能滿足活性高，不易中毒，價錢低，易創(chuàng)造的特點，還需耐 熱性能好，使用壽 命長，機(jī)械強(qiáng)度大的特點。同時 CaO 能降低固溶體的熔點和粘 度，有利于氧化鋁和四氧化三鐵固溶體的形成，還可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒害能力。 ② 觸媒層上部氣體質(zhì)量不好時，易中毒。 ⑤ 觸媒顆粒大小的選擇，應(yīng)依據(jù)情況而定，一般在阻力降低的 允許范圍內(nèi)盡可能采用較小顆粒的觸媒為主。 C、還原主期：長時期大量還原出水階段，一般為 480～ 515℃。 （ 3） 觸媒的快速還原 a、以水汽濃度作為主要控制指標(biāo)（﹤ 191Nm3）。 e、還原后期力爭近似地實現(xiàn)等溫還原。提高操作壓力有利于提高平衡氨含量和氨合成速度，增加裝置的生產(chǎn)能力， 有利于簡化氨分離流程。 工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制兩點 溫度，即床層入口 溫度和熱點溫度，提高床層入口溫度和熱點溫度，可使反應(yīng)過程較好的接 近最適宜溫度曲線。 （ 4） 入塔氣體組成 ① 氫氮比 由化學(xué)平衡可知，當(dāng)氫氮比等于 3 時，氨的平衡含量最大，但 從動力學(xué)角度分析，最佳氫氮比隨氨含量的變化而變化，反應(yīng)初期最佳 20 氫氮比為 1，當(dāng)反應(yīng)趨于平衡時， 最佳氫氮比接近于 3。 三廢治理 （ 1）施放氣處理 高壓下溶解于液氨中的氫氮氣和甲烷、氬等惰性氣體，減壓 后的液氨倉庫的貯槽內(nèi)釋 放出來，成為釋放氣。 十、所選擇生產(chǎn) 流程描述 （見下 頁 1— 1 圖 ） 21 新鮮氣 流程： 由銅洗工段送來的氫氮混合氣（或銅洗氣）在 310 表壓 30℃左右，由二條主管送入合成新鮮氣環(huán)形總管內(nèi)，再分配到各合成系統(tǒng)，與冷凝塔一次出循環(huán)氣相混合進(jìn)入蒸發(fā)器。這部分氣體從塔底部直接進(jìn)入合成塔氣盒下部，在這里氣體被分配到 38 根冷管的內(nèi)層管內(nèi)， 由于三套管內(nèi)件其冷管內(nèi)層襯一根極薄的內(nèi)襯管，內(nèi)襯管與內(nèi)冷管用滿焊焊死，使兩管間形成一層很薄的流動的“死氣層”，由于“死氣層”起著隔熱作用，使冷氣自下而上流經(jīng) 內(nèi)襯管時升溫很小，一般為 3— 5℃，氣體升到內(nèi)冷管頂端后而向下，通過外管于觸媒層內(nèi)的氣體進(jìn)行并流換熱冷卻了觸媒層，而氣相自身被加熱到觸媒的活性溫度 380— 400℃， 然后氣體經(jīng)分氣盒的上室進(jìn)入中心管，再進(jìn)入觸媒層，在 300 表壓及 450— 520℃溫度下，借助鐵觸媒進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而生成氨，氣體首先通過絕熱層，反應(yīng)熱不移出，用以速度提高上層觸媒的溫度，使反應(yīng)加快，然后進(jìn)入冷管區(qū)，以防止觸媒過熱，由冷管內(nèi)氣體不斷連續(xù)地移出反應(yīng)熱，反應(yīng)后的氣體溫度約為 480— 500℃出觸媒筐，進(jìn)入熱交換器內(nèi)與管外氣體 進(jìn)行熱交換，將熱量傳 給剛進(jìn)塔的氣體，而自身的溫度被降到 220℃以下，由塔底引出氨含量為 9— 14%而進(jìn)入水加熱器列管內(nèi)， 在管外 — 表壓，溫度為70℃左右的冷凝液進(jìn)行換熱，隨而出水加熱器進(jìn)入套管水冷卻器，氣體被管外 表壓，溫度為 20— 25℃的二次冷卻水冷卻到 25— 40℃，其中部分氣態(tài)氨被冷凝進(jìn)入分離器，將其中的液氨分離掉，經(jīng)分離后的氣體經(jīng)系統(tǒng)出口調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入循環(huán)機(jī)吸入總管，經(jīng)循環(huán)機(jī)補(bǔ)充的壓力損失返回壓出總管，再進(jìn)入氨合成塔系統(tǒng)如此循環(huán)。 當(dāng) 669 冷凍站投產(chǎn)后，冷凍站送來的 20℃液氨送入 671 到 670 液氨總管中，液氨送入 670 后， 轉(zhuǎn)送入各氨系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機(jī)前后盤根盒中減壓蒸 發(fā)吸收熱量，經(jīng)蒸發(fā)后的氣體送入 、 表壓總管內(nèi)由兩頭送入 669 冷凍站二根主管而降為 表壓操作。 ℃ 5 熵 T/ mol 1401 液氨的物性常數(shù)表 見下： 序號 項目 單 位 數(shù)值 備注 1 液體比重 Kg/m3 20℃ 26 2 液體沸點 176。 （ 3）工業(yè)水：由金川峽水庫提供，耗電量 2833 T/h。 （ 3） 廠址周圍有公路、鐵路。 環(huán)境保護(hù)：改革工藝、提高管理水平，對“三廢”進(jìn)行綜合利 用及處理，達(dá)到國標(biāo)后排除，且全面規(guī)劃，合理布局，化害為利，保護(hù)環(huán)境造福人民。 （ 3）遵守操作規(guī)程。 勞動保護(hù)用品的發(fā)放制度 （ 1）勞動保護(hù)用品發(fā)放原則和標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)實際需要與可能供給。 28 水冷器 氨分離器 循環(huán)壓縮機(jī) 合成塔 V3 V5 （ 5）因工作需要增加防護(hù)用品， 必須經(jīng)安全科審查后方可領(lǐng)取。 第二章 物料計算 一：物料計算 繪出物料流程簡圖 V4 V 放 29 新鮮氣 v3 二、合成塔進(jìn)出口氣體的計算 單塔生產(chǎn)能力 噸 /天 v1 氣體量： V1=20210 24/=15900Nm3/TNH 合成氨量： V2=1000/17 =出合成塔氣量： V3=V1V2=合成塔氣體氨含量： YNH3=（ % V1+V2） /V3 100% =（ % 15900+） / 100% =% 三：水冷器進(jìn)出口氣體量的計算 水冷器出口氣量 V4 根據(jù)公式 lgNH3%=+由《無機(jī)物工藝學(xué)》上冊得 當(dāng) T=33+273=306K P=285atm 時， lgNH3%=+根據(jù)系統(tǒng)平衡得 V3氨含量 =V5+V4氨含量 30 V3=V4+V5 %=V5+V4 % =V4+V5 解得 V4= V5= 四、冷凝塔進(jìn)出口氣體量計算 放空氣量成分計算 根據(jù) N2+3H2?2NH3 理論上耗氫氮氣量： （ 4 1000/17） /2 = 實際消耗新鮮氣定額： 2800Nm/TNH V 理放 =V 實 V 理 == V 實放 =V 理放 /（ 1+lgNH3） =（ 1+%） = 放空氣中損失氨含量 8386%= 放空氣中惰氣含量 y 放 =2800 %/V 實 =2800 %/=% 冷凝塔入口熱氣體 V6及其成分 V6=V4V 實放 +2800= +2800= 入口氣含氨量 V4 %= Hm3 NH3%= 100%=% 冷凝塔出口熱氣量 V7及冷凝液氨含量 V8 當(dāng) P=310atm T=273+23=296K 時 出口熱氣氨含量為 lgNH3%=+ 31 由進(jìn)出口物料測算得 V6 %=V8+V7 % V6=V7+V8 解得 V7= V8= 冷凝塔出口熱氣氨含量為 V6 = － = NH3%= 100%=% 四、氨冷器進(jìn)出口氣體計算 氨冷器進(jìn)出口氣體計算 氨冷器的出口物料同合成塔進(jìn)出口物料氨含量相同 yNH3=% V7 %=V10+V9 % V7=V9+V10 解得 V9= V10= 六、物料組成計算 各設(shè)備進(jìn)出口氣體成分總表 設(shè)備名稱 NH3 N2 H2 Ar+CH4 合計 合成塔 進(jìn) 100 出 100 水冷器 進(jìn) 100 出 100 32 氨分離器 進(jìn) 100 出 100 冷 凝 塔 排氣進(jìn) 100 出 100 冷氣進(jìn) 100 出 100 蒸發(fā)器 進(jìn) 100 出 100 計算 V2=V5+V 放 NH3+V8+V10 =＋ ＋ ＋ = 相對誤差 =（ ） / 100%=% 進(jìn)合成塔氣量 ： 15900Hm3 而計算的氨冷器量為 ： 相對誤差 =（ ） /15900 100%=% 第三章 熱量衡算 一、計算依據(jù) 本計算以物料衡算為基準(zhǔn)。 A : CPN2= 102T+ 105T2+ 105 B : CPH2=+ 104T+ 103P C : T＞ 500K 時 CP NH3=+ 103T2++ 102TP D : CP NH4=+ 102T+ 109T3+102P E: CPAr= 105TP+ 108T2+ 二、冷凝塔熱量計算 設(shè)： Q6：熱氣進(jìn)口帶入熱 Q9：冷氣進(jìn)口帶入熱 Q10：液氨帶入熱 Q7：熱氣體出口帶出熱 Q1：冷氣體出口帶出熱 Q11：液氨帶出熱 Q8：氨 冷凝放出熱 管內(nèi)熱氣體帶入熱 T=42℃ P=315atm 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi CPi CPiYi 34 管內(nèi)氣體帶入熱 Q6=V6/ CP T= 42 =241644Kcal 管內(nèi)氨冷凝放出熱量 Q8，查得汽化熱 ∴ Q8= 11 =33530Kcal 管外冷氣體帶入熱 Q9 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi CPi CPiYi Q9=15900/ 5=26264Kcal 管外液氨帶入熱和帶出熱相互抵消，不影響計算。 CPH/λ ） λ /dH 式中α： Kcal/.℃ ：多塊擋板時氣流成斜流穿國管束及泄露影響傳熱系 數(shù) f2：為 三角形排列常數(shù) F=π（ D1+D2/2） H（ 1dH/t） 式中： F：氣流橫穿管束的平均通氣截面 m2 H：擋板間距 m。 h（ 1d 外 /t） 軸向環(huán)行擋板車外殼之間的橫截面積： S2=π /4 （二）計算依據(jù) 冷凝塔負(fù)荷以最大產(chǎn)量 40 各種物料進(jìn)出口量、成分、溫度均按前設(shè)計， T1按 32℃計算 設(shè)備規(guī)格 （ 1）列管φ 14 2， L=4500 ， n=618（其中包括拉桿 10 根φ 10） （ 2）擋板φ 600/φ 240 φ 460/φ 129 （ 3）管中心距 20 擋板間距 113 已知數(shù)