【正文】 氫氮混合氣，使其達到催化劑的活性溫度。既在塔內(nèi)設置換熱器預熱反應前 10 的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。反應后的高溫氣體首先通過塔內(nèi) 則換熱器預熱反應前的氫氮混合氣，然后再通過塔外的換熱器預熱高壓鍋爐給水。 氨合產(chǎn)工藝的選擇 考慮氨合成工段的工藝和設備問題時，必須遵循三個原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護催化劑，盡量延長使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。 一般中小氮肥廠多為 32MPa , 大型廠壓力較低 ,為 10～ 20MPa。高壓過熱蒸汽的價值較高 , 當然投資要多 , 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。二、三、四層 (觸媒 )溫度，一路作為塔底副線調(diào)節(jié)一層溫度，另一路為二入主線氣體，通過下部換熱器管間與反應后的熱氣體換熱、預熱后沿中心管進入 觸媒層頂端，經(jīng)過四層觸媒的反應后進入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進入廢熱鍋爐進口，在廢熱鍋爐中副產(chǎn) 25MPa 蒸氣送去管網(wǎng)，從廢熱鍋爐出來后分成二股，一股進入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱，另一股氣體進入鍋爐給水預熱器在管內(nèi)與管間的脫鹽，脫氧水換熱，換熱后與氣氣換熱器出口氣體會合，一起進 11 入水冷器。 入塔甲烷含量： y5CH4=％ （ +） 100％ =％； 入塔氫含量： y5H2=［ 100（ +17）］ 3/4 100％ =％； 入塔氬含量： y5Ar=17％ ％ =％； 入塔氮含量： y5N2=［ 100（ +17）］ 1/4 100％ =％ 表 42 入塔氣組分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 100 （ 2）合成塔出口氣組分： 以 1000kmol 入塔氣作為基準求出塔氣組分， 由下式計算塔內(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/) ％ =％ 13 出塔氨含量： 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％ =％ 表 43 出塔氣體組分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 100 （ 3）合成率： 合成率 =2MNH3/［ M5(1y5NH3y5CH4y5Ar)］ 100％ =2 ［ 1000 ()］ 100％ =％ 氨分離器氣液平衡計算 表 45 已知氨分離器入口混合物組分 m(i) NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 查 t=35℃， P= 時各組分平衡常數(shù)： 表 46 各組分平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 設（ V/L） = 時，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］ = Kmol LAr=mAr/［ 1+(V/L) KAr］ = Kmol LH2=mH2/［ 1+(V/L) KH2］ = LH2=mN2)/［ 1+(V/L) KN2］ = Kmol L 總 = L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= Kmol 分離氣體量： V=1L== Kmol 計算氣液比：（ V/L） ＇ = 誤差［（ V/L） （ V/L）＇］ /（ V/L） =（ ） / 100％ =％，結果合理。 液氨貯槽入口 1Kmol 液體計算為準，即 L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(15)X15i+L16X16i = G％ L0X15i+(1 G％ )X16i =+ 混合后入口氨含量： m0NH3= + = 混合后入口甲烷含量 : m0CH4= + = 混合后入口氬含量 : m0Ar= + = 混合后入口氫含量： m0H2= + = 混合后入口氮含量： m0N2= + = 表 411 液氨貯槽入口液體含量 m0NH3 m0CH4 m0Ar m0H2 m0N2 小計 當 t=17℃， P= 時，計算得熱平衡常數(shù)： 表 412 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 170 540 575 620 根據(jù)氣液平衡 L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設 (V/L)=,代入上式得 : 出口液體氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L) kNH3] =(1+ )= Kmol 出口液體甲烷含量： LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L) kCH4] =(1+ 170)= Kmol 出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L) kAr] =(1+ 540)= Kmol 出口液體氫氣含量： LH2=m0H2/[ 1+(V/L) kH2] =(1+ 575)= Kmol 出口液體氮氣含量： LN2=m0N2/[ 1+(V/L) kN2] =(1+ 620)= Kmol L(總 )=,V==,(V/L) ＇ =V/L=,誤差 =()/=％，假定 正確。(0CH4)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氬含量 m180。(0i)≈ M180。 V 出 = m３ 。 查 t=35 ℃， P= 時的各組分比熱容并計算得： 表 417 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp1= + + + + =(Kmol℃ ) 熱氣體帶入熱量 Q1=V1Cp1t1= 35=(4)冷氣體帶入熱量 查 t4=10℃， P= 時各組分比熱容并計算得： 表 418 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp4= + + ++ =(Kmol℃ ) （ 5）氨冷凝熱 設熱氣體出口溫度為 20℃，熱氣體在器內(nèi)由 35℃冷卻到 20℃，然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱 INH3=液氨冷凝放出熱量 Q 冷 = 20 = KJ/tNH3 （ 6）液氨帶入熱量查 10℃液氨比熱容 Cp= KJ/kg℃ 液氨帶入熱： Q4L= 17 (10)= KJ/tNH3 27 （ 7）熱氣體帶入熱 查 t3= 20℃， P= 時的各組分在常壓 下， 17℃的摩爾比熱容并計算得： 表 419 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp= + + + +=℃ 熱氣體帶出 熱量： Q3=V3Cp3t3= 17=（ 8）熱氣體中液氨帶出熱 查 20℃液氨比熱容 Cp= ℃ Q3L= 17 17=（ 9） 冷氣體中分離液氨帶出熱 Q2=Q4L=（ 10）冷氣體出口帶出熱 Q5=Q1+Q4+Q冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+=4Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5Cp5=489324 Cp5=設 t5=30℃ ,P=： 表 420 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp5= + + + + =(Kmol℃ ) t5=℃ （ 11）冷交換器熱量負荷計算 Δ Q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/tNH3 （ 1） 氣體帶入熱量 Q3 由冷交換器熱量計算的 Q= KJ/tNH3 28 （ 2） 氣體中液氨帶入熱量 Q3由冷交換器熱量計算得： Q3=（ 3） 氨冷器中氣氨冷凝熱 查 10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥長工藝設計手冊》。 7MPa 下的氣體反應熱簡化計算公式為： H=11599+, t=370℃代入得： H=11599+ 370=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量Δ VNH3=(標） = 31 則合成塔內(nèi)反應熱 QR=(Hr)Δ VNH3= =(5) 二次入塔氣體帶入熱量 Q2 Q2=(Q1+Q3+Q損 )(QRQ5)=V2Cp2t2 t2=((Q1+Q3+Q損 )(QRQ5))/V1Cp1 (6) 合成塔一出氣體帶出熱量 Q1 查 t=℃ P= 混合氣體熱容： 表 427 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp=(Kmol℃ ) Q1= =(7) 合成塔二出氣體帶出熱量 Q1 當 t=370℃ P= 混合氣體熱容： 表 428 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp1=(Kmol℃ ) Q1= 370= (8) 合成塔熱損失 根據(jù)經(jīng)驗公式 Q損 =awFw(twtb)設塔壁溫度 tw= 62℃ ,空氣溫度 5℃ ,塔外壁高h=14m,外徑 D= 則 aw=+= 62+=(m2h℃ ) ∴ Q損 =(twtb)= 14 [62(5)]= kJ/tNH3 (9)合成塔二入溫度計算 設 t2=190 ℃ , P= 小氮肥廠工藝設計手冊 各組分氣體比熱容并計算得： 表 429 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp 32 Cp2=(Kmol℃ ) t2=℃ ∴合成塔氣體二次入口帶入熱量 Q2=(++)(+) = kJ/tNH3 (10) 合成塔絕熱溫升核算 △ t=Cp1=(NTQyN HHyN H R 損?? ?? 331 )() Cp =(Cp1+Cp2)/2=(Kmol℃ ) △ t=( (1+) )/ =℃ t1=t2+=℃ 表 430 合成塔熱量平衡匯總表 入 出 一次氣體進口帶入熱 626664 一次氣體進口帶出熱 二次氣體進口帶入熱 二次氣體進口帶出熱 反應熱 熱損失 總 Q入 總 Q出 廢熱鍋爐熱量計算 （ 1）內(nèi)熱氣體帶入熱量 Q1 由合成塔熱平衡計算 Q1=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量 Q2 設 t2=220 C, P=，得混合氣體比熱容 ： 表 431 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp2=(Kmol℃ ) Q2= 220=(3) 廢熱鍋爐熱負荷 Δ Q=Q2Q1=(4) 軟水量計算 設廢熱鍋爐加入軟水溫度 t=30,壓力 P=,副產(chǎn) 飽和蒸汽，需 軟水量為 X 33 軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=Δ Q=X(I2I1) 熱平衡得 X=Δ Q/(I2I1)=廢熱鍋爐帶入熱量 Q軟 =XI1= =蒸汽帶入熱量 Q蒸 =+=表 432 廢熱鍋爐熱量匯總表 入 出 管內(nèi)熱氣帶入熱量 管內(nèi)熱氣帶出熱量 軟水帶入熱量 蒸汽帶出熱量 總 Q進 總 Q出 熱交換器熱量計算 （ 1）冷氣體帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算 Q1=（ 2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算 Q4=（ 3）冷氣體帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計算 Q2=（ 4）熱氣體出口溫度計算 Q1+Q4=Q2+Q5 熱平衡得 Q5=Q1+Q4Q2=+=Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5/Cp5= 設 t5=℃ P=： 表 433 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp5=(Kmol℃ )