【正文】 據(jù) 熱氣λ =℃ μ =1770 冷氣λ =℃ μ =1660 CP 值均按第三章計算 管外α按湖北化工設(shè)計院主編的《氨合塔》 p274或 644 α = f2（ Q 熱焓以氣態(tài)物料 0℃ 為基準。 （ 7）車間領(lǐng)導(dǎo)要經(jīng)常監(jiān)督保護用品的維護和使用情況。 （ 3）勞動保護用品不能隨便損壞，如損壞要賠償，調(diào)動工作時，要交給原單位，不能帶走。 （ 5）保證操作人員有一切必要的防護用具。 十五：勞動保護制度及物品發(fā)放制度 勞動保護制度 （ 1）盡可能使生產(chǎn)機械化和自動化。 （ 5） 廠址盡可能在平坦地帶，但應(yīng)防洪。 （ 1） 應(yīng)選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)。 s/㎡ 20℃ 十四、動力參數(shù)及廠址選擇 動力參數(shù) （ 1） 供電：由劉家峽電廠和永昌電廠提供，經(jīng)變壓后分為工 業(yè)用電和照明用電，分別為 380V 和 36V，耗電量 千瓦 /TNH3。 ℃ 2 粘度 泊 1586 107 3 導(dǎo)熱系數(shù) Cal/cm?s 氨循環(huán)機的填函氣分別送入填函氣 收集槽分離油水后排入大氣后轉(zhuǎn)送硫銨。 大部分氣體經(jīng)主線控制進入塔頂部，然后沿塔內(nèi)外筒環(huán)隙向下流動，借此冷卻了塔的外壁，氣體再進入合成塔下部的熱交換器的管外空間，水 循環(huán)氣 一次出口 30℃ 新鮮氣 320 表壓 30℃左右 二次入口 5— 20℃ 25— 40℃ 去液氨庫 液氨 280atm 320atm 冷凝塔 蒸發(fā)器 合成塔 水冷器 油過濾器 循環(huán)機 分離器 液氨收集箱 22 進一步與管內(nèi)的觸媒層反應(yīng)后的熱氣體進行換熱。若氣體中，惰性氣體兼高，則可送出 作為燃料， 以降低成本。反之，以控制在 12%— 16%之間。 （ 3）空間速度 空間速度表示單位時間內(nèi)，單位體積 cat 處理的氣量 ，選用空間速度 ， 既涉及到氨凈值和塔的生產(chǎn)強度，也涉及到循環(huán)氣量，系統(tǒng)壓力降及反應(yīng)熱的作用。 總之，可認為 30MPa左右是使用往復(fù)式壓縮機時合成氨比較適宜的操作壓力。 工藝條件選擇：氨合成的工藝條件一般包括壓力、溫度、 空速 和合成塔進口氣體成份等。 C、還原初期實現(xiàn)四低四高。 e、加負荷階段，還原 已 基本結(jié)束，緩慢使觸媒轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。 （ 2） 還原操作程序 18 a、升溫階段：觸媒在達到還原溫度以前的純升過程一般為 350 ℃以下。 ③ 觸媒層的溫度分布，應(yīng)符合觸媒最佳的活性溫度范圍。 B、觸媒的性能： 氨合成的觸媒是一種黑色有金屬光澤，帶 磁性，外觀不規(guī)則和圓柱形的固體顆粒，氨觸媒在合成塔內(nèi)用氫氮混合氣 還原，成為活性很高的鐵觸媒，這對氫氮混 合 氣合成 為 氨的反應(yīng)起催化作用，還原過的氨觸媒如若暴露在空氣中則迅速燃燒失去活性。 本工段所采用的觸媒： A110— 2,A109 型鐵觸媒。這時可以認為氨合成過程處于化學(xué)動力學(xué)控制區(qū)，目前一般認為在鐵催化劑表面上氨合成反應(yīng)機理可能如下： ②、 氨合成的動力學(xué)方程 氮（氣相） 催化劑 氮（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH2（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH3 催化劑 2NH3（氣相）（ QIXIANG ）（ QI） 16 根據(jù)氮在鐵催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟， 由 捷姆金和佩熱夫?qū)С龅奈⒎謩恿W(xué)方程如下 ： W= dNNH3/ds=KiPN2（ P3H2/ P2NH3） 2K2（ P2NH3/ P3H2） β 此式使用時有一定范圍，如當(dāng)混合氣體中的氨的分壓為 0， 或極 小時，就不能運用，因在 極限時反應(yīng)速度將為無限大。 ｆ、解析后氨從催化劑毛細孔組織內(nèi)部向外表面擴散。 ｂ、氫和氮的絕大部分，自外表面向催化劑的毛細孔內(nèi)部擴散，進 15 入內(nèi)表面。同時，合成反應(yīng)不能進行到底，反應(yīng)后的氣體中含氨一般在 20%一下，其余為反應(yīng)的氫、氮氣和不能參加反應(yīng)的惰性氣體， 這些氣體混合在 一起是需要吸收熱量，所以表現(xiàn)出來的反應(yīng)熱要比按上式算出的數(shù)值小，真正的反應(yīng)熱與混合熱之合稱為表現(xiàn)反應(yīng)熱，即△ HT=△ HR+△ HM，混合熱的數(shù)值顯然與反應(yīng)后氣體中的氨含量有關(guān)，氣體中的氨含量越高，混合熱越大。 ④ 用于制冷工業(yè)，為良好的冷媒質(zhì)。它們都是良好的肥料。 ｃ、燃燒硫磺時遇氨氣生成白煙。 （ 2）化學(xué)性質(zhì) ① 氨在空氣中不能燃燒，在氧氣中燃燒，它與氧化合，并有黃綠色火焰，主要反應(yīng)為： 4NH3+3O2→ 2N2+6H2O 有觸媒存在時，氧化過程按下面反應(yīng)式進行： 4NH3+5O2→ 4NO +6H2O ② 在高溫下氣態(tài)氨分解成氫和氮 2NH3→ 3H2+N2 ③ 和各種酸化和成鹽： 與硝酸作用 NH3+ HNO3= NH4NO3 與硫酸作用 2NH3 +H2SO4= (NH4)2SO4 與鹽酸作用 NH3+HCL= NH4CL 與碳酸作用 2NH3+CO2+H2O= 2NH4HCO3 (NH4)2CO3+CO2+H2O= 2NH4HCO3 ④ 有水存在時氨對銅和銅的化合物有侵蝕性。 ③ 加壓時易被液化為物色液體，（不純時為淡黃色或淡藍色）。因此觸媒的使用壽命長，停車修理的間歇時間長，總產(chǎn)量高。 ｂ、混合氣不直接進入合成塔，而先與循環(huán)氣在冷卻系統(tǒng)前匯合， 11 經(jīng)冷卻后，油及水分隨分離下來的液氨一同排出氨分離器，使油及水份的 分離更為徹底，可防止水及油份對觸媒的毒害作用。 ｅ、精制觸媒反應(yīng)熱量不能自行維持，反應(yīng)前必須加熱， 其熱源由合成塔出口高溫氣體和精致塔 出口高溫氣體供給。 低壓法工藝的優(yōu)缺點： ａ、所需壓力溫度低，亞鐵氰化鉀觸媒的活性較大。 ｄ、由于合成率高，因此每立方米觸媒的生產(chǎn)力也相應(yīng)增大。利用深度冷凍過程可以分別得到氫、氮、氬、 甲烷， 也可以將放空氣中甲烷用冷凝 方法得到氫氮氣，然后將甲烷轉(zhuǎn)化成氫，這樣氣體回收就比較完全，新鮮氣的消耗可大大降低。（即放空的方法） 在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，惰 9 性氣體排除的位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最小的地方。 （ 4） 未反應(yīng)氫氮氣的處理：為了回收這部份氫 氮，工業(yè)上有兩種處理方法： ａ、 串聯(lián)法：將幾個氨合成和氨分離串聯(lián)起來， 出第一合成塔的氣體經(jīng)氨分離后進入第二合成塔，再分離。因此，在新的氨合成流程中， 都沒有反應(yīng)熱回收裝置。因此， 在往復(fù)式壓縮機眉端出口都設(shè)有水冷卻器和油分離器將氣體中的油份除凈十分重要，這不僅因為油冷凝后會附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，更重要的是當(dāng)油隨氣體帶入合成塔，會使催化劑中毒，當(dāng)油進入合成塔電加熱器內(nèi)時，會使其絕緣不良而引起短路， 為避免氣體帶油，目前已推廣往復(fù)式壓縮機無油潤滑，并取得較好效果，使用離心式壓縮機從根本上解決了氣體帶油問題，使生 產(chǎn)流程得以簡化。 循環(huán)壓縮機技術(shù)特性如下： 生產(chǎn)能力： 270 米 3/小時 轉(zhuǎn) 速 ： 125 轉(zhuǎn) /分鐘 同步電動機容量： 450 千 瓦 八、生產(chǎn)技術(shù)依據(jù)，生產(chǎn)步驟及生產(chǎn)方法的選擇 生產(chǎn)技術(shù)依據(jù) 《合成氨器、 氨的合成》 ； 《無機化工工藝學(xué)》 ； 《化工工藝設(shè)計 概論》 ；無機化工專業(yè) 業(yè)設(shè)計任務(wù)書 。從冷凝塔、氨分離器、油過濾器出口排出來 的氣體，都經(jīng)過放空槽集中后，排入大氣。 氨水回收器為 立式焊接圓筒，它的直徑約為 1200 ㎜，高約 3500 ㎜，容許的最高操作壓力為 16 氣壓，內(nèi)設(shè)有蒸汽蛇管器的側(cè)面有一 玻璃管液面計。在內(nèi)筒下有幾個氣體的入口圓洞，內(nèi)筒在操作過程 中，承受的最高壓力差必須小于 氣壓。該設(shè)備的外筒是一直徑約為 2100 ㎜，高約為 3900 ㎜的直立式焊接而成的圓筒，該設(shè)備上有泡沫分離器。 冷凝塔的外筒是多層焊接的高壓容器，在塔底的循環(huán)氣入口上焊有一個中心管，在塔內(nèi)上部焊有一個套筒，套筒與高壓筒體的間隙用作液面 計導(dǎo)壓之用，并且套筒還兼作冷交換器的外殼，在塔內(nèi)的上 部裝有列管式冷交換器，它 有下面一截外殼，上面有一圈法蘭線，與高壓筒體內(nèi)的套筒緊密接觸，起密封作用。 觸媒 筒的內(nèi)徑為 690 ㎜，由鋼板焊接而成。 第二類：水分含量不超過 1%，并含有微量的油份。 機械油 ： 牌號“” ，閃點 110℃，粘度 50℃時， — 恩氏度。 水溫 24℃（夏季）所含之懸浮物 ， 3 不超過 50 毫克∕升，在洪水期水中懸浮物達 100 毫克∕升。 大修： 20 天 3 年 |次 （一般） 中修： 7 天 1 年 |次 小修： 1～ 5 天 （經(jīng)常） 發(fā)展規(guī)劃：向年產(chǎn) 30 萬噸合成氨發(fā)展。 以畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書和化工工藝專業(yè)課本及 參考書為依據(jù)。因此，化工工藝專業(yè)的學(xué)員一定要掌握 化工設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識。 1 第一章 總 論 一、 指導(dǎo)思想 化工設(shè)計是 政治、經(jīng)濟和技術(shù)緊密結(jié)合的一門科學(xué)技術(shù)。 有關(guān)化工 設(shè)計方面的知識和技能，不僅對專門從事化工設(shè)計的人員需要學(xué)習(xí)和掌握 ，而且對從事化工生產(chǎn)、科學(xué)實驗和技術(shù)管 理方面的人員，也同樣需要具備。 二、 設(shè)計依據(jù) 畢業(yè)設(shè)計是以設(shè)計者深入現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)，掌握所設(shè)計 項目的生產(chǎn)程序 。 生產(chǎn)制度：根據(jù)設(shè)備的大、中、小修及偶然事故的發(fā)生，年生產(chǎn)日一般為 330 天左右。 河水：供合成系統(tǒng)的水冷 卻氣作用。 潤滑油：供循環(huán)壓縮機機械部位及氣缸部位潤滑 用 的 。 液氨的品種分兩種： 第一類：水分含量不超過 %。 在上蓋設(shè)有安裝電爐用的小蓋及兩個溫度計插 4 入管的孔，該筒體最高操作溫度為 300℃，最高操作壓力 320 個大氣壓，安裝前經(jīng)過 400 大氣壓的壓力水壓強試驗。 冷凝塔：該塔上部是冷卻循環(huán)壓縮機出來的氣體，下部是進行 二次氨的分離，以降低合成塔入口的氨含量。 氨蒸發(fā)器：該設(shè)備的作用是借助于液氨蒸發(fā)為氨，將蛇管中的 5 循環(huán)氣進一步冷卻， 使氣體中殘留的氨冷凝下來，然后到冷凝塔中進行分離。該器裝有一內(nèi)筒，內(nèi)筒的外形 尺寸約 580 3900 ㎜， 內(nèi)裝 25 25 ㎜ 的銅環(huán) m3，在內(nèi)筒的外面饒有∮ 25 2 ㎜ 的鋼管呈螺旋形。 氨水回收器：該設(shè)備用于貯存自氨蒸發(fā)器排出來的累積氨水， 和觸媒 還原時放出的氨水，并在氨水回收器內(nèi)蒸發(fā)出來，送往氣氨主 管，把這部分氨回收。 放空槽：該設(shè)備為臥式圓筒，用鋼板焊接而成，其直徑約為 500 ㎜，長 約 1827 ㎜。該設(shè)備的潤滑分兩個系 統(tǒng)，一個是機械油循環(huán)潤滑泵系統(tǒng)， 另一個是汽缸油加壓潤滑系統(tǒng)。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機時，部分潤滑油在氣缸內(nèi)的高溫條件下產(chǎn)生氣化，并被氣體帶出。合成過程中的反應(yīng)熱有很大回收價值，可以直接通過廢熱鍋爐副產(chǎn)品蒸汽，也可加熱高壓鍋爐給水。 ｂ、冷凝法：首先需將出合成塔的高溫混合氣體冷卻、降溫，在經(jīng)氣 — 液分離設(shè)備冷凝后獲得的液氨即可從氫氮混合氣中分離出來。 采用循環(huán)法時，新鮮 原料氣中的氫和氮會連續(xù)不斷地合成氨，而惰性氣體除一部分溶解于液氨中被帶出外，大部分在循環(huán)氣中積累下來，在工業(yè)生產(chǎn)上，為了保持循環(huán)氣體中惰性氣含量不致過高，常采取將一部分含惰性氣體較高的循環(huán)氣體連續(xù)獲間斷地排除氨合成系統(tǒng)的方法。分 離放空氣可采用冷凝、冷卻和減壓、膨脹降溫等方法。 ｃ、電的定額消耗較低，顯然因提高壓力消耗的電能提高，但氨的合成率增大的更快，所以單位產(chǎn)品的消耗定額降低了。使用日期短，操作管理也比較困難。 ｄ、再生產(chǎn)過程中，經(jīng)常有觸媒分解物產(chǎn)生，很容易堵塞管道和設(shè)備，影響生產(chǎn)正常進行。 中壓法工藝的優(yōu)缺點： ａ、所用合成氨觸媒對觸媒的毒害物靈敏性小，如果在混合氣中觸媒的毒害物質(zhì)含量不高， 可采用非產(chǎn)品精致塔進行氣體精制，進行雙循環(huán)生產(chǎn)，如果混合氣中毒害物含量很少，則可不采用精致塔。 ｅ、合成塔的操作溫度較高壓法低，觸媒的靈敏性小，反應(yīng)時又無觸媒分解物生成。 九、對所選擇方法的工藝原理、反應(yīng)機理和催化劑的評述 產(chǎn)品的性質(zhì)、用途 （ 1）物理性質(zhì) ① 一般物理性質(zhì)（在溫度 0℃及壓力 760 毫米汞銀柱時）： 氣體比重 %（空氣為 1） 液體比重 （水為 1） 沸點 ℃ 熔點 ℃ 12 臨界壓力 氣壓 臨界溫度 ℃ 密度 溶解度 1300 升氨 /升水， 0℃約 50%的溶液 ② 有特殊刺激性臭味的無色氣體，對人的粘膜，特別是眼睛刺激更厲害，人只能在含 %氨的空氣中停留 1 小時左右。 ⑥ 蒸汽壓力與蒸發(fā)潛熱。 ｂ、水溶液呈堿