【正文】 據 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）車間領導要經常監(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）盡可能使生產機械化和自動化。 （ 5） 廠址盡可能在平坦地帶，但應防洪。 （ 1） 應選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)。 s/㎡ 20℃ 十四、動力參數及廠址選擇 動力參數 （ 1） 供電：由劉家峽電廠和永昌電廠提供，經變壓后分為工 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 導熱系數 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送硫銨。 大部分氣體經主線控制進入塔頂部，然后沿塔內外筒環(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 進一步與管內的觸媒層反應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，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強度，也涉及到循環(huán)氣量，系統(tǒng)壓力降及反應熱的作用。 總之，可認為 30MPa左右是使用往復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 基本結束，緩慢使觸媒轉入正常生產。 （ 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動力學控制區(qū)，目前一般認為在鐵催化劑表面上氨合成反應機理可能如下： ②、 氨合成的動力學方程 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 捷姆金和佩熱夫導出的微分動力學方程如下 ： 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 極限時反應速度將為無限大。 ｆ、解析后氨從催化劑毛細孔組織內部向外表面擴散。 ｂ、氫和氮的絕大部分，自外表面向催化劑的毛細孔內部擴散，進 15 入內表面。同時，合成反應不能進行到底，反應后的氣體中含氨一般在 20%一下，其余為反應的氫、氮氣和不能參加反應的惰性氣體， 這些氣體混合在 一起是需要吸收熱量，所以表現(xiàn)出來的反應熱要比按上式算出的數值小，真正的反應熱與混合熱之合稱為表現(xiàn)反應熱，即△ HT=△ HR+△ HM，混合熱的數值顯然與反應后氣體中的氨含量有關，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。它們都是良好的肥料。 ｃ、燃燒硫磺時遇氨氣生成白煙。 （ 2）化學性質 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，主要反應為： 4NH3+3O2→ 2N2+6H2O 有觸媒存在時，氧化過程按下面反應式進行： 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、精制觸媒反應熱量不能自行維持，反應前必須加熱， 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力也相應增大。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該選擇在惰性氣體含量最小的地方。 （ 4） 未反應氫氮氣的處理：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， 都沒有反應熱回收裝置。因此， 在往復式壓縮機眉端出口都設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，更重要的是當油隨氣體帶入合成塔，會使催化劑中毒，當油進入合成塔電加熱器內時，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 產流程得以簡化。 循環(huán)壓縮機技術特性如下： 生產能力： 270 米 3/小時 轉 速 ： 125 轉 /分鐘 同步電動機容量： 450 千 瓦 八、生產技術依據，生產步驟及生產方法的選擇 生產技術依據 《合成氨器、 氨的合成》 ； 《無機化工工藝學》 ； 《化工工藝設計 概論》 ；無機化工專業(yè) 業(yè)設計任務書 。從冷凝塔、氨分離器、油過濾器出口排出來 的氣體，都經過放空槽集中后，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，內設有蒸汽蛇管器的側面有一 玻璃管液面計。在內筒下有幾個氣體的入口圓洞，內筒在操作過程 中，承受的最高壓力差必須小于 氣壓。該設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，在塔內上部焊有一個套筒，套筒與高壓筒體的間隙用作液面 計導壓之用，并且套筒還兼作冷交換器的外殼，在塔內的上 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，與高壓筒體內的套筒緊密接觸，起密封作用。 觸媒 筒的內徑為 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 （經常） 發(fā)展規(guī)劃：向年產 30 萬噸合成氨發(fā)展。 以畢業(yè)設計任務書和化工工藝專業(yè)課本及 參考書為依據。因此，化工工藝專業(yè)的學員一定要掌握 化工設計方面的基礎知識。 1 第一章 總 論 一、 指導思想 化工設計是 政治、經濟和技術緊密結合的一門科學技術。 有關化工 設計方面的知識和技能，不僅對專門從事化工設計的人員需要學習和掌握 ，而且對從事化工生產、科學實驗和技術管 理方面的人員，也同樣需要具備。 二、 設計依據 畢業(yè)設計是以設計者深入現(xiàn)場收集的數據，掌握所設計 項目的生產程序 。 生產制度：根據設備的大、中、小修及偶然事故的發(fā)生，年生產日一般為 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。該器裝有一內筒，內筒的外形 尺寸約 580 3900 ㎜， 內裝 25 25 ㎜ 的銅環(huán) m3，在內筒的外面饒有∮ 25 2 ㎜ 的鋼管呈螺旋形。 氨水回收器：該設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，并在氨水回收器內蒸發(fā)出來，送往氣氨主 管，把這部分氨回收。 放空槽：該設備為臥式圓筒，用鋼板焊接而成，其直徑約為 500 ㎜，長 約 1827 ㎜。該設備的潤滑分兩個系 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)。當使用往復式壓縮機時，部分潤滑油在氣缸內的高溫條件下產生氣化，并被氣體帶出。合成過程中的反應熱有很大回收價值，可以直接通過廢熱鍋爐副產品蒸汽，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，在經氣 — 液分離設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、再生產過程中，經常有觸媒分解物產生，很容易堵塞管道和設備，影響生產正常進行。 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含量不高， 可采用非產品精致塔進行氣體精制，進行雙循環(huán)生產，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，反應時又無觸媒分解物生成。 九、對所選擇方法的工藝原理、反應機理和催化劑的評述 產品的性質、用途 （ 1）物理性質 ① 一般物理性質（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