【正文】 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 29 （ 1） 氣體帶入熱量 Q3 由冷交換器熱量計(jì)算的 Q= KJ/tNH3 （ 2） 氣體中液氨帶入熱量 Q3由冷交換器熱量計(jì)算得： Q3=（ 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)》。 7MPa 下的氣體反應(yīng)熱簡(jiǎn)化計(jì)算公式為： H=11599+, t=370℃代入得： H=11599+ 370=由物料平衡計(jì)算知氨產(chǎn)量Δ VNH3=(標(biāo)） = 則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 32 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(dāng) 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(yàn)公式 Q損 =awFw(twtb)設(shè)塔壁溫度 tw= 62℃ ,空氣溫度 5℃ ,塔外壁高h(yuǎn)=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(jì)算 設(shè) t2=190 ℃ , P= 小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 各組分氣體比熱容并計(jì)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 Cp2=(Kmol℃ ) t2=℃ ∴合成塔氣體二次入口帶入熱量 Q2=(++)(+)=3092725 33 .288 kJ/tNH3 (10) 合成塔絕熱溫升核算 △ t=Cp1=(NTQy NH Hy NH 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(jìn)口帶入熱 626664 一次氣體進(jìn)口帶出熱 二次氣體進(jìn)口帶入熱 二次氣體進(jìn)口帶出熱 反應(yīng)熱 熱損失 總 Q入 總 Q出 廢熱鍋爐熱量計(jì)算 （ 1）內(nèi)熱氣體帶入熱量 Q1 由合成塔熱平衡計(jì)算 Q1=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量 Q2 設(shè) 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(fù)荷 Δ Q=Q2Q1=(4) 軟水量計(jì)算 設(shè)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 軟水焓 I1=Δ Q=X(I2I1) 熱平衡得 X=Δ Q/(I2I1)==蒸汽帶入熱量 Q蒸 =+= 34 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(jìn) 總 Q出 軟水帶入熱 Q 水 1634490 蒸汽帶出熱 Q 汽 12069084 熱損失 Q 損 212950 小計(jì) 36589006 小計(jì) 36589006 熱交換器熱量計(jì)算 （ 1）冷氣體帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計(jì)算 Q1=（ 2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計(jì)算 Q4=（ 3）冷氣體帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計(jì)算 Q2=（ 4）熱氣體出口溫度計(jì)算 Q1+Q4=Q2+Q5 熱平衡得 Q5=Q1+Q4Q2=+=Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5/Cp5= 設(shè) 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℃ ) T5=℃ 誤差=()/=% 假設(shè)成立 （ 5）熱交換器熱負(fù)荷 Δ Q=Q2Q1=Q5Q4==表 434 熱交換器熱量匯總表 入 冷氣帶入熱量 冷氣帶出熱量 熱氣帶入熱量 熱氣帶出熱量 總 Q進(jìn) 總 Q出 35 水冷器熱量計(jì)算 由題知 ,水冷器出口熱氣 體溫度 t2=35℃ ,設(shè)氣體先冷卻至 35℃后 ,氨再冷凝。所以 Q1=Q4=（ 4） 氣體反應(yīng)熱 QR 設(shè)合成塔二出溫度 370℃，假定氣體在塔內(nèi)先溫升到出口溫度后再進(jìn)行氨合 成反應(yīng)?，F(xiàn)從合成塔開(kāi)始，逐次對(duì)各單元設(shè)備進(jìn)行能量衡算。 V 入 =4209324380m3 合成塔物料計(jì)算 入塔物料： V5=4209324380m3= NH3 V5NH3=4209324380 ﹪ == CH4 V5CH4=4209324380 17﹪ == H2 V5H2=4209324380 ﹪ =2541379594m3= N2 V5N2=4209324380 ﹪ == 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=4209324380m3= 出塔物料 V8=3805495624m3= NH3 V8NH3=3805495624 ﹪ == CH4 V8CH4=3805495624 ﹪ == H2 V8H2=3805495624 ﹪ =1941518201m3= N2 V8N2=3805495624 ﹪ == 合成塔生成氨含量： Δ VNH3=V8NH3V5NH3=== 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。0(CH4)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。 G％ =（ 1+y5NH3） ( )/(( y8NH3 y5NH3) (1 )) =[(1+）（ ） ]/ [（ ）（ ） ] =％ 水冷后分離液氨占總量的 ％冷交，氨冷后分離液氨占總量的 ％。 表 44 已知氨分離器入口混合物組分 m(i) NH3 CH4 H2 N2 小計(jì) 查 t=35℃， P= 時(shí)各組分平衡常數(shù)： 表 45 各組分平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KH2 KN2 設(shè)（ V/L） = 時(shí)，帶入 L (i)=m(i)/［ 1+(V/L) K(i)］ =L(i): LNH3=mNH3/［ 1+(V/L) KNH3］ =(1+ )= kmol LCH4= mCH4/［ 1+(V/L) KCH4］ =(1+ )= kmol LH2=mH2/［ 1+(V/L) KH2］ =(1+ )= kmol LH2=mN2/［ 1+(V/L) KN2］ =(1+ )= kmol 15 L 總 = LNH3+ LCH4 + LH2+ LN2=+++= kmol 分離氣體量： V=1L== kmol 計(jì)算氣液比：（ V/L） ＇ = 誤差［（ V/L） （ V/L）＇］ /（ V/L） =（ ） / 100％ =0. 006％，結(jié)果合理。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換熱，冷卻后出冷交換器與壓縮送來(lái)經(jīng)過(guò)新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮?dú)鈺?huì)合進(jìn)入氨冷器，被液氨蒸發(fā)冷凝到 5～ 10℃， 被冷凝的氣體再次進(jìn)入冷交，在冷交下部氣液分離，液氨送往氨庫(kù)氣體與熱氣體換熱后再次出塔，進(jìn)入合成塔再次循環(huán) [2]。 3 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進(jìn)入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進(jìn)入氣氣換熱器冷氣入口，通過(guò)管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。以水和氨冷卻氣體的過(guò)程是在水冷器和氨冷器中進(jìn)行的。循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差約為 20~30 大氣壓，它表示了整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。 氫氮混合氣經(jīng)過(guò)氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。 合成反應(yīng)熱回收是必需的 , 是節(jié)能的主要方式之一 。氨合成壓力高對(duì)合成反應(yīng)有利 , 但能耗高。低溫時(shí)可能是動(dòng)力學(xué)控制，高溫時(shí)可能是內(nèi)擴(kuò)散控制； 大顆粒的催化劑內(nèi)擴(kuò)散路徑長(zhǎng)，小顆粒的路徑短，所以在同樣溫度下大顆?？赡苁莾?nèi)擴(kuò)散控制，小顆?？赡苁腔瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)控制。 (3)是體積縮小的反應(yīng)。 mol1 (1)是可逆反應(yīng)。 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個(gè)階段。 7 圖 氨合成工序物料流程示意圖 1— 新鮮氮?dú)猓?12— 放空氣； 20— 馳 放氣； 21— 產(chǎn)品液氨 為計(jì)算方便起見(jiàn)，在流程圖中各不同部位的物料，用數(shù)字編號(hào)表示。從冷交換器中的 氨分離器分離出的液氨與由氨分離器分出的液氨匯合入液氨貯槽。循環(huán)氣進(jìn)入合成塔，進(jìn)塔走塔內(nèi)間隙，溫度稍升高，引出到外部熱交換器再次升高溫度。 (8)水冷卻器的冷卻器溫度： 25。 (4)合成塔出口氣： 為 17%。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn) 6 上此法已不采用了。 低壓法 操作壓力 10MPa 左右，溫度 400～ 450℃。因?yàn)楹铣蓧毫Φ拇_定，不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來(lái)考慮。但因?yàn)楹铣尚矢?，放?的熱量多，催化劑溫度高，易過(guò)熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來(lái)分類。 第三 ,提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性 , 延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來(lái)合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。在低能耗合成氨裝置的技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中 , 其主要工藝 技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。由于煤的儲(chǔ)量約為天然氣與石油儲(chǔ)量總和的 10 倍 ,以煤為原料制氨等煤化工及其相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)再度成為世界技術(shù)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn) , 煤有可能在未來(lái)的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位 , 形成與天然氣共為原料主體的格局。在這種背景下，該項(xiàng)目以“年產(chǎn) 5萬(wàn)噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì)”為設(shè)計(jì)課題，對(duì)合成氨合成工段的各種工藝條件和設(shè)備選型等進(jìn)行深入的研究。 合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ) , 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。可見(jiàn)，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，設(shè)計(jì)了年產(chǎn)三萬(wàn)噸雙極氨冷式合成氨工藝流程設(shè)計(jì)，并借助 CAD 技術(shù)繪制了該工藝的管道及儀表流程圖和設(shè)備布置圖。 參考文獻(xiàn) ............................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 管道計(jì)算 ......................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算 ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 廢熱鍋爐能量衡算 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 液氨貯槽物料衡算 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 合成率計(jì)算 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 物料流程示意圖 ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 高壓法 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 目錄 中文摘要 ...........................................