【正文】 蒸發(fā)為氣氨，送 碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。同時， 因生產(chǎn)工藝流程長、連續(xù)性強，設備長期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災、爆炸和重大設備事故經(jīng)常發(fā)生。 氨合成過程的基本工藝步驟 實現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個步驟 [4]：氮氫原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對未反應氣體補充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。氣體中所含的油不僅會使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。在正常操作的情況下，加熱氣體的熱源主 要是利用氨合成時放出的反應熱，即在換熱器中反應前的氫氮混合氣被反應后的高溫氣體預熱到反應溫度。 目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。當液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來，通常稱為“貯罐氣”。為補償這一損失，流程中必須設置循環(huán)壓縮機。由此可見，放空的位置應該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮氣損失。這種方法簡單，但熱量回收不完全。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔 (內(nèi)置式 )和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔 (外置式 )兩類。此法的優(yōu)點是減少了塔內(nèi)換器的面積，從而減小了塔的體積，同時熱能回收完全。 氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。由于近來低溫氨催化劑的出現(xiàn) , 可使合成壓力降低。 本次設計選用中壓法（壓力為 32MPa）合成氨流程，采用 預熱反應前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應熱，塔型選擇見設備選型部分。在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進入氨分離器，部分液氨被分離出來，氣體出氨分離器，進入透平循環(huán)機入口，經(jīng)加壓后進入循環(huán)氣濾油器出來后進入冷交換器熱氣進口。 從而可計算出液體中各組分含量： 液體中氨含量： xNH3=LNH3/L= 100％=％ 液體中氬含量： xAr=LAr/L= IOO％=％ 液體中甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％=％ 液體中氫含量 : xH2=LH2/L= 100％=％ 液體中氮含量： xN2=LH2/L= 100％=％ 14 表 47 氨分離器出口液體含量 NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 分離氣體組分含量： 氣體氨含量： yNH3=［ mNH3LNH3］ /V=％ 氣體甲烷含量： yCH4=［ mCH4LCH4］ /V=％ 氣體氬含量： yAr=［ mArLAr］ /V=％ 氣體氫含量： yH2=［ mH2LH2］ /V=％ 氣體氮含量： yN2=［ mN2LN2］ /V=％ 表 48 氨分離器出口氣體含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 查 t=10℃ ,p= 的平衡常數(shù)： 表 49 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=％ 15 出口液體氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3=％ 出口液體氬含量 : xAr=yAr/ KAr=％ 出口液體氫含量 : xH2=yH2/ KH2=％ 出口液體氮含量 : xN2=yN2/ KN2=％ 表 410 冷交換器出口液體組分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 液氨貯槽氣液平衡計算 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會解吸，即弛放氣 。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L= 100％ =％ 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％ =％ 出口液體氬含量： xAr=LAr/L= 100％ =％ 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L= 100％ =％ 出口液體氮氣含量： xN2=LN2/L= 100％ =％ 表 413 液氨貯槽出口液氨組分（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(M0NH3LNH3)/V=()/ 100％ =％ 弛放氣甲烷含量： yCH4=(M0CH4LCH4)/V=()/ 100％=％ 弛放氣氬含量： yAr=(M0 ArLAr)/V=()/ 100％ =％ 弛放氣氫氣含量： yH2=(M0H2LH2)/V=()/ 100％ =％ 弛放氣氮氣含量： yN2=(M0N2LN2)/V=()/ 100％ =％ 表 414 出口弛放氣組分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 100 液氨貯槽物料計算 以液氨貯槽出 口一噸純液氨為基準折標立方米計算液氨貯槽出口液體量 L(19)=1000 ( 17)= 17 其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3) X(19NH3)= ﹪ = m３ CH4 L(19CH4)=L(19CH4) X(19CH4)= ﹪ = m３ Ar L(19Ar)=L(19Ar) X(19Ar)= ﹪ = m３ H2 L(19H2)=L(19H2) X(19H2)= ﹪ = m３ N2 L(19N2)=L(19N2) X(19N2)= ﹪ = m３ 液氨貯槽出口弛放氣（ V/L） = V(20)= L(19)= = m３ 其中 NH3 V(20NH3)=V(20NH3) y(20NH3)= ﹪ = m３ CH4 V(20CH4)=V(20CH4) y(20CH4)= ﹪ = m３ Ar V(20Ar)=V(20Ar) y(20Ar)= ﹪ = m３ H2 V(20H2)=V(20H2) y(20H2)= ﹪ = m３ N2 V(20N2)=V(20N2) y(20N2)= ﹪ = m３ 液氨貯槽出口總物料 =L(19)+ V(20)=+= m３ 液氨貯槽進口液體： 由物料平衡，入槽總物料 =出槽總物料， L(21)=L(19)+V(20)= m３ 入口液體各組分含量計算 :L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=+= m３ CH4 L(21CH4)= + = m３ Ar L(21Ar)= + = m３ H2 L(21H2)= += m３ N2 L(21N2)=+ = m３ 入口液體中組分含量核算 ,由 m180。(0Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。(0i) 合成系統(tǒng)物料計算 將整個合成看著一個系統(tǒng)，進入該系統(tǒng)的物料有新鮮補充氣補 V 補 ， 離開該系統(tǒng)的物料有放空氣 V 放 ，液氨貯槽弛放氣 V 弛 ，產(chǎn)平液氨 L 氨 。 V 入 = m3 合成塔物料計算 入塔物料： V5= m3 NH3 V5NH3=11422 ﹪ = CH4 V5CH4= ﹪ = Ar V5Ar= ﹪ = H2 V5H2= ﹪ = N2 V5N2= ﹪ = 合成塔一出，二進物料，熱交換器，冷氣進出物料等于合成塔入塔物料 即 V5=V6=V7= m3 出塔物料 V8= m3 NH3 V8NH3= ﹪ = m3 19 CH4 V8CH4= ﹪ = m3 Ar V8Ar= ﹪ = m3 H2 V8H2= ﹪ = m3 N2 V8N2= ﹪ = m3 合成塔生成氨含量：Δ VNH3=V8NH3V5NH3 = =3= 沸熱鍋爐進出口物料，熱交換 器進出口物料等于合成塔出塔物料。表 1011 氨熱力學性質(zhì)） INH3=Q冷 =L4 17 INH3= 17 =(4) 新鮮氣帶入熱量 Q1 t1=10℃ ,P=,查壓力下各組分氣體比熱容 : 表 421 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp1= + + + =(Kmol℃ ) 新鮮氣帶入熱 量 Q1=V1Cp1t1= 10 =氨冷器收入總熱量 Q=Q3+Q3L+Q冷 +Q1 =+++ =（ 5）氨冷器入口混合氣溫度 t4計算 由熱平衡 Q4=冷 =V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t4=Q4/V4/(Cp4+Cp4L 17/)=(Cp4+) 設 t4=24℃， P= 查常壓下各組分氣體比熱容 : 表 422 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℃ ) 查 t=℃時 Cp4L=(Kmol℃ ) 代入 t4=(33171+ )= 與假設一致 混合后氨冷器入口熱氣溫度 24℃ （ 6）氣體帶出熱量 Q2 由冷交換器熱量計算 Q2=（ 7）氣體中液氨帶出熱量 Q2L由冷交換器熱量計算 Q2L= 30 （ 8）液氨蒸發(fā)吸收熱量 Q吸 （冷凍量） 由熱平衡計算 Q吸 =Q入 (Q2+Q2L) =++= KJ/tNH3 查 25℃液氨焓 INH3L=（由液氨儲槽來） 15℃蒸發(fā)蒸氣 INH3=Δ INH3=INH3INH3L==（ 9） 冷凍量計算 W=Q吸 /Δ INH3= 表 423 氨冷器進出熱量匯總表 進 出 氣體帶入 Q2 氣體帶出 Q2 液氨帶入 Q2L 液氨帶出 Q2L 氣體中氨冷凝 Q冷 冷凍量 Q吸 新鮮氣體帶入 Q1 總 Q入 總 Q出 循環(huán)機熱量計算 （ 1） 循環(huán)機出口氣 體溫度計算 由《小氮肥廠工藝設計手冊》附表 111 查得循環(huán)氣體中各組分的絕熱指數(shù)如下： 表 424 各組分的絕熱指數(shù) NH3 CH4 Ar H2 N2 K1 根據(jù)公式 ? ?? 1i i1 KyK 入 =()+()+()+() =+++++ K= KKPPTT 1??????????入出入出 T入 =30+273=303 K P出 = P入 =28MPa代入得 1. 3 94 11. 3 94)2830 .94( 2?出T==℃39? ℃ （ 2） 氣體帶入熱量由前計算 Q5= 31 （ 3） 壓縮功 1211211 ZZPPK KVPN KK????????????????????? ? P1=28MPa P2= K= Z2= Z1= V1=V0P0T/(P1T0)= (173+39)/273=將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功計算工式中得： N= 壓縮熱 QN=3600N=3600 =(4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得： Q4=Q3+QN=+=625664KJ/tNH3 Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/V4/t4=625664 (Kmol℃ ) 由 t4=39℃ P=，查常壓下各組分氣體比熱容并計算得： 表 425 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℃ ) 表 426 循環(huán)機進出熱量會在匯總 入 出 氣體帶入熱量 氣體帶出熱量 625664 壓縮熱 總 Q入 625664 總 Q出 625664 合成塔熱量計算 （ 1） 環(huán)隙溫升 t2計算 （ 2） 設合成塔環(huán)隙高度高度 h=，由經(jīng)驗公式知，環(huán)隙每米溫升按℃計，則合成塔一出溫度 t2為 , t2=t1+=39+ 14= ℃ （ 3） 氣體帶入熱量 Q1由前計算 Q4=變化（忽略熱損失）。 (1) 熱氣體帶入熱量 Q1由熱交換器熱平衡計算 Q1=(2)氨冷凝熱 查≤小氨肥廠工藝設計手冊≥得 35℃時氨冷凝熱 I=Q冷 =V2 INH3= 16769 =式中 (3