【正文】 空間速度對最適宜溫度的影響。 催化層中溫度分布是不均勻分布的，其中溫度最高的點(diǎn)稱為熱點(diǎn)。但空間速度增大，將使系統(tǒng)阻力增大，壓縮循環(huán)氣功耗增加，冷凍功也增大。 合成塔進(jìn)塔氣體組成 合成塔進(jìn)塔氣體組成包括氫氮比、惰性氣 體含量與初始氨含量。 惰性氣體（ CH Ar）不參加反應(yīng)，但由于它的存在會降低氫氮?dú)獾姆謮?，對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率都是不利的，導(dǎo)致氨的生成率下降。生產(chǎn)中采用不斷排放少量循環(huán)氣的辦法來降低系統(tǒng)惰性氣體含量。操作壓力較高及催化劑活性較好時(shí)，惰性氣體含量高一些，也能獲得較高的合成率。 目前一般采用冷凝法分離反應(yīng)后氣體中的氨，由于不可能把循環(huán)氣中的氨完全冷凝下來，所以返回合成塔進(jìn)口的氣體多少還含有一些氨。但將進(jìn)口氨含量降得過 低，勢必會將循環(huán)氣冷至很低的溫度，使冷凍功耗增大。 催化劑 可以做氨合成催化劑的物質(zhì)很多，如鐵、鉑、鎢、錳和鈉等。 ）等于或接近 時(shí)，催化劑還原后的活性最好，這時(shí) n（ FeO） / n(錯誤 !未找到引用源?？梢愿鶕?jù)條件不同而在24%—38%的范圍內(nèi)變動，這時(shí)對催化劑活性影響不大，而催化劑的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度隨低價(jià)鐵含量的 增加而增加。 形成固溶體。 一般鐵催化劑用熔融法制造，由于熔融態(tài)的氧化鐵粘度很大，三氧化二鋁不易分部進(jìn)去。 (3)合成塔出口氣： NH3為 17%。 (7)水冷卻器的冷卻器溫度： 25℃ 。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。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。 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，在流程圖中各不同部位的物料，用數(shù)字編號表示。 氨生成量：根據(jù)反應(yīng)式，在合成塔內(nèi)，氣體總物質(zhì)的量的減少，應(yīng)等于生成氨的物質(zhì)的量。 出塔氣總物質(zhì)的量 錯誤 !未找到引用源。 合成率 ? ?Ar3C H 43N H 333N H 3 yyy1n n2， ????? ? ? %%10003 ?????? ?? 氨分離器出口氣液組成計(jì)算 設(shè)合成反應(yīng)后在水冷卻器內(nèi)部分氨被液化，氣液已達(dá)到相平衡。 假定 F=1kmol 對于每個組分的物料平衡： iiii FxLyVFF ?????? (23) 根據(jù)氣液平衡關(guān)系 iii xmy ?? (24) 式中： mi為各組分的相平衡常數(shù)。 i即 6點(diǎn)值 組分 FNH3 FH2 FN2 FCH4 FAr 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) 1 表 組分的相平衡常數(shù) (mi)（ t=35℃， p=30Mpa） NH3m H2m N2m CH4m Arm 38 設(shè) 氣液比 R=V/L=12 錯誤 !未找到引用源。 液相中各組分的量： NH3 ? kmol 13 H2 ? kmol N2 ? kmol CH4 ? kmol Ar ? kmol 液相總量： i ??? kmol 分離后氣相總量： 9 2 3 7 6 6 ????? kmol 計(jì)算氣液比： 1 ??????????????? 誤差 % LVLVLV1 ??????????????????????? 錯誤 !未找到引用源。 9，計(jì)算得 LV 1 ??????? 誤差 LVLVLV1 ?????????????????????? 錯誤 !未找到引用源。 在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認(rèn)定 錯誤 !未找到引用源。 表 氨分離器出口氣體組成 (11， 12， 13， 14， 15點(diǎn) ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) /% % % % % % 15 V= kmol L= kmol 冷交換器分離出的液體組成 (18 點(diǎn) ) 由于從氨分離器出口氣．經(jīng)循環(huán)機(jī)和油分離器后進(jìn)入冷交換器系統(tǒng)，此前已有部分氣體放空并補(bǔ)充了新鮮氣，因此氣量和其組成均發(fā)生了變化。 如下表 (t=℃， p=30MPa錯誤 !未找到引用源。 水冷后的氨分離囂分離的液氨占總量的摩爾分?jǐn)?shù) G 可由下式計(jì)算： ? ?? ?? ?? ? %100y1yy yyy1GN H 311N H 36N H 33N H 311N H 36N H 33 ??? ???， 代入已知數(shù)據(jù)： NH33 ?， ， 17,0y NH36 ?， ， N H311 ?， L17x17i 17 L18x18i 18 X19i 19 Vyi 20 Lxi 21 16 ? ?? ?? ?? ? %%% ????? ??? 取 G=% 則氨分離器的分離液氨占 %，冷交換器分離液氨占 %?，F(xiàn)按試差最后的 V/L 值，具體計(jì)算如下。 以 V/L= 錯誤 !未找到引用源。 液體組成 (摩爾分?jǐn)?shù) )：按 %100LLx ii ??計(jì)算。 計(jì)氣液比 V/L=，則 馳放氣體積： 2120 ???? m3 NH3: 1 9 3 %7 5 8 8 0 4V NH 320 ???， m3 H2: 9 7 2 % 8 8 H220 ???， m3 19 N2: % N220 ???， m3 CH4: 3 1 4 %7 1 8 8 0 4V C H 420 ???， m3 Ar: % Ar20 ???， m3 液氨貯槽出口總物料體積： 3 3 1 8 8 4 3 3 1 9VL 2021 ???? m3 因此入口總物料也應(yīng)與出口相等： 3 3 1 4 2 3LLL 202119 ??? m3 入口物料各組分體積按 i20i21i19 VLL ， ?? 計(jì)算，結(jié)果為： NH3: N H 319 ?， m3 H2: H219 ?， m3 N2: N219 ?， m3 CH4: CH419 ?， m3 Ar: Ar19 ?， m3 i19 ???‘ m3 由’ ，‘ ， 19 i29i19 LLx ?計(jì)算得， 表 計(jì)算結(jié)果表 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) /% % % % % % 結(jié)果與 i19x， 基本相同。 為方便計(jì)算，把前已算得已知數(shù)據(jù)列入下表： 表 已得數(shù)據(jù)匯總表 名稱 NH3 H2 N2 CH4 Ar 氣量 /m3 補(bǔ)充氣 1 0 V1 放空氣 12 V12 馳放氣 20 產(chǎn)品液氨 21 合成塔入口 3 V3 合成塔出口 6 V6 (2)首先列出以下元素平衡和總物料平衡方程 (式中液氨忽略溶解物，以 100% NH3計(jì) ) 氫平衡：以體積量計(jì)算 (下同 ) 21N H 32020H22020N H 31212H21212H211 L23yV23yVyV23yVyV ????? ， (210) 氮平衡： 21N H 32020H22020N H 31212N21212N211 L21yV21yVyV21yVyV ????? ， (211) 惰性氣體平衡： ? ? ? ? ? ?Ar20C H 42020Ar12C H 41212Ar14CH11 yyVyyVyyV ， ????? (212) 氨平衡：合成塔內(nèi)生成的氨應(yīng)等于排出的氨 錯誤 ! 未找到引用源。 NH3: N H 33 ?， m3 H2: H23 ?， m3 N2: N23 ?， m3 CH4: 3 7 0 0 3 2 0V C H 43 ?， m3 Ar: Ar3 ?， m3 b. 出塔總物料量， ? m3 其中各組分量按照 VV ，?計(jì)算。其總量和總組成與入口完全一致。 17 ? m3錯誤 !未找到 引用源。 所以 6 5 8 6 7 5 41 3 3 8 6 87 9 2 4 0 2 2VVVV 12111413 ?????? m3 其中各組分的量按照 i1313i13 yVV ， ?? 錯誤 !未找到引用源。 NH3: 0151V N H 312 ?， m3 H2: H212 ?， m3 N2: N212 ?， m3 CH4: C H412 ?， m3 Ar: Ar12 ?， m3 (7)冷交換器進(jìn) 出口物料 a. 進(jìn)氣量： 2V =循環(huán)機(jī)出口加上補(bǔ)充氣的量 即 6 2 2 9 1 8 5 56 5 8 6 6 4 3 1142 ????? m3 b. 補(bǔ)充氣中各組分的量：按 i11i1 yVV ， ?? 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 NH3: 07 62 855 26 2N H 32N H 32 ??? ， 表 其他組分的計(jì)算結(jié)果表 (2點(diǎn) ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) e. 冷交換器出口氣體的量 V3 3 1 6 4 1 1 7 6V 3 ?? 合成塔入口氣體的量 m3 其中各組分的量按 i33i3 yVV ， ?? 錯誤 !未找到引用源。 26 NH3: N H 33 ?， m3 H2: H23 ?， m3 N2: N23 ?， m3 CH4: C H 43 ?， m3 Ar: Ar3 ?， m3 f. 冷交換器出口液氨的量：它是進(jìn)出口氣體體積之差。 ) 補(bǔ)充新鮮氣 (1 點(diǎn) ) ? m3 氨冷器入口氣 (2 點(diǎn) ) ? m3 合成塔進(jìn)出口 (345 點(diǎn) ) 3 1 6 1 1 7 6VVV 543 ??? m3 27 合成塔出口 (6789 點(diǎn) ) 8 1 7 7 6 6VVVV 9876 ???? m3 水冷卻器出口 (10 點(diǎn) )(氣液混合，以氣體計(jì) ) ? m3 氨分離器出口 氣體 (11 點(diǎn) ) ? m3 放空氣 (12 點(diǎn) ) ? m3 循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口氣 (1314 點(diǎn) ) 6 5 8 7 5 4VV 1413 ?? m3 氨冷器進(jìn)出口 (1516 點(diǎn) )(氣液混合 ) 1615 ?? m3 氨分離器液體出口 (17 點(diǎn) ) ? m3 冷交換器液體出口 (18 點(diǎn) ) ? m3 兩股液氨合并 (19 點(diǎn) ) ? m3 馳放氣 (20 點(diǎn) ) ? m3 產(chǎn)品液氨 (21 點(diǎn) ) 21 ? m3 (9)各部位的物料組成和數(shù)量，分別列表如下?，F(xiàn)從合成塔開始，逐次對各單元設(shè)備進(jìn)行能量衡算。 h/KJ10900174Q 4 ? 熱平衡式： 損 64R53 ????? （ 31） 式中： Q3， Q4， Q5， Q6均為顯熱，需熱容數(shù)據(jù)。 求得 )km o l/(J1 5 9 m3p ??， h/KJ6685817Q 3 ? (2)合成塔二次入塔氣帶入熱量 Q5 由已知 t5= 180℃ ， p5= MPa 求得 錯誤 !未找到引用源。 (4)合成塔二次出塔氣帶出熱量 Q6 由已知 t6= 360℃ ， p6= 30 MPa 求得 錯誤 !未找到引用源。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此數(shù)據(jù)是合理的。 1t ??????? ）（ ℃ 則 錯誤 !未找到引用源。 (1)入口氣帶入熱 Q6 錯誤 !未找到引用源。 （ 36） (4)可副產(chǎn)蒸汽量 設(shè)定軟水溫度為 90 錯誤 !未找到引用源。 46439kJ/h 表 廢熱鍋爐能量平衡匯總表 Q6 ○ 6 360 錯誤 !未找到引用源。h1 進(jìn)爐熱氣 Q6 73279967 出爐熱氣 Q7 50958054 軟水帶入熱 Q 水 3426608 蒸汽帶出熱 Q 汽 25302082 熱損失 Q 損 446439 小計(jì) 76706575 小計(jì) 76706575 熱交換器能量衡算 冷、熱氣體的熱量，已有三項(xiàng)由合成塔和廢熱鍋爐的能量衡算確定。 表 熱交換器能量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h/Jk23625591Q 8 ? (2)熱氣體 (去水冷卻器 )帶出熱量 設(shè)定溫度為 錯誤 !未找到引用源。 （ 38） (4)軟水量 假定來水溫度為 25℃ ，焓值為 。 Q8 115 錯誤 !未找到引用源。h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ