【正文】 、廢熱鍋爐、熱交換器、冷交換器、氨冷器以及液氨貯槽；(3) 合成工段合理利用熱能；(4) 制定變換工段的工藝流程，并繪制工藝流程圖；(5) 主要的設(shè)備選型及計(jì)算；(6) 安全因素、經(jīng)濟(jì)效益方面等；(7) 廠房與設(shè)備布置。在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進(jìn)入氨分離器，部分液氨被分離出來，氣體出氨分離器，進(jìn)入透平循環(huán)機(jī)入口，經(jīng)加壓后進(jìn)入循環(huán)氣濾油器出來后進(jìn)入冷交換器熱氣進(jìn)口。表21 新鮮補(bǔ)充氣組成組分H2N2CH4Ar總計(jì)含量/% （3） 合成塔入口氨含量：NH3=% （4） 合成塔出口氨含量：NH3=% （5） 合成塔入口惰性氣體含量：CH4+Ar=15% （6） 合成塔操作壓力：30MPa （7） 精煉氣溫度：35℃1.——精煉氣。其余各節(jié)點(diǎn)為循環(huán)氣圖22 計(jì)算物料點(diǎn)流程 物料衡算 合成塔物料衡算 （1） 合成塔入塔氣組分： 入塔氨含量： yNH3=%； 入塔甲烷含量：y5,CH4=%%/(+) 100%=% 入塔氫含量： y5,H2=[100(+15)] 3/4100%=% 入塔氬含量： y5,Ar=15%%=% 入塔氮含量： y5,N2=[100(+15)] 1/4100%=%將入塔組分歸入表22。表25 各組分平衡常數(shù)K（i）[6]KNH3KH2KN2KCH4KAr設(shè)時(shí)，代入L總=LNH3+LCH4+LH2+LN2+LAr=分離氣體量：V=1－=計(jì)算液氣比誤差，符合要求，故結(jié)果合理從而可計(jì)算液體中各組分含量，由式 x（i）=L（i）/L 可得液體中各組分的含量，將計(jì)算結(jié)果匯入下表26。表29 冷交換器出口液體組分含量組分NH3H2N2CH4Ar總計(jì)xi,16/% 液氨貯槽氣、液平衡計(jì)算由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣。表 210氨貯槽的液氨組成組分NH3H2N2CH4Ar總計(jì)z21,i/% 當(dāng)t=17℃，P=，計(jì)算得熱平衡常數(shù)歸入表211。表213 出口弛放氣組分含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 液氨貯槽物料計(jì)算以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量L19=1000(17)=其中， NH3 ，L19,NH3=L19NH3x19NH3=﹪= m3 CH4，L19,CH4=L19,CH4x19,CH4=﹪= m3 Ar ，L19,Ar=L19,Arx19,Ar=﹪= m3 H2 ，L19,H2=L19,H2x19,H2=﹪= N2 ，L19,N2=L19,N2x19,N2=﹪= 液氨貯槽出口弛放氣（V/L）=V20=L19== m３其中， NH3 ，V20,NH3=V20,NH3y20,NH3=﹪= m3CH4，V20,CH4=V20,CH4y20,CH4= ﹪= m3Ar ，V20,Ar=V20Ary20,Ar= ﹪= m3H2 ，V20,H2=V20,H2y20,H2= ﹪=N2 ，V20,N2=V20,N2)y20,N2= ﹪= m3 液氨貯槽出口總物料=L19+ V20=+= m3 液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料=出槽總物料，L21=L19+V20= m3 入口液體各組分含量計(jì)算：L21,i= L19,i + V20,i其中， NH3，L21,NH3=+= m3 CH4，L21,CH4= + = m3 Ar ，L21,Ar= + = m3 H2 ，L21,H2= += m3 N2 ，L21,N2=+ = m3 入口液體中組分含量核算由 ，x180。21,Ar=100﹪=﹪ 入口液體中氫氣含量 x180。21,i 合成系統(tǒng)物料計(jì)算將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充氣補(bǔ)V1， 離開該系統(tǒng)的物料有放空氣V13，液氨貯槽弛放氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨 。表216 物料計(jì)算匯總裝置名稱氣（液）量/m3組 成 /%NH3H2N2CH4Ar新鮮空氣 氨冷凝器出口 冷交換器冷氣出口 (續(xù)）表216 物料計(jì)算匯總裝置名稱氣（液）量/m3組 成 /%NH3H2N2CH4Ar合成塔入口 水冷器出口 氨分離器氣體出口 放空氣 冷交換器熱氣入口 氨分離器液氨出口 冷交換器液氨出口 冷交換器熱氣出口 氨冷器入口 產(chǎn)品液氨 馳放氣 液氨貯槽入口 熱量核算 交換器熱量核算(1) 熱氣進(jìn)口溫度t1 冷交換器的熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題目已知條件可知 t1=35℃(2) 冷氣進(jìn)口溫度 %，故為了保證合成塔入口氨含量，%，設(shè)過飽和度為10%，則在該冷凝器溫度下的平衡氨含量為：查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》%時(shí)的冷凝溫度t2=10℃，故冷氣進(jìn)口溫度等于10℃(3) 熱氣體帶入熱量 熱氣體在反應(yīng)器內(nèi)處于氨飽和區(qū)內(nèi)，在計(jì)算氣體比熱容時(shí)先求常壓比熱容，然后用壓力校正的辦法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容。表219 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=℃熱氣體帶出熱量：Q3=V3Cp3t3=17=(8) 熱氣體中液氨帶出熱查20℃液氨比熱容Cp= ℃Q3L=1717=(9) 冷氣體中分離液氨帶出熱Q2=Q4L=(10) 冷氣體出口帶出熱Q5=Q1+Q4+Q冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+()++()+= 由Q5=V5Cp5t5得，t5=Q5/V5Cp5=Cp5=設(shè)t5=30℃，P=。表222 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp4=++++=(Kmol℃)查t=℃時(shí)，Cp4L=(Kmol℃)代入：t4=(+)=，與假設(shè)一致。表225 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=(Kmol℃)將循環(huán)機(jī)進(jìn)出熱量匯人表226。在壓力P= 下的氣體反應(yīng)熱簡(jiǎn)化計(jì)算公式為：H=11599+,將t=365℃代入得：H=11599+365=由物料平衡計(jì)算知氨產(chǎn)量ΔVNH3=(標(biāo)）=則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱，QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q7Q7=(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2得，t2=((Q6+Q8+Q損)(QRQ5))/V1Cp1(6) 合成塔一出氣體帶出熱量Q6查t=℃ P= 混合氣體熱容，見表227。表229 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp2=(Kmol℃)t7=[(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)]/V1Cp1=℃誤差 =（）/210100﹪=﹪假設(shè)值與實(shí)際值基本相符計(jì)算有效。表231 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp2=(Kmol℃)Q9=220=(3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷ΔQ=Q9Q8=(4) 軟水量計(jì)算設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30,壓力P=, 飽和蒸汽，需軟水量為X，軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=軟水帶出熱量為ΔQ=X(I2I1)所以，由熱平衡得，X=ΔQ/(I2I1)=廢熱鍋爐帶入熱量：Q軟=XI1==蒸汽帶入熱量：Q蒸=+=將廢熱鍋爐的計(jì)算熱量匯入表223。(1) 熱氣體帶入熱量Q10由熱交換器熱平衡計(jì)算Q10=(2)氨冷凝熱查≤小氨肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)≥得35℃時(shí)氨冷凝熱I=Q冷=V2INH3==(3)熱氣體帶出熱量Q11查t2=35℃, P= MPa得混合氣體的比熱容，見表235。合成氨是一個(gè)高耗能且高污染的生產(chǎn)過程，在合成氨工段需要消耗大量的熱量以保證合成氣能夠反應(yīng)生成產(chǎn)品氨，而后將氨氣冷凝到液氨又需要消耗大量的冷量，所以合成氨的合成工段為高耗能過程。 合成氨工段的原子經(jīng)濟(jì)性原子經(jīng)濟(jì)性可表示為對(duì)于一般的合成反應(yīng) 原子經(jīng)濟(jì)性是衡量所有反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物的量度。因?yàn)樘旌承┰O(shè)備不能正常工作。廢水的處理：合成工段的廢水中主要是含有一定濃度的氨，氨水為稀堿液，排放會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)造成破壞，若直接排放到河流中會(huì)導(dǎo)致魚蝦和水生植物死亡。4 設(shè)備選型 合成塔催化劑層設(shè)計(jì) WWWWW進(jìn)塔氣成分 選用三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合成塔的催化劑層設(shè)計(jì)，依據(jù)已給定參數(shù)設(shè)計(jì)確定催化劑用量及幾何尺寸等工藝參數(shù)，然后再按照一定的操作條件計(jì)算催化劑層溫度、濃度和產(chǎn)量。NH3,1y186。NH3,1/（1+y186。NH3,0/(1+ y186。NH3,0=yNH3,0/(1yNH3,0)=()=，y186。NH3,1（1 y0,0Mk,0/Mk,1）=（,1）式中，Mk,1=Mk,0⊿M1所以，Mk,1==y186。NH3,1 y186。NH3,1=，(1/rNH3)1=()/m3(標(biāo))當(dāng)tk,2=℃時(shí)，y186。NH3,3/（1+y186。NH3，2/（1+ y186。NH3,2= yNH3,2/（1 yNH3,2）=，y186。NH3,3（1 y2,2 Mk,2 / Mk,3）=（,3）式中 Mk,3 = Mk,2⊿M3 所以， Mk,3==y186。NH3,3 y186。NH3,3=（）/=V0,3= V3(1 y0,3)[1+ yNH3,3/(1 y0,3)]= ()(1+())= 第三段催化劑用量，⊿Vk，3= A3,3 V03= 105= m3將各段計(jì)算結(jié)果匯入表44。（3）傳熱系數(shù)計(jì)算通道截面積=622==2b=2=，螺旋體外徑，D0=100082=984mm，DH=( D0+ d0)/2=(984+150)/2=567mm。表47 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1T11,K239Pc1,MPakJ/(. ℃)Tcm′==+239+++=P′cm=++++==求假對(duì)比參數(shù)，Pr′=p/ P′cm=Tr′=T/T’cm=(+)/=由 Pr′，Tr′查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[6], 得= =.==(mh ℃)（5）氣體的粘度 查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)各組分氣體壓力下的粘度。（2）列管尺寸Ф14x2無縫鋼管（3）熱負(fù)荷：Q=（4）產(chǎn)量：W=（5）熱氣體壓力：p=（6）熱氣入口溫度： t入=35℃（7）熱氣出口溫度：t出=17℃（8）熱氣氣量：V=(標(biāo))/h（9）冷氣體壓力：p=（10）冷氣入口溫度：t入=15℃（11）冷氣出口溫度：t出=22℃（12）冷氣氣量：V=(標(biāo))/h（13）冷交換器內(nèi)件內(nèi)徑：D＝625 m m 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算α0＝式中各物性數(shù)據(jù)取之平均溫度，t平=(35＋17)=26℃ （1） 壓縮系數(shù)Z氣體的臨界常數(shù)如表49所示。表411 各組分導(dǎo)熱系數(shù)NH3CH4ArH2N2λ0i,KJ/(. ℃)Mi1/3由λ0m=∑λi0yi Mi1/3/∑yi Mi1/3其中，∑yi Mi1/3=+0. 0497+++=λ0m=(++++)/= KJ/(. o C)查《氮肥》（理）普遍化氣體對(duì)比導(dǎo)熱系數(shù)λr=λ/λ0m=λ=== KJ/(. ℃)(5) 氣體粘度μ查相關(guān)數(shù)據(jù)表[10]得各組分氣體在壓力下的粘度,見表412