【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)備選型及計算；(6) 安全因素、經(jīng)濟效益方面等；(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。表21 新鮮補充氣組成組分H2N2CH4Ar總計含量/% （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)點為循環(huán)氣圖22 計算物料點流程 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，代入L總=LNH3+LCH4+LH2+LN2+LAr=分離氣體量：V=1－=計算液氣比誤差，符合要求，故結(jié)果合理從而可計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xi,16/% 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。表 210氨貯槽的液氨組成組分NH3H2N2CH4Ar總計z21,i/% 當t=17℃，P=，計算得熱平衡常數(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) 熱氣進口溫度t1 冷交換器的熱氣進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)計手冊》%時的冷凝溫度t2=10℃，故冷氣進口溫度等于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)，在計算氣體比熱容時先求常壓比熱容，然后用壓力校正的辦法計算實際的氣體比熱容。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，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)機進出熱量匯人表226。在壓力P= 下的氣體反應(yīng)熱簡化計算公式為：H=11599+,將t=365℃代入得：H=11599+365=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量ΔVNH3=(標）=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)值與實際值基本相符計算有效。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) 廢熱鍋爐熱負荷ΔQ=Q9Q8=(4) 軟水量計算設(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算Q10=(2)氨冷凝熱查≤小氨肥廠工藝設(shè)計手冊≥得35℃時氨冷凝熱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)濟性原子經(jīng)濟性可表示為對于一般的合成反應(yīng) 原子經(jīng)濟性是衡量所有反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物的量度。因為天寒某些設(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，排放會對周圍的生態(tài)造成破壞，若直接排放到河流中會導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 WWWWW進塔氣成分 選用三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件，并在此基礎(chǔ)上進行合成塔的催化劑層設(shè)計，依據(jù)已給定參數(shù)設(shè)計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)當tk,2=℃時，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將各段計算結(jié)果匯入表44。（3）傳熱系數(shù)計算通道截面積=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=++++==求假對比參數(shù)，Pr′=p/ P′cm=Tr′=T/T’cm=(+)/=由 Pr′，Tr′查氮肥工藝設(shè)計手冊[6], 得= =.==(mh ℃)（5）氣體的粘度 查氮肥工藝設(shè)計手冊各組分氣體壓力下的粘度。（2）列管尺寸Ф14x2無縫鋼管（3）熱負荷：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)/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)/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）普遍化氣體對比導熱系數(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