【正文】 0 進口氣體帶入熱 51 出口氣帶出熱 51 絕熱壓縮提供能 52 壓縮功校核： 52 53 氨冷凝熱QY包括水冷器中和氨冷卻器中的氨冷凝熱。包括了馳放氣和產(chǎn)品氨的熱量。氨水（即氨的水溶液）和液氨體本身就是一種氮肥；農(nóng)業(yè)上廣泛采用的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥，和磷酸銨、硝酸磷肥等復(fù)合肥料，都是以合成氨加工生產(chǎn)為主。因此遵義市冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨量豐沛，氣候宜人。境內(nèi)冬季、秋末、春初，受西伯利亞南下冷空氣影響，風(fēng)向多為偏北風(fēng)，因地貌復(fù)雜多變，地面風(fēng)主要是東北風(fēng)。蓄熱法：此法也稱間歇式制氣法，是先將空氣送入爐燃燒煤，提高煤層溫度，生成的吹風(fēng)氣經(jīng)回收熱量后大量放空。此法是目前我國中、小型合成氨廠廣泛采用的氣化方法。這種方法雖然在工藝上是可行的，但是目前尚未達到工業(yè)化階段。因此，CO變換既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程：CO+H2O=CO2+H2變換的方式：中變—低變串聯(lián)：一般CO的含量較低，一般在13%—15%左右；多段變換：CO含量較高，一般在30%左右；全低變：指全部使用寬溫區(qū)的鈷鉬系耐硫變換催化劑，不再用高（中）變催化劑。脫硫的方法主要有干法脫硫和濕法脫硫兩種,干法脫硫主要是用于天然氣的脫硫，本設(shè)計這里采用濕法脫硫。其特點為：吸收速度或化學(xué)反應(yīng)速度快，硫容大，適合脫除氣體中高硫；脫硫液再生簡便，且可循環(huán)使用還可回收硫磺。PDS法：PDS脫硫的互換性好，脫硫的凈化度和凈化值與栲膠法相仿。粗原料氣經(jīng)一氧化碳變換后，變換氣中除氫、氮外，還有二氧化碳、一氧化碳和甲烷等組分，其中以二氧化碳含量最多。一類是化學(xué)吸收法，利用二氧化碳具有酸性特性可與堿性化合物進行反應(yīng)而實現(xiàn)。而化學(xué)吸收法分為熱碳酸鉀法和活化MDEA法。物理吸收法分為低溫甲醇洗滌法和聚乙二醇二甲醚法。經(jīng)CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚有含有少量殘余的CO和CO2，為了防止它們對氨合成催化劑的毒害，合成氨生產(chǎn)中氨合成所需的合格氣體必須保證CO和CO2總含量≤10cm3/m3，因此，氣體在送往合成工段前，必須將CO、CO2等雜質(zhì)進行最后的凈化。通常是先吸收CO并生成新的絡(luò)合物，然后已吸收CO的溶液在減壓和加熱條件下再生。這是一個典型的物理吸收過程，%—1%的甲烷和氬，雖然這些氣體不會使合成催化劑中毒，但它們能降低氫、氮氣體的分壓，從而影響氨合成的反應(yīng)速率。但此法的升溫比較困難，需用外加熱源預(yù)熱原料氣，增加了成本。因此，必須回收這部分熱量，運用到能量的循環(huán)利用當(dāng)中。KP與Kf之間的關(guān)系為：Kf==KPK氨合成反應(yīng)的熱效應(yīng)：氨合成反應(yīng)的熱效應(yīng)，不僅取決于溫度，而且與壓力、氣體組成有關(guān)?；旌蠠崾菤怏w混合物非理想的標(biāo)志，它隨壓力的提高、溫度的降低而增大。活性好，則催化劑的用量少而能夠轉(zhuǎn)化的物料量大，但對于合成氨反應(yīng)，過高的活性有時反而是適得其反。由于合成氨沒有副反應(yīng)存在，故選擇性可認(rèn)為是100%。這中間三個步驟稱為化學(xué)動力學(xué)過程。所以基建費用隨壓力的提高會呈下降趨勢，超過一定值后又逐漸回升；三、產(chǎn)品成本由基建成本和運行成本構(gòu)成，前者與基建投資有關(guān)，后者與能耗有關(guān)。 一般中小氮肥廠多為30MPa。所以，本設(shè)計的新鮮氣的補入位置放在補入油分離器入口。65/52。 氨分離的型式和級數(shù)進入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來。冷凝法：該法是冷卻含氨混合氣，使其中大部分氣氨冷凝以便于不冷凝的氫氮氣分開。以水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器中進行的。，故本設(shè)計選擇的氨冷型式是冷凝法，一級氨冷。氫、氮對碳鋼有明顯的腐蝕作用。氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)繁多，目前主要有冷管式和冷激式兩種塔型。其缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，冷管與分氣盒占據(jù)較多的空間，催化劑還原時床層下部受冷管傳熱的影響升溫困難，還原不易徹底。徑向冷激的優(yōu)點：氣體呈徑向流動，流速低，壓力降較?。恢睆捷^小。水冷器：常見的有兩種，噴淋式和套管式。冷凝塔：由兩大部分組成。軟水加熱器：塔外換熱器：油水分離器： 工藝操作條件的確定中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟性比較好，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。故本設(shè)計的氨合成溫度定為500OC。反之，則增大了推動力，反應(yīng)速度增加，雖然出口氨含量略有減少，但提高了氨凈值，產(chǎn)量也有明顯的提高。 惰性氣體含量惰性氣體的存在，無論從化學(xué)平衡和動力學(xué)角度分析都是有弊無利。反之，宜控制在12%—16%。則氨合成塔出口氨含量為： 取為15%。當(dāng)?shù)?月平均溫度為24℃，考慮涼水塔冷卻溫度差為10℃，則循環(huán)水的溫度為34℃；取水冷器傳熱溫度差為10℃，則水冷器后循環(huán)氣可達到的溫度為44℃，此即水冷器分氨溫度。MPa1)：=+44==+44==+44==+44=考慮它們未達到平衡，取甲烷的平衡到達率為85﹪，其余為75﹪。位置5的最終氣體組成見表7。MPa1)：H1=+（）=H2=+（）=H3=+（）=H4=+（）=考慮到它們未達到平衡，取甲烷的平衡到達率為85%，其余為75%。C====根據(jù)新的A、B、Ai、Bi值，重復(fù)上述計算，得到各位置的循環(huán)氣和新鮮氣的氣量和組成。從回路中任何一個設(shè)備開始計算均可，現(xiàn)從合成塔開始，逐次對各單元設(shè)備進行能量衡算?！? =+=(kmol℃) ==++++== ==++++ ===318/===查表得=(kmol℃)=+=(kmol℃)==++++====++++151===333/===查表得=(kmol℃)=+=(kmol℃)==++++====++++151===443/===查表得=(kmol℃)=+=(kmol℃)==++++====++++151===603/===查表得=(kmol(6)合成塔內(nèi)溫升核算=() 式中，===(kmol 入口氣帶入熱量 = 出口氣帶走熱量由=250℃,=，則：=+=(kmol℃)=+(273+250)=(kmol℃)===13292710kcal/h=55643284kJ/h 廢熱鍋爐熱負(fù)荷=== 可副產(chǎn)蒸汽量設(shè)定軟水溫度為90℃，其焓=㎏，(絕)，其焓= kJ/㎏?！?=++=(kmol℃)==++++=(kmol軟水帶入熱：Q==5016549軟水帶出熱：Q=55643284+501654942600039=18059794軟水加熱器熱量平衡匯總表 收入項 支出項 項目 熱量 項目 熱量 廢熱鍋爐來氣 55643284 廢熱鍋爐出氣 42600039 軟水帶入熱 5016549 蒸汽帶出熱 18059794 合計 60659833 60659833 熱交換器能量衡算：冷、熱氣體的熱量，已有三項由合成塔和廢熱鍋爐的能量衡算確定?！?=++=(kmol℃)==++++=(kmolK)=n4==1719631kcal/h=7200095kJ/h 液氨帶出熱 由手冊查得35℃時，(gK）計算得：=（）=37356KJ/h 由液氨蒸發(fā)移出的熱量 = + =7200095+(37356) =20801364KJ/h 新鮮氣帶入熱由物料衡算結(jié)果可知?！? =+130+=(kmol℃) ==++++ =(kmol =11319910+4852125=16172035KJ/h 放空氣帶出熱 ,由分氨后與入冷凝塔的氣體的熱量之差確定。查氮肥工藝設(shè)計手冊得到：+++++該公式中P的單位為大氣壓，則P==取t=375℃,P=則： =105+107+代入t=375℃,即T=648K，可得:Kf=Kf===KPKr則==設(shè)H2/N2=,即r=，P=若無惰性氣體，則=（12）所以：=由，可知=平衡溫度曲線計算結(jié)果 序號 溫度t/℃ 溫度T/k 1 340 613 2 350 623 3 370 643 4 375 648 5 385 658 6 395 668 7 420 693 8 450 723 9 500 773 10 530 803 作最佳溫度曲線最佳溫度Tm的計算最佳溫度與平衡溫度Te的關(guān)系如下：Tm=反應(yīng)熱△HR=11599+==℃本設(shè)計選用A203催化劑，則K=(16536/RT)16536 E2E1=2(△HR) E1=E2+2(△HR)=16536+2(11599+)=16536+2(11599+) =42146當(dāng)Te=648K時, Tm=tm==℃其余計算結(jié)果見表7B 序號 平衡溫度 溫度 最適溫度 最適溫度 te/℃ Te/K Tm/K tm/℃ 1 340 2 350 3 370 4 375 5 385 6 395 7 420 8 450 9 500 10 530 確定觸媒框的形式與尺寸 外筒內(nèi)徑 催化劑內(nèi)徑 中心管 溫度計套管 觸媒筐保溫層厚度 18mm 環(huán)隙 取14mm 觸媒體積進塔氣量 氨分解基氣量 （1+3%）=設(shè)空速為 =20000觸媒體積==電加熱器電加熱器容量氨150200KW/m3觸媒計=熱電偶套管直徑 熱電偶套管根數(shù) 2絕熱層高度 冷卻層高度 冷管及根數(shù)按冷管比傳熱面積為1418觸媒則冷管比表面積為 =單管 冷管根數(shù) N= 取94根冷管 工藝設(shè)計參數(shù) 操作壓力 P=進塔氣組成 進塔氣組成 組分 NH3 H2 N2 Ar CH4 合計 含量/﹪ 催化劑選用A203型， 形狀系數(shù)催化劑的反應(yīng)數(shù)率常數(shù) KT=22600e