【正文】 35℃ 8. 以下各項(xiàng)在計(jì)算中略去不計(jì) （ 1）溶解在液氨中的氣體量 （ 2）設(shè)備阻力造成的壓力降 （ 3）設(shè)備及管道的熱（冷）損失 9. 工作壓力 300大氣壓 計(jì)算基準(zhǔn) 1000m179。熱氣體再經(jīng)兩次氨冷凝后，降至 ℃進(jìn)入儲罐。 如圖所示流程中，合成塔出口氣經(jīng)水冷卻器冷卻至常溫，其中部分液氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。冷凍的液氨由冷凍循環(huán)系統(tǒng)供給，或?yàn)橐喊碑a(chǎn)品的一部分。操作壓力在 30MPa時，一般進(jìn)塔氨含量控制在 ~％； 15MPa 時，控制在 ~％。惰性氣體不利于氨的生產(chǎn)，但維持過低的惰性氣體含量又需大量排出循環(huán)氣造成原料氣的浪費(fèi)。 合成塔進(jìn)口氣體的組成 進(jìn)口氣體組成包括氫 氮比、惰性氣體含量和初始氮含量。 本設(shè)計(jì)壓力選用 20MPa。壓力大時，原料氣壓縮功增加，循環(huán)氣壓縮功和氨分離冷凍功減少。催化劑床層的進(jìn)口溫度比較低，大于或等于催化劑使用溫度下限，依靠反應(yīng)熱升高床層溫度，然后溫度 在逐漸降低。 混合氣體組成一定式，壓力越高，平衡溫度與最佳溫度越高。 Tm與平衡溫度 Tc及反應(yīng)活化能 E E2之間的關(guān)系為 1212ln1 EEEE RTTTeem??? 圖為 A6 型催化劑的最佳溫度曲線。 本章小結(jié)研究的主要工作 本章主要介紹了氨的合成產(chǎn)業(yè)做了粗略介紹，介紹了氨的制取方法，氨的物理化學(xué)性質(zhì)以及氨的用途。用飽和熱水器吸收變換反應(yīng)中的熱量，同時為天然氣增濕，轉(zhuǎn)化及變換反應(yīng)提供蒸汽。氨合成采用低溫低壓下高活性的 FeCo 催化劑，降低合成壓力。在深冷分離法脫除過量氮的冷箱設(shè)置在氨合成的回路中。即在二段轉(zhuǎn)化爐加入過量的空氣與氫、甲烷作用生成大量的反應(yīng)熱，滿足殘余甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要的熱量，達(dá)到降低能耗的目的。 KRES 的設(shè)備由一臺換熱式一段轉(zhuǎn)化爐和一臺絕熱式二段轉(zhuǎn) 化爐組成。 凱洛格工藝進(jìn)展 1983 年凱洛格公司建成投產(chǎn)了一套低能耗的合成氨廠，噸氨能耗為 106kJ。 氨在其他工業(yè)中用途也十分廣泛，用于如冰箱、空調(diào)等的制冷，冶金工業(yè)中銅鎳等的提煉，以及醫(yī)藥方面磺胺類藥物、維生素的合成。氨還可用來生產(chǎn)尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨等氮混肥和復(fù)合肥。 氨能和 CO2反應(yīng)生成氨基甲酸銨，脫水生成尿素。 氨的性質(zhì)比較活潑，呈堿性，能與無機(jī)酸反應(yīng)生 成磷酸銨、硝酸銨、硫酸銨等銨鹽。 氨的性質(zhì)和用途 氨的物理性質(zhì) 氨的主要物理性質(zhì)列于表 11。一次世界大戰(zhàn)時，生產(chǎn)的氨被用于制造炸藥和氮肥硫酸銨。 其中，華鶴煤化工股份有限公司，是以煤為原料的生產(chǎn)合成氨并合成尿素的大型合成氨廠。其中天然氣為原料的 13 套 ， 石腦油為原料的 6 套 ， 渣油為原料的 7套 , 煤為原料的 2 套。氨合成塔由進(jìn)口冷氣體先經(jīng)中心管再經(jīng)冷管移走反應(yīng)熱實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)溫度控制。 如本模板和《哈爾濱理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》的規(guī)定不一至，以《哈爾濱理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》的規(guī)定為準(zhǔn)。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 模板使用說明 （請?jiān)谑褂们霸敿?xì)閱讀此說明?。? 各部分內(nèi)容可以直接打字輸入，也可使用粘貼功能，但要保證粘貼內(nèi)容格式正確。 論文中各種行間距請自行調(diào)整。 （請?jiān)谕瓿烧撐暮?，打印論文前，刪除本頁內(nèi)容?。? 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II 氨合成工段工藝及設(shè)備設(shè)計(jì) 摘 要 采用原料氣與塔內(nèi)反應(yīng)后熱氣體換熱后進(jìn)入觸媒層反應(yīng)，出塔氣體經(jīng)水冷、換熱、氨冷后分離氨，然后與新鮮原料氣混合循環(huán)的合成工藝。目前已投產(chǎn)或試生產(chǎn) 的大型氨廠有 28 家 ， 總能力約 8400kt/ a。小型氨廠始建于 50 年代末期 , 全國有800~ 1000 家 ， 總能力達(dá) 14000~ 15000kt / a, 大部分是以煤為原料。 1901 年法國化學(xué)家最早研究有氫氣和氮?dú)庵苯雍铣砂钡姆磻?yīng) H2+N2=NH3 （ 11） 1912 年， BASF 公司在奧堡建成世界上第一座 30t 氨的全套裝置，并于次年 9 月開始運(yùn)轉(zhuǎn)。長時間接觸會引起慢性中毒。 表 131 氨的主要物理性質(zhì) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 相對分子質(zhì)量 沸點(diǎn) (） /℃ 含氮量 /％ 蒸發(fā)熱 (℃ )/kJ/kg 摩爾體積（ 0℃， ） /（ L/mol) 冰點(diǎn) /℃ 氣體密度（ 0℃， ） /(g/L) 熔化熱 (℃ )/(kJ/kg) 液體密度（ ℃， ） (g/cm3) 氣體高熱值 (MJ/m3) 臨界溫度 /℃ 液體高熱值 /(MJ/kg) 臨界壓力 /MPa 液體低熱值 /(MJ/kg) 臨界體積 /(L/kg) 標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓 Hθ /(kJ/kg) 臨界密度 (g/cm3) 標(biāo) 準(zhǔn)摩爾熵 S θ ( 氣體，25℃， ） /(J/) 臨界熱導(dǎo)率 /[W/()] 電導(dǎo)率 ( 工業(yè)品， 35 ℃）/(S/m) 3 105 化學(xué)性質(zhì) 氨在常溫時相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氮和氫，其分解速度與氣體接觸的表面性質(zhì)密切相關(guān)。常溫常壓下，與空氣混合時爆 炸范圍是 ~28 ％ ；與氧氣混 合時爆炸范 圍是~82％。 液氨可以直接用作肥料。在化纖和塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素為氮源生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、尼龍 6 單體、己二胺、人造絲、丙烯腈、酚醛樹脂和尿醛樹脂等產(chǎn)品。合成氨的原料不同時選取的 工哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 藝不同。使用生產(chǎn)工藝建設(shè)新廠投資可減少 10％。 布朗深冷凈化工藝 布朗深冷凈化工藝采用減少一段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷、增大二段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷，并采用燃?xì)馔钙綑C(jī)驅(qū)動工藝空氣壓縮機(jī)。 ICI AMV 工藝 ICI 公司的 AMV 流程，在布朗深冷凈化工藝節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用低溫低壓下高活性的催化劑，合成反應(yīng)操作壓力 8~10MPa。一段變換采用 713/714 型催化劑，確保低汽氣比變換過程不發(fā)生副反應(yīng)。 3. 變換爐用水冷列管式代替高低溫變換爐。 6. 操作容易，省時省力。 溫度 氨合成反應(yīng)時可逆反應(yīng)，存在最佳反應(yīng)溫度 Tm, 它取決于反應(yīng)氣體的組成、壓力及所用催化劑的活性。氫氮比對最佳溫度的影響與溫度相同。 為了使溫度分布合理，按合成反應(yīng)溫度，一般 控制在 400500℃之間。 能量消耗主要包括原料氣壓縮功、循環(huán)氣壓縮功和氨分離冷凍功?？偟恼f來，壓力從 10MPa 升至 35MPa 時，綜合費(fèi)用可下降 40％左右。但空速提高時，系統(tǒng)阻力增大、循環(huán)功耗增加， 氨分離所需的冷負(fù)荷壓增加。 惰性氣體源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)而在系統(tǒng)中積累。而進(jìn)塔氣體氨含量的多少取決于氨分離的方法。 含氨混合器的冷卻是在水冷卻器和氨冷卻器中實(shí)現(xiàn)的。 氨合成回路流程 新鮮氣與循環(huán)氣都由往復(fù)式壓縮機(jī)加壓，設(shè)置水冷器與氨冷器兩次冷卻 ，氨合成反應(yīng)熱僅用于預(yù)熱進(jìn)塔氣體。熱交換器將熱氣體溫度由 44℃降至℃；冷氣體溫度有 ℃升至 26℃進(jìn)入氨合成塔。在此基礎(chǔ)上，確定了本文的工藝路線以及工藝參數(shù)。 合成塔進(jìn)口氣量及組成 由氣量平衡 V2=V3V1V4+V0=+1000=(標(biāo) )； H2 =+ =179。 （標(biāo)） NH3==179。（標(biāo)）。 2. 每小時出塔氣量及組成 出塔氣量 = 8 3 1 8 5 5 5 3 .0 2 1 0 2 4 7 8 .2 44 5 0 .7 3? ?m179。 4. 補(bǔ)充新鮮氣 補(bǔ)充新鮮氣量 = 8 3 1 8 1 0 0 0 1 8 4 5 4 .5 14 5 0 .7 3? ? m179。 水冷交換器物料衡算 1. 進(jìn)口 進(jìn)口熱氣體量 =V3V1== m179。（標(biāo)） Ar==179。 表 36 進(jìn)口熱氣體成分 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 2. 出口 用試差法在下面的冷交換器熱量衡算中先進(jìn)行試差，從而決定熱氣體的出口溫度為 ℃， T=， P= 壓。（標(biāo)） 出口熱氣體組成見表 37。（標(biāo)） 成分 H2 N2 CH4 Ar NH3 總計(jì) m179。（標(biāo)） N2= + = m179。（標(biāo)） 總計(jì) = + = m179。（標(biāo)） 冷凝出來的氨量 ==179。（標(biāo)）。有時，在同一設(shè)備中會有處于和不處于氨飽和區(qū)的幾種氣體同時出現(xiàn)，為了避免采用兩種不同的熱容計(jì)算方法而引起誤差，就統(tǒng)一采用壓力校正法。 表 311 循環(huán)機(jī)出氣口各組分氣體的絕熱指數(shù) 成分 H2 N2 CH4 Ar NH3 標(biāo)米 分率 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 由物料衡算，循環(huán)機(jī)出口氣組成與合成塔出口氣相同見表 35。（標(biāo)）； 管外進(jìn)口冷氣體： 壓力 ，溫度 ℃，氣量 179。 此四路氣體的組成，見表 312。各純組分氣體的常壓分子熱容0piC ，采用別斯科夫[2]算式： H2 + 103t+ 106t2 《手冊》附式（ 1510） N2 + 106t2 《手冊》附式（ 1511） NH3 + 106t2 CH4 + 106t2 Ar 計(jì)算結(jié)果見表 313。 Q5= 1 1 0 9 0 9 . 8 4 4 1 . 5 6 2 6 8 6 5 7 2 2 0 . 1 82 2 . 4 ? ? ? KJ （ 3）液氨帶出熱量 Q6 根據(jù)表 314用內(nèi)插法得到 ℃ ,液氨焓 =。即合成塔氣體溫升（由進(jìn)塔溫度升高至出塔溫度）所吸收的熱量，在不計(jì)熱損失時，等于合成氨反應(yīng)所放出的熱量。（標(biāo)） /小時。（標(biāo)） Q1 （ 1）平均分子熱容 Cp 進(jìn)塔氣 體在進(jìn)塔溫度和出塔溫度的平均溫度下的真實(shí)熱容，即為進(jìn)塔氣體在進(jìn)、出塔這段溫度范圍內(nèi)的平均熱容。 （ 2） Q1 由物料計(jì)算，進(jìn)塔氣體 =179。 水冷器熱量衡算 已知條件： 進(jìn)口氣體： 壓力 ；溫度 ℃；氣量 179。惟此一組算式，不宜于直接從 它求得相應(yīng)的平均分子熱容算式。 Q1= 1 0 2 4 7 8 . 2 4 3 3 . 4 1 5 1 . 6 2 3 1 6 4 8 4 0 . 1 62 2 . 4 ? ? ?KJ 2. 出熱 （ 1）氣體帶出 熱 Q2 平均分子熱容 Cp 采用氣體帶入熱中同樣的方法計(jì)算， t=35℃ ,T=,P=時的平均分子熱容 CP=(Kmol. ℃ ) Q2= 1 0 2 4 7 8 . 2 4 3 5 . 2 3 3 5 5 6 4 1 1 0 6 . 8 6 82 2 . 4 ? ? ?KJ/(Kmol.℃ ) （ 2）冷卻水移走的熱量 Q3 Q3=Q1Q2== 水冷器的冷卻水用量，參見下文設(shè)備工藝計(jì)算中水冷器部分。（標(biāo)）。 氨產(chǎn)量為 耗冷量 =冷凍工段所用氨壓縮機(jī)為 ，標(biāo)準(zhǔn)制冷量（蒸發(fā)溫度 15℃，冷凝溫度 30℃）為 __尚有余力。 出口氣體：與冷交換器進(jìn)口冷氣體相同。 Cp=Cp0+Δ Cp= KJ/(kmol. ℃ ) Q2= 1 8 4 5 4 . 5 1 2 6 . 0 6 3 5 7 5 1 4 4 4 . 5 82 2 . 4 ? ? ?KJ/kmol。 液氨來自液氨儲槽，取儲槽液氨溫度為 30℃，由表 314 用內(nèi)插法求得液氨焓為 ； 制冷耗用液氨量 = 7 0 1 2 8 9 6 6 3 1 2 .6 91 2 2 9 .8 0 1 1 8 .8 8 ?? Kg 這時相應(yīng)的氨產(chǎn)量為 所以，氨產(chǎn)量大于制冷氨耗量，生產(chǎn)可以持續(xù)進(jìn)行。 表 319 各組分氣體的修正臨界壓力 /修正臨界溫度以及定性溫度（ ℃ ）下的修正臨界導(dǎo)熱系數(shù)及個組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù) 組分 H2 N2 NH3 CH4 Ar yi P`ci 178 229 48 T`ci 239 λ `ci 510?? 510?? 510?? 510?? 510?? 算得混合氣體的修正虛擬臨界壓力 /溫度和導(dǎo)熱系數(shù)為 P`cm= iy? P`ci= T`cm= iy? T`ci= λ `ci= iy? λ `ci= 510?? kcal/cm. s. ℃ 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 對比壓力和對比溫度為 1 7 7 . 2 2 . 4 77 1 . 2 8 6r icmPP P? ? ? Tr= 3 8 6 .3 2 .9 01 2 7 .2 2 3icmTT? ?