【正文】 已知條件 : 進(jìn)塔氣體 :壓力 大氣壓，溫度 7℃ ，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 一級(jí)氨冷器 進(jìn)口 氣體組成 見(jiàn)表 423。 28 已知條件 : 進(jìn) 塔氣體 :壓力 大氣壓，溫度 ℃ ，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 水冷器進(jìn)塔 氣體組成 見(jiàn)表 421。 假設(shè)：出塔溫度為 ℃ 平均溫度 = 2 ? =℃ ， ????? 采用分壓疊加法計(jì)算高壓混合氣體真實(shí)熱容。 由《手冊(cè)》表 1011 內(nèi)插 查得 ℃ 下，氨汽化熱 = 千焦 /千克 Q3= 7 7 2 8 0 0 6 1 9 ?? 千 焦 （ 2） 出熱 ① 管內(nèi)出口熱氣體帶出熱 Q4 用壓力校正法算得當(dāng) t =℃ ， ??? ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容Cp = 千 焦 /千摩爾 .℃ 24 Q4= ???千 焦 ② 管外，出口冷氣體帶出熱 Q5 用壓力校正法算行當(dāng) t =30℃ ， ??? 303 ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容Cp = 千 焦 /千摩爾 .℃ Q5= 2 5 5 0 8 2 ??? 千 焦 ③ 液氨帶出熱 Q6 由下列氨的焓值表用內(nèi)插法算得 ℃ 下，注氨焓 = 千 焦 /千克 氨的焓 見(jiàn)表 416。 23 Cpi0 —常壓下，各純組份的平均分子熱容，千 焦 /千摩爾 .℃ 。 2 . 冷交換器熱量衡算 已知條件： 管內(nèi)進(jìn)口熱氣體：壓力 大氣 壓，溫度 44℃ ，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 21 管內(nèi)出口熱氣體：壓力 大氣壓，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 管內(nèi)進(jìn)口冷氣體：壓力 大氣壓，溫度－ ℃ ，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 管內(nèi)出口冷氣體：壓力 大氣壓，溫度 30℃ ，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 此四路氣流的氣體組成 見(jiàn)表 414。一般工程計(jì)算，可盡量采用《手冊(cè)》中熱容圖，以求便捷。yA=? = 令 : 出口氣體中氣氨體積為 y 標(biāo)準(zhǔn)米 3 則 yy ?? )4 7 7 86 5 1 4 1(= ∴ y ＝ ?? ＝ 標(biāo)準(zhǔn)米 3 冷交換器中冷凝出來(lái)的氨量 =－ = 標(biāo)準(zhǔn)米 3? ? = 千克 二級(jí)氨冷器 出口熱氣體組成 見(jiàn)表 411。yA( %) ： 39。 14 V1 —放空氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 V2 —進(jìn)入合成塔混合氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 V3 —出合成塔混合氣體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 V4 —冷凝成產(chǎn)品氨的氣體體積，標(biāo)準(zhǔn)米 3 以 V3 代入 ① V2＝ V2－（ V4＋ 11％ V1）－ V1－ V4＋ V0 ∴ V3 = 10 VV ? = 2 7 7 0 0 0 ?? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 由氨平衡 11%V3 =%V2 +(V4 +11%V1 ) ③ % ? ② %V3 =%V2 一 % (V4 十 1l%V1 ) ④ ③ 一 ④ ( 一 ) V3 = (1+)( V4 十 ) ∴ V3 = 0 . 0 8 5 8 8 . 7 7 50 . 1 14 5 0 . 7 3 01 . 0 2 5 ）（ ??? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合成塔出口氣組成如 表 45。 括號(hào)內(nèi)數(shù)字單位 :千克 /厘米 2(絕壓 )( 1 千克 /厘米 2=)，括號(hào)前數(shù)字單位 :大氣壓 (絕壓 )。 11 第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 物料衡算 計(jì)算基準(zhǔn)： 1000 標(biāo)準(zhǔn)立方米精煉氣 (一 ) 精揀氣組成 小氮肥廠在分析惰性氣體時(shí)一般只分析甲烷，氬氣是不分析的，由于氮和氬都來(lái)自空氣，遂讓氬和氮混在一起，一概作為氮?dú)舛腥雿徫挥涗?。d? 工藝流程敘述（附流程簡(jiǎn)圖） 由 精煉工段來(lái)的精煉氣經(jīng)一級(jí)氨分離器有部 分氨冷凝成液氨，其余的經(jīng)二級(jí)氨冷器到冷交換器，此時(shí)有部分氨冷凝成液氨，其余的經(jīng)過(guò)合成塔，未合成的氫氣、氮?dú)膺M(jìn)行了合成反應(yīng)，然后依次到達(dá)水冷器、水冷后氨分離器，此時(shí)就系統(tǒng)整體考慮，放空部分氣體，其余的到達(dá)循環(huán)機(jī)、油分離器后，部分返回合成塔，部分達(dá)冷交換器，此時(shí)有部分氨冷凝成液氨，其余的達(dá)一級(jí)氨冷器、一級(jí)氨分離器，此時(shí)有部分氨冷凝成液氨，其余的達(dá)二級(jí)氨冷器再到冷交換器，構(gòu)成一循環(huán)系統(tǒng)?？傊?，我國(guó)合成氨工業(yè)總體水平將在 21 世紀(jì)登上一個(gè)新臺(tái)階。這種改造投資還不到新建的 1/2。形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。甲烷化反應(yīng)如下： CO+3H2→CH 4+H2O =CO2+4H2→CH 4+2H2O = (3)氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化 MDEA 法， MEA 法等 [8]。 ② 脫硫脫碳過(guò)程 [5] 各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過(guò)程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變 4 換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。 合成氨的工藝流程 氨合成的工藝流程 : (1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。 1901 年法國(guó)物理化學(xué)家呂 ?查的利 3 提出氨合成的條件是高溫、高壓，并有適當(dāng)催化劑存在。水溶液呈堿性 , 水溶液 PH 值為 。相對(duì)密度 ?；净瘜W(xué)工業(yè)中的硝酸、純堿及各種含氮無(wú)機(jī)鹽；有機(jī)工業(yè)各種中間體，制藥中磺胺藥，高分子中聚纖維、氨基塑料、丁氰橡膠、冷卻劑等 [1]。 設(shè)計(jì)中，在混合氣體中的氣氨未冷凝時(shí)，采用分壓疊加法，即先算出高壓下真實(shí)分子熱容，再換算為平均分子熱容，在 有氣氨冷凝時(shí)，因處于氨飽和區(qū)內(nèi)，則采用壓力校正法，即先算出常壓下平均分子熱容，再換算為高壓下平均分子熱容。合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一。本設(shè)計(jì)是生產(chǎn) 3000 噸合成氨的工藝計(jì)算。 2 第二章 前言 合成氨的用途 合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，有十分廣泛的用途。 合成氨的性質(zhì) 氨是無(wú)色氣體 ,有刺激性惡臭味。蒸氣壓 (℃ )。不能與下列物質(zhì)共存 :乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等。氮?dú)鈦?lái)源于空氣，可以在制氫過(guò)程中直接加入空氣，或在低溫下將空氣液化、分離而得；氫氣來(lái)源于水或含 有烴的各種燃料。變換反應(yīng)如下： CO+H2OH→2+CO 2 = 由于 CO 變換過(guò)程是強(qiáng)放熱過(guò)程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余 CO 含量。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍 (100℃ )條件下用液氮吸收分離少量 CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm3/m3 以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。合成氣是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序也是整個(gè)生產(chǎn)中最為重要的一環(huán)，產(chǎn)率合成的好壞直接影響整個(gè)化肥的生產(chǎn) [11]。未來(lái)氨裝置單系列生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 2kt，尿素裝置相應(yīng)為 。原料仍會(huì)氣、液、固多樣化，新建或擴(kuò)建廠除注重采用先進(jìn)成熟的工藝外，還應(yīng)特別注意經(jīng)濟(jì)性和盈利性。 7 第三章 工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 產(chǎn)品用途、原料規(guī)格要求 合成氨主要用作化肥、冷凍劑和化工原料 。 表 31 精煉氣成份 成份 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) % 100 進(jìn)塔氣中氨含量： % 出塔氣中氨含量： 11% 出塔氣中惰性氣體含量： % 精煉氣溫度： 35℃ 壓力 :循環(huán)機(jī)出口 ，其余各點(diǎn)壓力 可參見(jiàn)第四章的示 意流程圖 。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。 空氣中 N2 :Ar= %:%(體積比 ) 精煉氣中 N2= ? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar= ? = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 將 Ar 從 N2 中分列出來(lái)后的 精煉氣組成 見(jiàn)表 42。 表 43 出塔氣成份 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 (2) 放空氣量 V1 與放空氣組成 200 大氣壓下，水冷器內(nèi)無(wú)液氨冷凝出來(lái)，故放空氣成份與出塔氣相同 (參見(jiàn)水冷器物料衡算 )。在冬季可分離出少量液氨 )。 表 49 一級(jí)氨冷器 出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 (1) 進(jìn)口 進(jìn)口氣體量 = 一級(jí)氨冷器出口氣量 + 新鮮氣量 H2 + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 N2 + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 CH4 + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 18 NH3 = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合計(jì) + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 所以二級(jí)氨冷器 進(jìn)口氣體組成 見(jiàn)表 410。有時(shí)，在同 一設(shè)備中會(huì)有處于和不處于氨飽和區(qū)的幾種氣體同時(shí)出現(xiàn)，為了避免采用兩種不同的熱容計(jì)算法而引起誤差，就統(tǒng)一采用壓力校正法 (如冷交換器等）。 表 412 循環(huán)機(jī)出口氣各組份氣體的絕熱指數(shù) 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 Ki 由物料衡算，循環(huán)機(jī)出口所組成（與合成塔出口氣相同） 可見(jiàn)表 413。經(jīng)用與之相對(duì)應(yīng)的直實(shí)分子熱容式推導(dǎo)而得平均分子熱容式