【正文】 t：管間距 m D1D2 擋板的內(nèi)外徑 m G：流體的重量流速 kg/ 徑向： S1=π（ D1+D2） /2 各設(shè)備操作條件與前相同 。 （ 2）勞動(dòng)保護(hù)用品的更換，因按規(guī)定進(jìn)行。 職工福利：為豐富職工業(yè)余文化生活，福利區(qū)應(yīng)設(shè)有電影院、商店、學(xué)校、飯店、公園、托兒所等。 廠址選擇： 選擇廠址應(yīng)從地理位置、運(yùn)輸、水源、供電、三廢處理、環(huán)境保護(hù)和職工福利五個(gè)方面考慮。 十一、 2 段生產(chǎn)分析及控制項(xiàng)目 2 段生產(chǎn)分析及控制項(xiàng)目表 見下： 序號(hào) 分析控制項(xiàng)目 控制指標(biāo) 控制方法 取樣地點(diǎn) 檢查數(shù) 24 1 新鮮氣含量中各 H2 — 75% 新鮮氣總管 手動(dòng)分析 1 次 /班 1 成份 CO 30PPM 新鮮氣總管 色譜 1 次 /班 1 CO2 5PPM 新鮮氣總管 色譜 1 次 /班 1 CH4+ Ar % 新鮮氣總管 手動(dòng)分析 1 次 /班 1 H2/ N2 — 新鮮氣總管 手動(dòng)分析 1 次 /班 2 循環(huán)氣 H2 62— 69% 塔入口管線 色譜 1 次 /班 2 CH4 Ⅰ循環(huán) 3— 8% Ⅱ 10% 塔入口管線Ⅱ 循環(huán)塔入口 色譜 1 次 /班 3 氨吹出氣 H2 3 CH4 3 NH3 2% 吹出管線 手動(dòng)分析 2 次 /周 3 Ar 3 N2 4 合成塔入口氨含量 3% 塔入口管線 手動(dòng)分析 1 次 /天 4 合成塔出口氨含量 9% 塔出口管線 手動(dòng)分析 1 次 /天 4 氨貯缸氣中 NH3% 40% 收集槽吹出管 手動(dòng)分析 1 次 /天 4 氨純度分析 % 氣氨總管 手動(dòng)分析 1 次 /天 十二、 崗位人員定額 崗位人員定額表如下： 崗位 各崗位 總?cè)藬?shù) 每 班 人 數(shù) 工 資 級(jí) 別 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 25 循環(huán)機(jī) 12 3 5 2 4 1 氨塔 9 2 3 2 4 中空 6 1 4 2 氨庫(kù) 13 3 3 2 分析 5 1 1 2 1 其它 段長(zhǎng) 工長(zhǎng) 2 2 4 1 1 1 2 十三、原料及產(chǎn)品的物化特性 原料特性 300atm 25℃ H2/N=3 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 1 熱容 Cal/mol 冷凝水 （ 1— 1 圖 ） 循環(huán)氣流程 ： 自循環(huán)機(jī)送來的氣體經(jīng)濾油器除去油污后進(jìn)入循環(huán)氣壓出口總管，經(jīng)過各合成系統(tǒng)進(jìn)口 二 而控制活門進(jìn)入冷凝塔內(nèi)熱交換器外與管內(nèi)蒸發(fā)器來的冷氣體進(jìn)行換熱，自身溫度由 40— 45℃被降到 20— 30℃，與銅洗工段來的氫氮混合氣相混合， 進(jìn)入氨蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)一步被管外液氨蒸發(fā)所冷 卻，溫度降至 5— 20℃，上升到 35— 40℃而進(jìn)入合成塔。 ② 惰性氣體含量 惰性氣體的存在對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速度都不利，惰性氣體來源 于新鮮氣，當(dāng)操作壓力較低，催化劑活性較好時(shí)，循環(huán)氣中惰性氣體含量宜保持在 16%— 20%， 以降低原料氣消耗量。但是，壓 19 力高時(shí) 對(duì)設(shè)備材質(zhì)及加工制造的技術(shù)要求均高，同時(shí)，高壓下反應(yīng)溫度一般較高，催化劑使用壽命縮短。 b、控制低的同平面溫差或同圓柱面溫差。 D、觸媒的還原 （ 1）鐵觸媒還原反應(yīng)原理 主要反應(yīng) : 3FeO3＋ H2=2Fe3O4＋ H2O＋ Q 4Fe3O4＋ 4H2=3Fe＋ 4H2O－ Q 觸媒還原必須使觸媒具有 高活性，使全部觸媒得到還原切還原徹 底，盡可能縮短還原時(shí)間。 17 CaO 是成礦劑，即觸媒制造過程中，熔融態(tài)的鐵氧化物粘度較大，加入 CaO 后可生成 CaFeO2，降低熔融物的熔點(diǎn)和粘度，有利于 K2O 、 Al2O3在氧化鐵中均勻分布，增加熱穩(wěn)定性。下面分別進(jìn)行討論： ① 氨合成的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理 當(dāng)氨合成時(shí)的氣流速度相當(dāng)大，催化劑顆粒足夠小時(shí)，外部和內(nèi) 部擴(kuò)的影響都不顯著。 氨合成過程由下列步驟組成： ａ 、反應(yīng)氣體混合物中的氫和氮從氣相主流擴(kuò)散到鐵催化劑的外表面。 ③ 有的用于有機(jī)合成，以制造各種氨基化合物，是為各種近代醫(yī)藥及燃料等中間體。 ｂ、水溶液呈堿性反應(yīng)。 九、對(duì)所選擇方法的工藝原理、反應(yīng)機(jī)理和催化劑的評(píng)述 產(chǎn)品的性質(zhì)、用途 （ 1）物理性質(zhì) ① 一般物理性質(zhì)（在溫度 0℃及壓力 760 毫米汞銀柱時(shí)）： 氣體比重 %（空氣為 1） 液體比重 （水為 1） 沸點(diǎn) ℃ 熔點(diǎn) ℃ 12 臨界壓力 氣壓 臨界溫度 ℃ 密度 溶解度 1300 升氨 /升水， 0℃約 50%的溶液 ② 有特殊刺激性臭味的無色氣體，對(duì)人的粘膜，特別是眼睛刺激更厲害，人只能在含 %氨的空氣中停留 1 小時(shí)左右。 中壓法工藝的優(yōu)缺點(diǎn)： ａ、所用合成氨觸媒對(duì)觸媒的毒害物靈敏性小，如果在混合氣中觸媒的毒害物質(zhì)含量不高， 可采用非產(chǎn)品精致塔進(jìn)行氣體精制，進(jìn)行雙循環(huán)生產(chǎn)，如果混合氣中毒害物含量很少，則可不采用精致塔。使用日期短，操作管理也比較困難。分 離放空氣可采用冷凝、冷卻和減壓、膨脹降溫等方法。 ｂ、冷凝法：首先需將出合成塔的高溫混合氣體冷卻、降溫，在經(jīng)氣 — 液分離設(shè)備冷凝后獲得的液氨即可從氫氮混合氣中分離出來。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，部分潤(rùn)滑油在氣缸內(nèi)的高溫條件下產(chǎn)生氣化，并被氣體帶出。 放空槽：該設(shè)備為臥式圓筒，用鋼板焊接而成，其直徑約為 500 ㎜，長(zhǎng) 約 1827 ㎜。該器裝有一內(nèi)筒，內(nèi)筒的外形 尺寸約 580 3900 ㎜， 內(nèi)裝 25 25 ㎜ 的銅環(huán) m3，在內(nèi)筒的外面饒有∮ 25 2 ㎜ 的鋼管呈螺旋形。 冷凝塔：該塔上部是冷卻循環(huán)壓縮機(jī)出來的氣體，下部是進(jìn)行 二次氨的分離，以降低合成塔入口的氨含量。 液氨的品種分兩種： 第一類：水分含量不超過 %。 河水：供合成系統(tǒng)的水冷 卻氣作用。 二、 設(shè)計(jì)依據(jù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)者深入現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)，掌握所設(shè)計(jì) 項(xiàng)目的生產(chǎn)程序 。 1 第一章 總 論 一、 指導(dǎo)思想 化工設(shè)計(jì)是 政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)緊密結(jié)合的一門科學(xué)技術(shù)。 以畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書和化工工藝專業(yè)課本及 參考書為依據(jù)。 水溫 24℃（夏季）所含之懸浮物 ， 3 不超過 50 毫克∕升，在洪水期水中懸浮物達(dá) 100 毫克∕升。 第二類：水分含量不超過 1%，并含有微量的油份。 冷凝塔的外筒是多層焊接的高壓容器，在塔底的循環(huán)氣入口上焊有一個(gè)中心管，在塔內(nèi)上部焊有一個(gè)套筒，套筒與高壓筒體的間隙用作液面 計(jì)導(dǎo)壓之用，并且套筒還兼作冷交換器的外殼，在塔內(nèi)的上 部裝有列管式冷交換器，它 有下面一截外殼，上面有一圈法蘭線，與高壓筒體內(nèi)的套筒緊密接觸，起密封作用。在內(nèi)筒下有幾個(gè)氣體的入口圓洞，內(nèi)筒在操作過程 中，承受的最高壓力差必須小于 氣壓。從冷凝塔、氨分離器、油過濾器出口排出來 的氣體，都經(jīng)過放空槽集中后，排入大氣。因此， 在往復(fù)式壓縮機(jī)眉端出口都設(shè)有水冷卻器和油分離器將氣體中的油份除凈十分重要，這不僅因?yàn)橛屠淠髸?huì)附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，更重要的是當(dāng)油隨氣體帶入合成塔，會(huì)使催化劑中毒，當(dāng)油進(jìn)入合成塔電加熱器內(nèi)時(shí)，會(huì)使其絕緣不良而引起短路， 為避免氣體帶油，目前已推廣往復(fù)式壓縮機(jī)無油潤(rùn)滑，并取得較好效果，使用離心式壓縮機(jī)從根本上解決了氣體帶油問題，使生 產(chǎn)流程得以簡(jiǎn)化。 （ 4） 未反應(yīng)氫氮?dú)獾奶幚恚簽榱嘶厥者@部份氫 氮，工業(yè)上有兩種處理方法： ａ、 串聯(lián)法：將幾個(gè)氨合成和氨分離串聯(lián)起來， 出第一合成塔的氣體經(jīng)氨分離后進(jìn)入第二合成塔，再分離。利用深度冷凍過程可以分別得到氫、氮、氬、 甲烷， 也可以將放空氣中甲烷用冷凝 方法得到氫氮?dú)?，然后將甲烷轉(zhuǎn)化成氫，這樣氣體回收就比較完全，新鮮氣的消耗可大大降低。 低壓法工藝的優(yōu)缺點(diǎn)： ａ、所需壓力溫度低，亞鐵氰化鉀觸媒的活性較大。 ｂ、混合氣不直接進(jìn)入合成塔，而先與循環(huán)氣在冷卻系統(tǒng)前匯合， 11 經(jīng)冷卻后，油及水分隨分離下來的液氨一同排出氨分離器，使油及水份的 分離更為徹底，可防止水及油份對(duì)觸媒的毒害作用。 ③ 加壓時(shí)易被液化為物色液體，（不純時(shí)為淡黃色或淡藍(lán)色）。 ｃ、燃燒硫磺時(shí)遇氨氣生成白煙。 ④ 用于制冷工業(yè)，為良好的冷媒質(zhì)。 ｂ、氫和氮的絕大部分，自外表面向催化劑的毛細(xì)孔內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn) 15 入內(nèi)表面。這時(shí)可以認(rèn)為氨合成過程處于化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制區(qū)，目前一般認(rèn)為在鐵催化劑表面上氨合成反應(yīng)機(jī)理可能如下： ②、 氨合成的動(dòng)力學(xué)方程 氮（氣相） 催化劑 氮（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH2（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH3 催化劑 2NH3（氣相）（ QIXIANG ）（ QI） 16 根據(jù)氮在鐵催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟， 由 捷姆金和佩熱夫?qū)С龅奈⒎謩?dòng)力學(xué)方程如下 ： W= dNNH3/ds=KiPN2（ P3H2/ P2NH3） 2K2（ P2NH3/ P3H2） β 此式使用時(shí)有一定范圍，如當(dāng)混合氣體中的氨的分壓為 0， 或極 小時(shí)，就不能運(yùn)用，因在 極限時(shí)反應(yīng)速度將為無限大。 B、觸媒的性能： 氨合成的觸媒是一種黑色有金屬光澤，帶 磁性，外觀不規(guī)則和圓柱形的固體顆粒，氨觸媒在合成塔內(nèi)用氫氮混合氣 還原，成為活性很高的鐵觸媒，這對(duì)氫氮混 合 氣合成 為 氨的反應(yīng)起催化作用，還原過的氨觸媒如若暴露在空氣中則迅速燃燒失去活性。 （ 2） 還原操作程序 18 a、升溫階段：觸媒在達(dá)到還原溫度以前的純升過程一般為 350 ℃以下。 C、還原初期實(shí)現(xiàn)四低四高。 總之，可認(rèn)為 30MPa左右是使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)合成氨比較適宜的操作壓力。反之，以控制在 12%— 16%之間。 大部分氣體經(jīng)主線控制進(jìn)入塔頂部，然后沿塔內(nèi)外筒環(huán)隙向下流動(dòng)，借此冷卻了塔的外壁，氣體再進(jìn)入合成塔下部的熱交換器的管外空間，水 循環(huán)氣 一次出口 30℃ 新鮮氣 320 表壓 30℃左右 二次入口 5— 20℃ 25— 40℃ 去液氨庫(kù) 液氨 280atm 320atm 冷凝塔 蒸發(fā)器 合成塔 水冷器 油過濾器 循環(huán)機(jī) 分離器 液氨收集箱 22 進(jìn)一步與管內(nèi)的觸媒層反應(yīng)后的熱氣體進(jìn)行換熱。 ℃ 2 粘度 泊 1586 107 3 導(dǎo)熱系數(shù) Cal/cm?s （ 1） 應(yīng)選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)。 十五：勞動(dòng)保護(hù)制度及物品發(fā)放制度 勞動(dòng)保護(hù)制度 （ 1）盡可能使生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 （ 3）勞動(dòng)保護(hù)用品不能隨便損壞，如損壞要賠償，調(diào)動(dòng)工作時(shí)，要交給原單位，不能帶走。 熱焓以氣態(tài)物料 0℃ 為基準(zhǔn)。 h（ 1d 外 /t） 軸向環(huán)行擋板車外殼之間的橫截面積： S2=π /4 CPH/λ ） λ /dH 式中α： Kcal/.℃ ：多塊擋板時(shí)氣流成斜流穿國(guó)管束及泄露影響傳熱系 數(shù) f2：為 三角形排列常數(shù) F=π（ D1+D2/2） H（ 1dH/t） 式中： F：氣流橫穿管束的平均通氣截面 m2 H：擋板間距 m。 第二章 物料計(jì)算 一：物料計(jì)算 繪出物料流程簡(jiǎn)圖 V4 V 放 29 新鮮氣 v3 二、合成塔進(jìn)出口氣體的計(jì)算 單塔生產(chǎn)能力 噸 /天 v1 氣體量： V1=20210 24/=15900Nm3/TNH 合成氨量： V2=1000/17 =出合成塔氣量： V3=V1V2=合成塔氣體氨含量： YNH3=（ % V1+V2） /V3 100% =（ % 15900+） / 100% =% 三：水冷器進(jìn)出口氣體量的計(jì)算 水冷器出口氣量 V4 根據(jù)公式 lgNH3%=+由《無機(jī)物工藝學(xué)》上冊(cè)得 當(dāng) T=33+273=306K P=285atm 時(shí)， lgNH3%=+根據(jù)系統(tǒng)平衡得 V3氨含量 =V5+V4氨含量 30 V3=V4+V5 %=V5+V4 % =V4+V5 解得 V4= V5= 四、冷凝塔進(jìn)出口氣體量計(jì)算 放空氣量成分計(jì)算 根據(jù) N2+3H2?2NH3 理論上耗氫氮?dú)饬浚?