【正文】 （ 4 1000/17） /2 = 實際消耗新鮮氣定額： 2800Nm/TNH V 理放 =V 實 V 理 == V 實放 =V 理放 /（ 1+lgNH3） =（ 1+%） = 放空氣中損失氨含量 8386%= 放空氣中惰氣含量 y 放 =2800 %/V 實 =2800 %/=% 冷凝塔入口熱氣體 V6及其成分 V6=V4V 實放 +2800= +2800= 入口氣含氨量 V4 %= Hm3 NH3%= 100%=% 冷凝塔出口熱氣量 V7及冷凝液氨含量 V8 當 P=310atm T=273+23=296K 時 出口熱氣氨含量為 lgNH3%=+ 31 由進出口物料測算得 V6 %=V8+V7 % V6=V7+V8 解得 V7= V8= 冷凝塔出口熱氣氨含量為 V6 = － = NH3%= 100%=% 四、氨冷器進出口氣體計算 氨冷器進出口氣體計算 氨冷器的出口物料同合成塔進出口物料氨含量相同 yNH3=% V7 %=V10+V9 % V7=V9+V10 解得 V9= V10= 六、物料組成計算 各設備進出口氣體成分總表 設備名稱 NH3 N2 H2 Ar+CH4 合計 合成塔 進 100 出 100 水冷器 進 100 出 100 32 氨分離器 進 100 出 100 冷 凝 塔 排氣進 100 出 100 冷氣進 100 出 100 蒸發(fā)器 進 100 出 100 計算 V2=V5+V 放 NH3+V8+V10 =＋ ＋ ＋ = 相對誤差 =（ ） / 100%=% 進合成塔氣量 ： 15900Hm3 而計算的氨冷器量為 ： 相對誤差 =（ ） /15900 100%=% 第三章 熱量衡算 一、計算依據(jù) 本計算以物料衡算為基準。 勞動保護用品的發(fā)放制度 （ 1）勞動保護用品發(fā)放原則和標準是根據(jù)實際需要與可能供給。 環(huán)境保護：改革工藝、提高管理水平，對“三廢”進行綜合利 用及處理，達到國標后排除，且全面規(guī)劃，合理布局，化害為利，保護環(huán)境造福人民。 （ 3）工業(yè)水：由金川峽水庫提供，耗電量 2833 T/h。 當 669 冷凍站投產后，冷凍站送來的 20℃液氨送入 671 到 670 液氨總管中，液氨送入 670 后， 轉送入各氨系統(tǒng)蒸發(fā)器內及各循環(huán)機前后盤根盒中減壓蒸 發(fā)吸收熱量，經(jīng)蒸發(fā)后的氣體送入 、 表壓總管內由兩頭送入 669 冷凍站二根主管而降為 表壓操作。 十、所選擇生產 流程描述 （見下 頁 1— 1 圖 ） 21 新鮮氣 流程： 由銅洗工段送來的氫氮混合氣（或銅洗氣）在 310 表壓 30℃左右，由二條主管送入合成新鮮氣環(huán)形總管內，再分配到各合成系統(tǒng)，與冷凝塔一次出循環(huán)氣相混合進入蒸發(fā)器。 （ 4） 入塔氣體組成 ① 氫氮比 由化學平衡可知，當氫氮比等于 3 時，氨的平衡含量最大，但 從動力學角度分析，最佳氫氮比隨氨含量的變化而變化，反應初期最佳 20 氫氮比為 1，當反應趨于平衡時， 最佳氫氮比接近于 3。提高操作壓力有利于提高平衡氨含量和氨合成速度，增加裝置的生產能力， 有利于簡化氨分離流程。 （ 3） 觸媒的快速還原 a、以水汽濃度作為主要控制指標（﹤ 191Nm3）。 ⑤ 觸媒顆粒大小的選擇，應依據(jù)情況而定，一般在阻力降低的 允許范圍內盡可能采用較小顆粒的觸媒為主。同時 CaO 能降低固溶體的熔點和粘 度，有利于氧化鋁和四氧化三鐵固溶體的形成，還可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒害能力。 以上七個步驟， ａ、ｇ為外擴散至氣相主流，ｄ 、 ｆ為內擴散過程，ｃ、ｄ、ｅ三步驟總稱化學動力學過程。為了加速反應而又不過分提高溫度，就必須使用催化劑，常用鐵催化劑，其 中加有其它催化劑：如三氧化二鋁、氧化鉀等，催化劑的化學和物理性質對氨合成過程有重大影響。 ② 用氧化法合成的濃硝酸可用于各種有機化學工業(yè)、國防。 ⑥ 檢定方法： ａ、氨氣與氯化氫氣體時生成白煙。 ｇ、采用雙循環(huán)時，必須裝設噴射器，如果操作不當，也會影響操作的正常進行。 ｆ、由于操作壓力低，氨的生成率少，氣氨不易液化，需要附設比較龐大的冷凍設備。 ｂ、由于采用高壓和高溫，合成塔及附屬設備需要特殊的合金鋼制造，不易制作，因此價格很貴，而且檢修次數(shù)多。 放空氣中的氨可用吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一般可用作燃料。 ａ、水吸收法：用水吸收混合氣體中的氨時，由于高壓下氨在水中溶解度較大，因而氨的分離比較完全，但分離氨后氫氮混合氣體中含有 8 少量水蒸氣， 在再次利用這部分氣體進行合成時，需將水分除去， 否則將影響催化劑的活性，用水吸收氨后的產品為濃氨水，如得到液氨產品，需將濃氨水蒸餾。 7 （ 1）氣體的壓縮：為使氣體 達到氨合成所要求的壓力，須將經(jīng)過精細凈化除去所有 有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機進行壓縮。該設備是立式焊接設備，直徑約為 1200 ㎜，高約 為 2200 ㎜，器內填充有鋼環(huán)，下面有一底座支架。 該設備的外筒是多層焊接的高壓容器，其內徑為 700 ㎜，高約 1014 ㎜，筒體上部的側面設有一高壓蓋子，蓋子與筒體是用螺栓連 接的以鋁墊密封。 熱交換器與觸媒 筒下部相連，其筒體直徑約為 680 ㎜，筒體內裝有約900 多根直徑為 14 2 ㎜，長約 3700 ㎜的管子，在管間裝有隔板， 隔板為圓環(huán)式，共計 27 塊，整個熱交換器面積約為 130 ㎡。 六、 產品規(guī)格：氨包括氣氨產品占總產量的 75%荷葉按產品占總產量的20%， 以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車間所回收的氨產品占總產量的 5%。 合成氨觸媒 ：在 300 大氣壓、 溫度 475～ 510℃ 下合成氨則用氧化 鋁與氧化鉀為促進劑的融鐵觸煤。 總之，經(jīng)過初步訓練，具有一定的化工 工藝設計能力后，在生產、基建、科研和管理等方面，一定會發(fā)揮出重要的作用?；ぴO計在新廠建設，老廠改造挖潛中具有極其重要的作用，也可以說設計是生產的先導，是科研成果轉化為工業(yè)化大生產的 必經(jīng) 途徑 。 三、設計規(guī)模及操作制度 設計規(guī)模：年產 15 萬噸合成氨裝置。 供鍋爐房用的化學凈水： 于合成系統(tǒng)水冷卻器上部的列管中，作冷卻氣體用。 七、裝置組成 合成塔 作用：在高溫、高壓和催化劑存在的條件下由氫氮氣合成氨。在下部有分氣套筒，由四層圓筒組成，焊接在一塊圓板之下，圓板再用螺栓固定在冷交換器之下。 氨分離器：該設備外筒是一內徑 600 ㎜、高 4500 ㎜的立式多 層的焊接筒體，上有一高壓蓋子，與筒體用螺栓連接，以鋁墊進行密 封。 循環(huán)氣壓縮機：用來把未反應的氫氮混合氣自 285 大氣壓壓 縮到 320 大氣壓，重新返回合成塔，使氣體循環(huán)使用。 （ 2）氣體的預熱和合成： 如前所述， 氨合成鐵 催化劑有一定的 活性 溫度， 氫氮混合氣體需加熱到催化劑的起始 溫度， 才能進行氨 合成反應，正常操作的情況下， 是反應 前 的氫氮混合氣被反應后的高溫氣體預熱到反應溫度后進入催化機床層。 ｂ、循環(huán)法：為反應的氫氮混合氣，經(jīng)分離氨后用循環(huán)壓縮機補足壓力，與新鮮的原料氣混合，重新進入合成塔進行反應，目前，絕大數(shù)的氨合成工藝流程都采用循環(huán)法。 生產方法 （ 1）高壓法 壓力 700～ 1000 氣壓 溫度 550～ 650℃ （ 2）中壓法 壓力 300 氣壓 溫度 500～ 550℃ （ 3）抵押法 壓力 70～ 150 氣壓 溫度 400～ 450℃ 高壓法 工藝 優(yōu) 缺點：此法是采用較高的操作壓力和溫度，合成率 比較高，其 優(yōu)點為： ａ、與同樣產量的中、低壓法比較，所用的高壓設備的體積小，用料少，節(jié)省工廠用地面積。 ｂ、由于壓力低，設備物質要求不高，并且易于制造。 ｃ、合成系統(tǒng)的熱交換器全部放在合成塔內，可以減少脫碳作用而引起的設備及管線的爆炸。 ④氨液體呈中性， 是碘、磷、硫及其它許多有機、無機化合物的良好溶劑。 ｄ、微量的氨或其化合物， 用納氏試藥可生成褐色沉淀，加量多則色深，加量少則色淺。 ⑤用于其它方面。 ｃ、氫和氮（分別或同時 ） 被催化劑表面（內表面）活性吸附。 實際上，在遠離平衡時，出 于氨濃度極低，氮的活性吸附速度比 起吸附以后的氮轉變?yōu)榘钡姆磻俣葋碚f，已經(jīng)不是唯一的速度控制步驟，而變?yōu)榛瘜W吸附和加氫反應兩步聯(lián)合控制。 C、觸媒的選 擇： ① 觸媒層的阻力，應在允許阻力降的范圍。 b、還原初期 ：觸媒開始還原反應出水以后，經(jīng)過摸索， 使之進 入正常的大量還原反應出水階段，一般為 350～ 480℃。 d、力爭縮短還原主期時間。 （ 2）溫度 在最適宜的溫度下，氨合成反應速度最快，氨合成率最高。 ③ 入塔氨含量 當其它條件一定時，入塔氨含量越高，氨凈值越小，生產能力越低，反之，降低入塔氨含量，催化劑床層反應推動力增大，反應速度加快，氨凈值增加，生產能力提高。從副線活門控制而來的循環(huán)氣是用來調節(jié)觸媒層溫度的。 ℃ 3025 107 4 焓 T/ mol （ 2） 商城鎮(zhèn)遠，以解決職工生活福利。 （ 2）消除由于設備不嚴密而產生的漏氣現(xiàn)象。 （ 4）勞動保護用品嚴禁非生產時間使用及帶回家。 33 CP 值均用分壓迭加法進行計算 。（ D12D22）（ 1β ） β =(d 外 /t)2 S=S1 S2 管內α均按譚天恩等編的《化工原理》上冊 P242 533 式計算 α = /d （三）計算負荷 41 管外冷氣體帶入熱 Q9=26264Kcal 管外冷氣體帶出熱 Q1=168162Kcal 熱負荷 Q=（ 16816226264） =（四）平均溫度差 管內： 42℃ 、 23℃ 管間 32℃ 、 5℃ 差值 10℃ 、 18℃ Δ tm=（ 1810） /ln18/10= （五）選取α值或 K 值 管內給熱系數(shù)的計算 溫度 =（ 42+23） /2=℃ P=（ 310+315） /2= 成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi YiCi YiPi 軸向 S2=π/4（ D12－ D22） （ 1－ β ） = （ ） 〔 （ ） 2〕 = ㎡ S=（ S1S2） 1/2=（ ） 1/2= ㎡ G=15900/ α 1= f2（ 527296 109 3600） （ 3600 1660 109/ ） =1164 Kcal/.℃ 42 式中 Re=125922 Pr= 總傳熱系數(shù) K 的計算 K=1/（ d 均 /d 內 +內 +d 均 /d 外 +外 +δ /λ +Rc）（以平均面積為準） =1/（ 1548＋ 1164＋ ＋ ） =423Kcal/.℃ 傳熱面積校核 F=Q/KΔ tm=496643/423 = 安全系數(shù) =110/= ∴換熱器合乎要求 二、立式蛇管式蒸發(fā)器 （一）計算目的 氨冷器設計傳熱面積 105m2 本計算驗算是否合適 （二）計算依據(jù) 設備規(guī)格 CP=℃ M 平 = 17＋ 28＋ 2＋ （ 16＋ 40）=V=（ ＋ ） /2=已知 di= λ =℃ μ =1770 G= 1/ = kg/ Re= 109 3600=91621 Pr=CP μ g/ λ = 1770 109 3600/ = α 1=λ /d d/H） （ 3100 （ 8）對于公用的防護用品， 必須由專人負責交接班保管使用。 （ 6）保證生產廠房有必要的通風。 27 三廢處理： 廢水經(jīng)處理達到國家標準即可直接排 入黃灘； 廢氣經(jīng) 處理達到國家標準即可排入大氣； 廢渣經(jīng)過處理達到國家標準即可直接排除掉。 （ 2） 冷卻水：由水汽車間提供的循環(huán)水和銅洗工段送來的冷凝液，水質 PH=8～ ，總硬度 9～ 11mg/l,總堿度 1～ 4mg/l,～ ,耗用量 24T/h 。 液氨、氣氨流程： 由 671 號二條主管送入 670Ⅰ號，轉進入各氨系統(tǒng)的蒸發(fā)器內及各循環(huán)機前后填料函盒內，經(jīng)減壓 、蒸發(fā)使管內循環(huán)氣溫度降低，蒸發(fā)后的氣氨分 ， ，硝銨Ⅰ號生產硝銨， 表壓氨氣經(jīng)氣柜送入硝酸車間生產硝酸用 表壓氨氣管上也配有送 3047，脫硫用氨氣管邊。 （ 2）廢油雜質苯