【正文】 （ 4 1000/17） /2 = 實(shí)際消耗新鮮氣定額： 2800Nm/TNH V 理放 =V 實(shí) V 理 == V 實(shí)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(shí) =2800 %/=% 冷凝塔入口熱氣體 V6及其成分 V6=V4V 實(shí)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(dāng) P=310atm T=273+23=296K 時(shí) 出口熱氣氨含量為 lgNH3%=+ 31 由進(jìn)出口物料測(cè)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(jìn)出口氣體計(jì)算 氨冷器進(jìn)出口氣體計(jì)算 氨冷器的出口物料同合成塔進(jìn)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(jì)算 各設(shè)備進(jìn)出口氣體成分總表 設(shè)備名稱(chēng) NH3 N2 H2 Ar+CH4 合計(jì) 合成塔 進(jìn) 100 出 100 水冷器 進(jìn) 100 出 100 32 氨分離器 進(jìn) 100 出 100 冷 凝 塔 排氣進(jìn) 100 出 100 冷氣進(jìn) 100 出 100 蒸發(fā)器 進(jìn) 100 出 100 計(jì)算 V2=V5+V 放 NH3+V8+V10 =＋ ＋ ＋ = 相對(duì)誤差 =（ ） / 100%=% 進(jìn)合成塔氣量 ： 15900Hm3 而計(jì)算的氨冷器量為 ： 相對(duì)誤差 =（ ） /15900 100%=% 第三章 熱量衡算 一、計(jì)算依據(jù) 本計(jì)算以物料衡算為基準(zhǔn)。 勞動(dòng)保護(hù)用品的發(fā)放制度 （ 1）勞動(dòng)保護(hù)用品發(fā)放原則和標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)實(shí)際需要與可能供給。 環(huán)境保護(hù)：改革工藝、提高管理水平，對(duì)“三廢”進(jìn)行綜合利 用及處理，達(dá)到國(guó)標(biāo)后排除，且全面規(guī)劃，合理布局，化害為利，保護(hù)環(huán)境造福人民。 （ 3）工業(yè)水：由金川峽水庫(kù)提供，耗電量 2833 T/h。 當(dāng) 669 冷凍站投產(chǎn)后，冷凍站送來(lái)的 20℃液氨送入 671 到 670 液氨總管中，液氨送入 670 后， 轉(zhuǎn)送入各氨系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機(jī)前后盤(pán)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(nèi)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(chǎn) 流程描述 （見(jiàn)下 頁(yè) 1— 1 圖 ） 21 新鮮氣 流程： 由銅洗工段送來(lái)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(nèi)，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(jìn)入蒸發(fā)器。 （ 4） 入塔氣體組成 ① 氫氮比 由化學(xué)平衡可知，當(dāng)氫氮比等于 3 時(shí)，氨的平衡含量最大，但 從動(dòng)力學(xué)角度分析，最佳氫氮比隨氨含量的變化而變化，反應(yīng)初期最佳 20 氫氮比為 1，當(dāng)反應(yīng)趨于平衡時(shí)， 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(chǎn)能力， 有利于簡(jiǎn)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(biāo)（﹤ 191Nm3）。 ⑤ 觸媒顆粒大小的選擇，應(yīng)依據(jù)情況而定，一般在阻力降低的 允許范圍內(nèi)盡可能采用較小顆粒的觸媒為主。同時(shí) CaO 能降低固溶體的熔點(diǎn)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(gè)步驟， ａ、ｇ為外擴(kuò)散至氣相主流，ｄ 、 ｆ為內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程，ｃ、ｄ、ｅ三步驟總稱(chēng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。為了加速反應(yīng)而又不過(guò)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(xué)和物理性質(zhì)對(duì)氨合成過(guò)程有重大影響。 ② 用氧化法合成的濃硝酸可用于各種有機(jī)化學(xué)工業(yè)、國(guó)防。 ⑥ 檢定方法： ａ、氨氣與氯化氫氣體時(shí)生成白煙。 ｇ、采用雙循環(huán)時(shí)，必須裝設(shè)噴射器，如果操作不當(dāng)，也會(huì)影響操作的正常進(jìn)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(shè)比較龐大的冷凍設(shè)備。 ｂ、由于采用高壓和高溫，合成塔及附屬設(shè)備需要特殊的合金鋼制造，不易制作，因此價(jià)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(shí)，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(jìn)行合成時(shí)，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(chǎn)品為濃氨水，如得到液氨產(chǎn)品，需將濃氨水蒸餾。 7 （ 1）氣體的壓縮：為使氣體 達(dá)到氨合成所要求的壓力，須將經(jīng)過(guò)精細(xì)凈化除去所有 有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。該設(shè)備是立式焊接設(shè)備，直徑約為 1200 ㎜，高約 為 2200 ㎜，器內(nèi)填充有鋼環(huán)，下面有一底座支架。 該設(shè)備的外筒是多層焊接的高壓容器，其內(nèi)徑為 700 ㎜，高約 1014 ㎜，筒體上部的側(cè)面設(shè)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(nèi)裝有約900 多根直徑為 14 2 ㎜，長(zhǎng)約 3700 ㎜的管子，在管間裝有隔板， 隔板為圓環(huán)式，共計(jì) 27 塊，整個(gè)熱交換器面積約為 130 ㎡。 六、 產(chǎn)品規(guī)格：氨包括氣氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 75%荷葉按產(chǎn)品占總產(chǎn)量的20%， 以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車(chē)間所回收的氨產(chǎn)品占總產(chǎn)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(jìn)劑的融鐵觸煤。 總之，經(jīng)過(guò)初步訓(xùn)練，具有一定的化工 工藝設(shè)計(jì)能力后，在生產(chǎn)、基建、科研和管理等方面，一定會(huì)發(fā)揮出重要的作用?；ぴO(shè)計(jì)在新廠(chǎng)建設(shè)，老廠(chǎng)改造挖潛中具有極其重要的作用，也可以說(shuō)設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的先導(dǎo)，是科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化大生產(chǎn)的 必經(jīng) 途徑 。 三、設(shè)計(jì)規(guī)模及操作制度 設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn) 15 萬(wàn)噸合成氨裝置。 供鍋爐房用的化學(xué)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?dú)夂铣砂薄Ｔ谙虏坑蟹謿馓淄?，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(shè)備外筒是一內(nèi)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(jìn)行密 封。 循環(huán)氣壓縮機(jī)：用來(lái)把未反應(yīng)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(yù)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(jìn)行氨 合成反應(yīng)，正常操作的情況下， 是反應(yīng) 前 的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進(jìn)入催化機(jī)床層。 ｂ、循環(huán)法：為反應(yīng)的氫氮混合氣，經(jīng)分離氨后用循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)足壓力，與新鮮的原料氣混合，重新進(jìn)入合成塔進(jìn)行反應(yīng)，目前，絕大數(shù)的氨合成工藝流程都采用循環(huán)法。 生產(chǎn)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(diǎn)：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(diǎn)為： ａ、與同樣產(chǎn)量的中、低壓法比較，所用的高壓設(shè)備的體積小，用料少，節(jié)省工廠(chǎng)用地面積。 ｂ、由于壓力低，設(shè)備物質(zhì)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(nèi)，可以減少脫碳作用而引起的設(shè)備及管線(xiàn)的爆炸。 ④氨液體呈中性， 是碘、磷、硫及其它許多有機(jī)、無(wú)機(jī)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(shí) ） 被催化劑表面（內(nèi)表面）活性吸附。 實(shí)際上，在遠(yuǎn)離平衡時(shí)，出 于氨濃度極低，氮的活性吸附速度比 起吸附以后的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡姆磻?yīng)速度來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不是唯一的速度控制步驟，而變?yōu)榛瘜W(xué)吸附和加氫反應(yīng)兩步聯(lián)合控制。 C、觸媒的選 擇： ① 觸媒層的阻力，應(yīng)在允許阻力降的范圍。 b、還原初期 ：觸媒開(kāi)始還原反應(yīng)出水以后，經(jīng)過(guò)摸索， 使之進(jìn) 入正常的大量還原反應(yīng)出水階段，一般為 350～ 480℃。 d、力爭(zhēng)縮短還原主期時(shí)間。 （ 2）溫度 在最適宜的溫度下，氨合成反應(yīng)速度最快，氨合成率最高。 ③ 入塔氨含量 當(dāng)其它條件一定時(shí)，入塔氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低，反之，降低入塔氨含量，催化劑床層反應(yīng)推動(dòng)力增大，反應(yīng)速度加快，氨凈值增加，生產(chǎn)能力提高。從副線(xiàn)活門(mén)控制而來(lái)的循環(huán)氣是用來(lái)調(diào)節(jié)觸媒層溫度的。 ℃ 3025 107 4 焓 T/ mol （ 2） 商城鎮(zhèn)遠(yuǎn)，以解決職工生活福利。 （ 2）消除由于設(shè)備不嚴(yán)密而產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象。 （ 4）勞動(dòng)保護(hù)用品嚴(yán)禁非生產(chǎn)時(shí)間使用及帶回家。 33 CP 值均用分壓迭加法進(jìn)行計(jì)算 。（ D12D22）（ 1β ） β =(d 外 /t)2 S=S1 S2 管內(nèi)α均按譚天恩等編的《化工原理》上冊(cè) P242 533 式計(jì)算 α = /d （三）計(jì)算負(fù)荷 41 管外冷氣體帶入熱 Q9=26264Kcal 管外冷氣體帶出熱 Q1=168162Kcal 熱負(fù)荷 Q=（ 16816226264） =（四）平均溫度差 管內(nèi)： 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(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算 溫度 =（ 42+23） /2=℃ P=（ 310+315） /2= 成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) 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(jì)算 K=1/（ d 均 /d 內(nèi) +內(nèi) +d 均 /d 外 +外 +δ /λ +Rc）（以平均面積為準(zhǔn)） =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(jì)算目的 氨冷器設(shè)計(jì)傳熱面積 105m2 本計(jì)算驗(yàn)算是否合適 （二）計(jì)算依據(jù) 設(shè)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(duì)于公用的防護(hù)用品， 必須由專(zhuān)人負(fù)責(zé)交接班保管使用。 （ 6）保證生產(chǎn)廠(chǎng)房有必要的通風(fēng)。 27 三廢處理： 廢水經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可直接排 入黃灘； 廢氣經(jīng) 處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可排入大氣； 廢渣經(jīng)過(guò)處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可直接排除掉。 （ 2） 冷卻水：由水汽車(chē)間提供的循環(huán)水和銅洗工段送來(lái)的冷凝液，水質(zhì) 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(hào)二條主管送入 670Ⅰ號(hào)，轉(zhuǎn)進(jìn)入各氨系統(tǒng)的蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機(jī)前后填料函盒內(nèi)，經(jīng)減壓 、蒸發(fā)使管內(nèi)循環(huán)氣溫度降低，蒸發(fā)后的氣氨分 ， ，硝銨Ⅰ號(hào)生產(chǎn)硝銨， 表壓氨氣經(jīng)氣柜送入硝酸車(chē)間生產(chǎn)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(zhì)苯