【正文】 Q 帶出 = Q 積累 Q11Q12Q13 = = ≈Q14 = 686870 kJh1 ⒉ 從循環(huán)機往氨冷器氣體帶入的熱量 Q22 令 F15=F16=F5=928kmol(molh1) 氣體帶入冷凝塔的熱量Q21 18361253 經(jīng)冷凝塔往氨冷器帶出的熱量 Q23(t=23℃ ) 7879296 從循環(huán)機往氨冷器氣體帶入的熱量 Q22 經(jīng)冷凝塔往合成塔氣體帶出的熱量 Q24 小 計 小 計 對合成塔作熱量衡算 ∵ F7 = F8+F9 , YH2,7,8,9 = ％ , YNH3,7,8,9 = ％ ,YN2,7,8,9 = ％ , YO2,7,8,9 = ％ , YAr,7,8,9 = ％ . 又 ∵ F11 = F12 = F13 = F14 = F15+F3+F4 = 928+647+183 = 1758 kmolkmol1 P ── 壓力 atm T ── 溫度 K 令合成塔的工作壓力為 30 MPa=296 atm,溫度為 500℃ = K, 代入式子可 得： △ HF = Kcal/Kmol = 56207 kJh1 表 412 合成塔熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1 ⒋ 脫氧量計算 設廢鍋加入脫氧水溫度 t=30 ℃ ,壓力 P= MPa,副產 MPa 的蒸汽需脫氧水量計算 X 查得脫氧水焓 I1 = kJh1 ,YH2,9,10 = ％ ,YNH3,9,10 = ％ YN2,9,10 = ％ ， YO2,9,10 = ％ ,YAr,9,10 = ％ 表 415 氣 —氣換熱器中的氣體在不同溫度下的 因子 物料 a b103 c107 25℃ 144℃ H2 NH3 N2 O2 ⒈ 由冷凝塔進氣 —氣換熱器的熱量 Q51 ℃ = ％ +％ +％ + ％ = kJ ⒌ 氣 —氣換熱器的熱負荷 △ Q = Q53Q54 = Q52Q51= = kJ(kmolh1) 支方 (kJ ⒉ 氣體帶入熱量 Q81 Q81 = Q73 = kJh1 ，故空速選 35000 h1 ⒉ 觸媒筐直徑 D 公式： D = (Vg/) V —— 處理氣量 ， m3℃ )1 ao —— 給熱系數(shù) ， kJ(㎡ m2H1 S —— 鍋爐換熱面積 ，㎡ P —— 蒸汽壓力 ， MPa 設鍋爐換熱面積 S = 48 ㎡ ，副產 MPa（絕）蒸汽，代入上式： NH3 Ar H2 N2 O2 Yi , % Ui ㎏ / ai = （ ） = hh ⑹ 雷諾準數(shù) Re: 重量流量： W = F11M = 1758 = ㎏ h1 ⒉ 管內給熱系數(shù) ao 計算 ao = λ —— 導熱系數(shù) ， kJ(mm3 觸媒，簡寫 h1。h1) 支 方 (kJh1 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 = 120100065 = 32604000 kJh1 ⒊ 熱氣體帶出熱量 Q62 F14 = F3+F15 = 183+928 = 1111 kmolh1 ⒋ 由氣 —氣換熱器出來所 帶熱量 Q54 由熱平衡 Q 得 Q51+Q53 = Q52+Q54 Q54 = Q51+Q53Q52 = + = ∵ F13 = 1758 kmolh1) 支 方 (kJK)1 ∴ Q42 = ℃ T12 = 1758(220+) = kJh1 ⒍ 令合成塔的熱損失為 5％，即 Q 損 = 5％ Q 總 [Q32+Q33+Q34+Q35] = Q31 + Q 損 [Q32+Q33+Q34+Q35](15％ ) = Q31 [(2615F8)10222+7275F8++] = 39212809/ 2947F8 = 1722480 F8 = kmolh1 ⒋ 補充氣 F2 的熱量 Q34 ℃ = 78％ +21％ = ∴ Q34 = ℃ t 補 = 44(25+)= kJh1 ∴ 氣體的溫度 t = Q24/ = () = ≈ 25 ℃ 這與假設的溫度一致，故滿足要求 t = 25 ℃ 表 410 冷凝器熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1 ⒊ 經(jīng)冷凝塔往氨冷器帶出的熱量 Q23(t=23℃ ) F16 = 928 kmolh1) 氣體帶入熱量 Q11 18991491 氣體帶出熱量 Q12 18361253 氨冷凝時放出熱量 Q14 686870 冷凝的液氨氣體帶出熱量 Q13 小 計 19678361 積累量 熱損失 小 計 對冷凝塔作熱量衡算 已知 F6 = kmolK)1 Tc = ℃ = K Pc = Mpa = atm 表 47 不同溫度時的 Tbr和 I T(℃ ) 33 1 23 Tbr I(KJ/Kg) 1411 Tbr = T/TC ∴△ INH3 = INH3(27℃ )INH3(33℃ )= 1411 = kJh1 令其過程損失的熱量為輸入的 ％ 故進口氣體帶入熱量 Q11=19991043(％ ) =18991491 kJh1，此 氣 體 分 為 兩 部 分 。h1 為基準，進行物料衡算 ⒊ 合成系統(tǒng)總圖 ⒋ 以元素和物質列出原子矩陣 表 44 原子矩陣 元素 物質 N2 H2 O2 Ar N 2 0 0 0 H 0 2 0 0 O 0 0 2 0 Ar 0 0 0 1 ⒌ 根據(jù)元素守恒列式，求各流量 對 H： 2F1－ 2F3－ 3F3 = F43 ① 對 N： 2F1 + 2F2 – 2F3－ F3 = F41 ② 對 O: 2F2 – 2F3 = 0 ③ F4 = 647 kmol壓力高，氨合成反應速度快，進口氨含量可適當控制高一些；壓力低，為保持一定的反應速度，進口氨含量可適當控制低一些。相反，則要控制低一些。 ⑵ 惰性氣體 在混合氣體中含有甲烷和氬 氣等，統(tǒng)稱為惰性氣體。 本設計采用冷凝法。同時，單位循環(huán)氣量的產氨量減少。新的催化劑因活性比較高，可采用較低的溫度。為了提高反應速率，必須使用催化劑才能實現(xiàn)氨合成反應。但是壓力高、時，對設備的材料和制造的要求均高。 工藝流程的選擇 合成氨的生產工藝條件必須滿足產量高，消耗低，工藝流程及設備結構簡單，操作方便及安全可靠等要求。從而簡化了流程；設 備和流程比較低緊湊，設備規(guī)格小，投資少，但由于在高壓高溫下操作，對設備和管道的材質要求比較高。 目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種類的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。其產品集中度達到 50%，并形成 35 家在國際上有一定影響的大型企業(yè)集團。 合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢 合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢： ① 原料路線的變化方向。 合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀 我國合成氨工業(yè)存在一些特殊問題，一是氮肥資源緊張。 在空氣吹凈階段，從爐底吹入空氣，產生吹風氣將半水煤氣經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱及洗氣塔送入氣柜。吹風氣送入燃燒蓄熱室，在此通入助燃空 氣使吹風氣中的一氧化碳燃燒。根據(jù)所用汽化劑的不同，工業(yè)煤氣可分為下列四種。 氨與空氣 (或氧 )的混合氣 ,在一定濃度范圍內能發(fā)生劇烈的氧化作用而爆 炸 .在常溫常壓下 ,氨與空氣爆炸界限為非作 15%～ 28%(NH3)。 氣態(tài)氨易溶于水，成為氨水，氨水呈弱堿性。液氨可以直接用作肥料，它的加工產品有尿素、硝酸銨、氯化氨和碳酸氫氨以及磷酸銨、氮磷鉀混合肥等。生產的氨的用途和產生的三廢在本設計也有所提到，在合成效率方面也有進一步研究 。在全面介紹化工設計的基礎知識上，重點闡述工藝流程設計、物料和能量衡算及車間布置等內容，并結合工藝計算、工程經(jīng)濟，力求體現(xiàn)當今化工設計的水平。 作者： 鄭貴尹 2113 年 07 月 24 日 目 錄 第一章 總 論 ......................................................................................................................... 5 概述 .......................................................................................................................... 5 氨的性質 ................................................................................................................... 6 氨的物理性質 .................................................................................................. 6 氨的化學性質 .................................................................................................. 6 原料氣來源 ................................................................................................................. 7 文獻綜述 ................................................................................................................... 8 合成氨工業(yè)的發(fā)展 ........................................................................................... 8 合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀 ........................................................................................... 8 合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢 .................................................................................... 9 設計任務的項目來源 ................................................................................................. 9 第二章 流程方案的確定 ....................................................................................................... 10 生產原理 ................................................................................................................. 10 各生產方法及特點 ................................................................................................... 10 工藝流程的選擇 .......................................................................................................11 合成塔進口氣的組成 ............................................................................................... 13 第三章 工藝流程簡述 ........................................