【正文】 、來源生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣?？偟膩砜矗?5～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。故流程、設(shè)備都比較緊湊。過去引進建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。未來我國合成氨氮肥的實物產(chǎn)量將會超過石油和鋼鐵。同時，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。還可以將氨加工制成各種含氮復(fù)合肥料。氨的自燃點為630℃，氨在氧中易燃燒，燃燒時生成藍色火焰。 6. 撰寫設(shè)計說明書。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個階段。氨主要用于農(nóng)業(yè),合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70 %的比例，稱之為“化肥氨”；同時氨也是重要的無機化學(xué)和有機化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30 %的比例,稱之為“工業(yè)氨”。實施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。 5. 進行管路配置設(shè)計，并繪制管路布置圖。氨在高溫下(800℃以上)分解成氮和氫；氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進和帶動了許多科學(xué)技術(shù)部門的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長的路要走。今后應(yīng)利用國內(nèi)開發(fā)和消化吸收引進的工藝技術(shù),自力更生,立足國內(nèi),走出一條具有中國特色的社會主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。這種方法的主要優(yōu)點是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。但功耗決不但取決于壓力一項，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況。 產(chǎn)品方案產(chǎn)品的名稱：氨(NH3)；產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：液體純氨；產(chǎn)品的規(guī)模：80 kt/a 液氨；產(chǎn)品的包裝方式：氨為高壓低溫液體，合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn)，多余部分設(shè)立氨儲槽儲存起來。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會積累起來，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。為防止CO和CO2對催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得多余20ppm[5]。氨氣刺激眼睛能引起角膜炎。比如，隔油池中廢水就含有COD。在整個合成氨生產(chǎn)過程中，合成氨生產(chǎn)比較復(fù)雜，始終存在著高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等危險因素，各種控制條件比較嚴格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機時，在壓縮過程中氣體夾帶的潤滑油和水蒸汽混合在一起，呈細霧狀懸浮在氣流中。氨分離的方法有兩種，一是水吸收法；二是冷凝法，將合成后氣體降溫，使其中的氣氮冷凝成液氨，然后在氨分離器中，從不凝氣體中分離出來。由于氣體在設(shè)備、管道中流動時，產(chǎn)生了壓力損失。有些工廠設(shè)置二循環(huán)合成系統(tǒng)，合成系統(tǒng)放空氣進入二循環(huán)系統(tǒng)的合成塔，繼續(xù)進行合成反應(yīng)，分離氨后部分情性氣體放空，其余部分在二循環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽?？紤]氨合成工段的工藝和設(shè)備問題時，必須遵循三個原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護催化劑，盡量延長使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。高壓過熱蒸汽的價值較高, 當(dāng)然投資要多, 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。 入塔甲烷含量：y5CH4=％（+）100％=％； 入塔氫含量：y5H2=［100（+17）］3/4100％=％； 入塔氬含量：y5Ar=17％％=％； 入塔氮含量：y5N2=［100 （+17）］1/4100％=％表42 入塔氣組分含量（％）NH3CH4ArH2N2小計100 （2）合成塔出口氣組分： 以1000kmol入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分， 由下式計算塔內(nèi)生成氨含量：MNH3=M5 (y8NH3y5NH3)/ (1+y8NH3) =1000( )/ (1+) = 出塔氣量: M8=入塔氣量—生成氨含量== 出塔氨含量： y8NH3=％ 出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)y5CH4=(1000/)％=％ 出塔氬含量： y8Ar=(M5/M8)y5Ar=1000/％=％ 出塔氫含量： y8H2=3/4(1y8NH3y8CH4y8Ar)100％=3/4()100％=％ 出塔氮含量： y8N2=1/4()100％=％表43 出塔氣體組分含量（％）NH3CH4ArH2N2小計100 （3）合成率： 合成率=2MNH3/［M5(1y5NH3y5CH4y5Ar)］100％ =2［1000()］100％=％表45 已知氨分離器入口混合物組分m(i)NH3CH4ArH2N2小計 查t=35℃，P=：表46 各組分平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN2 設(shè)（V/L）=，帶入L(i)=m(i)/［1+(V/L)K(i)］=L(i): LNH3=mNH3/［1+(V/L)KNH3］= LCH4= mCH4/［1+(V/L)KCH4］= Kmol LAr=mAr/［1+(V/L)KAr］= Kmol LH2=mH2/［1+(V/L)KH2］= LH2=mN2)/［1+(V/L)KN2］= Kmol L總= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= Kmol 分離氣體量：V=1L== Kmol 計算氣液比：（V/L）＇= 誤差［（V/L）（V/L）＇］/（V/L）=（）/100％=％，結(jié)果合理。(0CH4)=100﹪=﹪ 入口液體中氬含量 m180。 V出= m３。7MPa 下的氣體反應(yīng)熱簡化計算公式為：H=11599+, t=370℃代入得： H=11599+370=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量ΔVNH3=(標(biāo)）=則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q2Q2=(Q1+Q3+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2t2=((Q1+Q3+Q損)(QRQ5))/V1Cp1(6) 合成塔一出氣體帶出熱量Q1查t=℃ P= 混合氣體熱容：表427 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=(Kmol℃)Q1==(7) 合成塔二出氣體帶出熱量Q1當(dāng)t=370℃ P= 混合氣體熱容： 表428 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp1=(Kmol℃)Q1=370=(8) 合成塔熱損失根據(jù)經(jīng)驗公式Q損=awFw(twtb)設(shè)塔壁溫度tw= 62℃,空氣溫度5℃,塔外壁高h=14m,外徑D=則 aw=+=62+=(m2h℃)∴Q損=(twtb)=14[62(5)]= kJ/tNH3(9)合成塔二入溫度計算設(shè)t2=190 ℃, P=小氮肥廠工藝設(shè)計手冊各組分氣體比熱容并計算得：表429 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(Kmol℃)t2=℃∴合成塔氣體二次入口帶入熱量 Q2=(++)(+) = kJ/tNH3(10) 合成塔絕熱溫升核算△t==()=(Cp1+Cp2)/2=(Kmol℃)△t=((1+))/ =℃t1=t2+=℃表430 合成塔熱量平衡匯總表入出一次氣體進口帶入熱626664一次氣體進口帶出熱二次氣體進口帶入熱二次氣體進口帶出熱反應(yīng)熱熱損失總Q入總Q出 廢熱鍋爐熱量計算（1）內(nèi)熱氣體帶入熱量Q1由合成塔熱平衡計算Q1=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量Q2設(shè)t2=220 C, P=，得混合氣體比熱容：表431 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(Kmol℃)Q2=220=(3) 廢熱鍋爐熱負荷ΔQ=Q2Q1=(4) 軟水量計算設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30,壓力P=, 飽和蒸汽，需軟水量為X軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=ΔQ=X(I2I1)熱平衡得 X=ΔQ/(I2I1)=廢熱鍋爐帶入熱量 Q軟=XI1==蒸汽帶入熱量 Q蒸=+=表432 廢熱鍋爐熱量匯總表入出管內(nèi)熱氣帶入熱量管內(nèi)熱氣帶出熱量軟水帶入熱量蒸汽帶出熱量總Q進總Q出 熱交換器熱量計算（1）冷氣體帶入熱量Q6由合成塔熱平衡計算Q1=（2）熱氣體帶入熱量Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算Q4=（3）冷氣體帶出熱量Q7由合成塔熱平衡計算Q2=（4）熱氣體出口溫度計算Q1+Q4=Q2+Q5熱平衡得 Q5=Q1+Q4Q2=+=Q5=V5Cp5t5t5=Q5/V5/Cp5=設(shè)t5=℃ P=：表433 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp5=(Kmol℃)T5=℃誤差=()/=% 假設(shè)成立（5）熱交換器熱負荷ΔQ=Q2Q1=Q5Q4==表434 熱交換器熱量匯總表入冷氣帶入熱量冷氣帶出熱量熱氣帶入熱量熱氣帶出熱量總Q進總Q出 水冷器熱量計算由題知,水冷器出口熱氣體溫度t2=35℃,設(shè)氣體先冷卻至35℃后,氨再冷凝。查t=35 ℃，P=：表417 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓Cp Cp1=++++=(Kmol℃)熱氣體帶入熱量 Q1=V1Cp1t1=35=(4)冷氣體帶入熱量查t4=10℃， P=：表418 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓Cp Cp4=++++=(Kmol℃)（5）氨冷凝熱設(shè)熱氣體出口溫度為20℃，熱氣體在器內(nèi)由35℃冷卻到20℃，然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱INH3=液氨冷凝放出熱量 Q冷=20= KJ/tNH3（6）液氨帶入熱量查10℃液氨比熱容Cp= KJ/kg℃液氨帶入熱：Q4L=17(10)= KJ/tNH3（7）熱氣體帶入熱 查t3= 20℃，P=，17℃的摩爾比熱容并計算得：表419 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=++++=℃熱氣體帶出熱量：Q3=V3Cp3t3=17=（8）熱氣體中液氨帶出熱查20℃液氨比熱容Cp= ℃Q3L=1717=（9） 冷氣體中分離液氨帶出熱 Q2=Q4L=（10）冷氣體出口帶出熱Q5=Q1+Q4+Q冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+=Q5=V5Cp5t5t5=Q5/V5Cp5=489324Cp5=設(shè)t5=30℃ ,P=：表420 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp5=++++=(Kmol℃)t5=℃（11）冷交換器熱量負荷計算ΔQ放=（管內(nèi)熱氣帶入熱+管內(nèi)液氨冷凝熱）（管內(nèi)熱氣帶出熱+管內(nèi)液氨帶出熱） =(+)(+) = KJ/tNH3（1） 氣體帶入熱量Q3由冷交換器熱量計算的 Q= KJ/tNH3（2） 氣體中液氨帶入熱量Q3由冷交換器熱量計算得：Q3=（3） 氨冷器中氣氨冷凝熱查10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥長工藝設(shè)計手冊》。(0i)≈ M180。 液氨貯槽入口1Kmol液體計算為準(zhǔn)，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(15)X15i+L16X16i = G％L0X15i+(1 G％)X16i =+混合后入口氨含量： m0NH3=+=混合后入口甲烷含量: m0CH4=+=混合后入口氬含量: m0Ar=+=混合后入口氫含量： m0H2=+=混合后入口氮含量： m0N2=+=表411 液氨貯槽