【正文】 含量：[6]出塔氣量:氨凈值：出塔氨含量：出塔甲烷含量：出塔氬含量：出塔氫含量：出塔氮含量： 出塔氣體組分含量（％）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 合成率[6] 氨分離器入口混合物組分m(i)mNH3mCH4mArmH2mN2小計(jì) 35 ℃，P=：KNH3KCH4KArKH2KN2設(shè)時，代入計(jì)算各組分溶解液量[7]分離液體量：分離氣體量：；計(jì)算氣液比：； 與假設(shè)值接近 ，結(jié)果合理。將，代入上式解得：∴；∴ 代入(3)得：；；。 合成塔熱量平衡匯總表收 方熱量（kJ）支方熱量（kJ）一次氣體進(jìn)口帶入熱量Q5一次氣體出口帶入熱量Q6二次氣體進(jìn)口帶入熱量Q7二次氣體進(jìn)口帶入熱量Q8反應(yīng)熱QR熱損失 Q損小 計(jì)小計(jì)（1）管內(nèi)熱氣體帶入熱量由合成塔熱平衡計(jì)算得（2）管內(nèi)熱氣體帶出熱量設(shè) ， 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》并計(jì)算得： 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》附表1519 (3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷(4) 軟水量計(jì)算設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度 , , X查 軟水焓 蒸汽焓由熱平衡得： ∴ 廢熱鍋爐軟水帶入熱量：蒸汽帶出熱量 廢熱鍋爐熱量匯總表收 方熱量（kJ）支 方熱量（kJ）管內(nèi)熱氣帶入熱量Q8管內(nèi)熱氣帶出熱量Q9軟水帶入熱量Q軟蒸汽帶出熱量Q蒸小 計(jì)小 計(jì)（1）冷氣帶入熱量由合成塔熱平衡計(jì)算得：（2）熱氣體帶入熱量由沸熱鍋爐熱平衡計(jì)算得：（3）冷氣帶出熱量由合成塔熱平衡計(jì)算得：（4）熱氣出口溫度計(jì)算由熱平衡得： ∴設(shè)， 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》混合氣體熱容按疊加法計(jì)算得： ，查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》附表1519 ∴假設(shè)值與實(shí)際值基本相符，計(jì)算有效。NH3,0為扣除了惰性氣體的第n段催化劑進(jìn)出計(jì)算氨量，（1/rNH3)平n為第n段進(jìn)出口反應(yīng)速度倒數(shù)：令氣體第一段焓升（反應(yīng)熱）⊿I1C平pk,1 [11]∴C平pk,1 ： 由公式 由公式 上式，∴ 實(shí)際出口氨含量：式中 ,1(反算tk,1) 由A109催化劑活性曲線[12]查(1/rNH3)1，(1/rNH3)2當(dāng), 時 當(dāng), 時 (1/rNH3)平1 (1/rNH3)平1 與假定第一段常數(shù)A1相符，故假定溫度求tk,1=447℃正確本段單位長度反應(yīng)熱第一段催化劑用量（2）第二絕熱床層的計(jì)算進(jìn)第二絕熱床層摩爾流量 ：無惰性氣體氨分解基流量：%，則第二絕熱床層無惰性氣體進(jìn)出口氨含量： ， 氨生成量： 假設(shè)第二段出口溫度為458℃,查得Cpk,2平, 第二段出口溫度核算：tk,2 =⊿M2x⊿HT2/( Mk1Cpk,2平)+ tk,1=()+447=℃與假定值相同，計(jì)算有效由A109催化劑活性曲線查(1/rNH3)n1, (1/rNH3)n當(dāng)， 時 當(dāng)， 時 (1/rNH3)平2 第二絕熱床層催化劑用量： (1/rNH3) 2平設(shè)冷激后溫度降為380℃，查表得Cpk2,=(Kmol.℃)出塔氣摩爾流量：已知冷激氣溫度：tk,0=℃,查得Cpk,0=(Kmol.℃)據(jù)Cpk,n平代入數(shù)據(jù)解得冷激氣量：冷激后氨含量： （3）第三段絕熱層溫度分布計(jì)算（n=3），首先假定催化劑層溫度tk,0=487℃設(shè)出第一段氣體溫度 tk,1=℃：第一段平均溫度t平k,1由t平k,1， 查C平pk,1 由聯(lián)立方程式 (1/rNH3)平n：令氣體第一段焓升（反應(yīng)熱⊿I3C平pk,1 ∴C平pk,1 ： 由公式 由公式 上式， ∴實(shí)際出口氨含量：式中 ,1(反算tk,1) 由A109催化劑活性曲線查(1/rNH3)2，(1/rNH3)3當(dāng), 時 當(dāng), 時 (1/rNH3)平1 (1/rNH3)平1 與假定第三段常數(shù)A1相符，故假定溫度求tk,3=487℃正確本段單位長度反應(yīng)熱 第三段催化劑用量 各段計(jì)算結(jié)果如下表123進(jìn)口溫度tk,n1,℃412出口溫度tk,n,℃447487進(jìn)口氨含量yNH3,n1,％出口氨含量yNH3,n,％氨產(chǎn)量⊿M3n,Kmol/h催化劑單位反應(yīng)熱，kJ/()（1）選臥式U型換熱管。設(shè)鍋爐換熱面積 ，代入上式設(shè)氣相測污垢系數(shù)設(shè)液相側(cè)污垢系數(shù) 管內(nèi)氣體溫度管內(nèi)軟水實(shí)際取換熱面積F=65 m2，需列管數(shù)：（根）[14]（1）選立式氨冷器，熱氣走管程，液蒸發(fā)走殼程。m2m2　　1．一氧化碳　　一氧化碳屬血液窒息性氣體，進(jìn)入血液后與血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白，使血液輸氧能力降低，造成組織缺氧。　　合成氨企業(yè)通常都是重大危險(xiǎn)源，要按國際公約和國家有關(guān)規(guī)定采取特殊控制措施，如安全檢查、安全運(yùn)行、安全評價、應(yīng)急計(jì)劃和安全報(bào)告制度等等，防止液氨、一氧化碳大規(guī)模泄漏引發(fā)社會災(zāi)難性事故。　　在變換凈化部分：要嚴(yán)防下游氣體(其氫氣含量已大大提高)倒竄回上游，因而要裝設(shè)必要的液封、放空、止逆等裝置；嚴(yán)防脫硫塔、脫碳塔、銅洗塔、堿洗塔發(fā)生泛液和出口氣體帶液，這會造成高壓機(jī)液擊，甚至引起惡性爆炸?！　?2)噪聲超標(biāo)崗位應(yīng)采取減振、隔聲、消聲等降噪措施，難以達(dá)標(biāo)的崗位應(yīng)為職工提供耳罩、耳塞或護(hù)耳器等防護(hù)用品。故在進(jìn)行此項(xiàng)作業(yè)是最好采用負(fù)壓抽吸、風(fēng)動輸送、密閉過篩工藝，這方面早已有成熟的經(jīng)驗(yàn)。由于從造氣爐出來的煤氣除含有上述的氣體和雜質(zhì)外，氣體溫度也較高，所以必須經(jīng)過降溫、洗滌才能進(jìn)入下一個工序。尿素生產(chǎn)過程中，由NH3和CO2合成尿素的化學(xué)反應(yīng)過程中，理論上每生產(chǎn)1t尿素產(chǎn)品即會有300kg水生成并需分離出系統(tǒng)，該排出水中含NH3～%，含尿素～%，含CO2～%，工藝上稱為稀碳氨液。循環(huán)水站定時置換排放的含鹽水中含有一定量的磷系化合物，該磷系化合物直接排放將對江河造成富營養(yǎng)化污染。在精餾制液氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)。粉煤灰擬進(jìn)三廢混燃爐燃燒；污泥擬送城市垃圾處理場集中處置。 治理原則。 以煤氣氣為原料加壓蒸汽轉(zhuǎn)化合成氨工藝中，因CO變換及熱鉀堿脫碳再生熱源的需要，在轉(zhuǎn)化工序按H2O／C02=，該部分過量蒸汽經(jīng)低變廢熱鍋爐和脫碳再沸器換熱后冷凝分離出來。而洗滌劑和降溫介質(zhì)一般為水。管道和反應(yīng)器必須用防腐蝕材料做成，而且要定時檢查和檢修?！　?．檢修安全　　檢修期間是爆炸、中毒事故發(fā)生最集中的時間，除做好周密的安全檢查之外，必須嚴(yán)格遵守進(jìn)塔入罐、動火、高處作業(yè)等的安全規(guī)定?！　?3)防止可燃?xì)怏w物料泄入空氣引發(fā)空間爆炸，應(yīng)合理布點(diǎn)裝設(shè)在線可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警器，及時發(fā)現(xiàn)泄漏及時處理，保證液封和安全放空設(shè)施功能正常。要控制煤氣中氧含量不超過0．5％，當(dāng)氧含量達(dá)到1％時，要立即停車處理。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一氧化碳車間最高容許濃度為30mg／m3?！　”ā铣砂鄙a(chǎn)中的化學(xué)爆炸可歸成三類。m2 得Z=氣體體積流量為[15](3) 混合氣體平均分子量 (4) 氣體熱容 查《小氮肥廠工業(yè)設(shè)計(jì)手冊》附圖151到158氣體比熱容 氣體比熱容NH3CH4ArH2N2Cpi kJ/(Kmol. oC)混合氣體常壓比熱容由, 查比熱容壓力校正圖ΔCp=()(5) 氣體導(dǎo)熱系數(shù)λ 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)）188表常壓下各組分導(dǎo)熱系數(shù) 各組分導(dǎo)熱系數(shù)NH3CH4ArH2N2Λ0i,kJ/(. oC)Mi1/3 由, 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)）圖157得 導(dǎo)熱系數(shù)（6）氣體粘度μ 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)）圖122,23,25,30,31各組分氣體在壓力下的粘度。 (1) 壓縮系數(shù)Z[13] 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)）表11氣體的臨界常數(shù) 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2YiTci,K151Pci,MPa 對比壓力, 對比溫度 查《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)）普遍化壓縮系數(shù)之四得 Z=。（1）熱氣帶入熱量 由熱交換器熱平衡計(jì)算（2）氨冷凝熱 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》1011得：氨冷凝熱 （3）熱氣體帶出熱量 由于氣體在氨飽和區(qū)，故先計(jì)算常壓下氣體組分比熱容然后用壓力校正法計(jì)算實(shí)際比熱容： 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》附表1519 熱氣體帶出熱量：(4)液氨帶出熱量 查35℃液氨比熱容(5)冷水量計(jì)算設(shè)需冷水量W 冷卻上水 ， 冷卻下水 ，冷卻水比熱容則 冷卻水吸收熱量為 冷卻上水帶入熱量：冷卻下水帶入熱量： 水冷器熱量匯總表收 方熱量（kJ）支 方熱量（kJ）熱氣帶入熱量Q10熱氣帶出熱量Q11氨冷凝熱量Q冷液氨帶出熱量Q液冷卻上水帶入熱量Q上水冷卻下水帶入熱Q下水小 計(jì)小 計(jì)其進(jìn)出口溫度無變化。（2）冷氣進(jìn)口溫度，％,％，設(shè)過飽和度為10％,則，該冷凝溫度下的平衡氨含量為： [9]查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》％時，冷激溫度t2=10℃,故冷氣進(jìn)口溫度等于10℃。％冷交，％。綜合考慮的結(jié)果，一般中小型合成氨廠當(dāng)操作壓力在30MPa左右時，%~%之間。由于原料氣的制備與凈化方法不同，新鮮氣體中惰性氣體的含量也不同。惰性氣體不參與反應(yīng)，也不毒害催化劑，但由于他們的存在會降低氫氮比的分壓。一般含氨混合氣體的冷凝分離是經(jīng)水冷卻器和氨冷囂二步實(shí)現(xiàn)的。但在一定限度內(nèi)，其他條件不變，增加空間速度，合成氨產(chǎn)量增加，單位時間所得的總反應(yīng)熱增多，通過水冷器和氨冷器的氣體流量增大，需要移走的熱量增多，導(dǎo)致冷凝器的冷卻面積要相應(yīng)增大，否則就不能將高流速氣體中的氨冷凝下來。在中期活性降低，操作溫度應(yīng)比初期適當(dāng)提高8~10℃。而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性范圍內(nèi)。同時，高壓下反應(yīng)溫度一般較高，催化劑使用壽命也比較短，操作管理比較困難。決定生產(chǎn)條件最主要的因素有操作壓力、反應(yīng)溫度、空間速度和氣體組成等。合成塔需用高鎳優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，即使這樣，也會產(chǎn)生破裂。⑴ 低壓法 操作壓力低于20MPa的稱低壓。其產(chǎn)品集中度達(dá)到50%，并形成3–5家在國際上有一定影響的大型企業(yè)集團(tuán)。合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢：①原料路線的變化方向。 我國合成氨工業(yè)存在一些特殊問題。在空氣吹凈階段，從爐底吹入空氣，產(chǎn)生吹風(fēng)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(fēng)氣送入燃燒蓄熱室，在此通入助燃空氣使吹風(fēng)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,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(chǎn)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。由于編者自身的知識水平和認(rèn)識水平的有限，書中錯誤與不妥之處，懇請讀者批評指正。武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)28萬噸NH3/年氨合成系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II前 言 1第一章 文獻(xiàn)綜述 2 2 2 2 3 3 4 4 5 5第二章 流程方案的確定 6 6 6 7 9第三章 工藝流程簡述 11第四章 工藝計(jì)算 12 12 12 13 13 13 14 14 15 16 17 19 21 22 23 23 24 25 27 28 30 熱量衡算 33 33 37 39 41 44 46 47 49第五章 主要設(shè)備計(jì)算 50 50 50 50 54 55 55 58 58 58 58 59 59 59 62 62 62 62第六章 安全備忘錄 64第七章 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)備忘錄 67第八章 環(huán)境保護(hù)與治理建議 68 68 治理原則 69第九章 設(shè)計(jì)總結(jié) 71參考文獻(xiàn) 72致 謝 73