【正文】 品液氨19摩爾分數(shù)%0100m3/T(NH3)m3/hkmol/h  熱量衡算（1） 熱氣進口溫度 冷交換器熱氣進口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題意知t1=35℃（2） 冷氣進口溫度 %，%，設(shè)過飽和度為10%，則在該冷凝溫度下的平衡氨含量為yNH3=100%=%查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》%時的冷凝溫度t2=10℃ ，故冷氣進口溫度等于10℃（3） 熱氣體帶入熱量 熱氣體在器內(nèi)處與氨飽和區(qū)內(nèi)，計算氣體比熱容時先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的辦法計算實際的氣體比熱容。(0N2)= 100﹪=% 入口液體中組分含量 m180。 G％=（1+y5NH3）(y8NH3yNH3)/(( y8NH3 y5NH3)(1 yNH3)) =[(1+）（）]/ [（）（）] =％ ％冷交，％。升溫后從冷氣出口出來分五路進入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟性比較好，在15～30Pa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。 (3)預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種：(1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。(5)惰性氣體的排除氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過以下三個途徑帶出：(1)一小部分從系統(tǒng)中漏損；(2)一小部分溶解在液氨中被帶走；(3)大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來的液氨從氣相中分離出來，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。若采用離心式壓縮機或采用無油潤滑的往復(fù)式壓縮機，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡化了流程。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。2 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。液氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴重損傷，出現(xiàn)眼瞼水腫，眼結(jié)膜迅速充血水腫，眼劇痛，角膜混濁，甚至因角膜潰瘍、穿孔而失明。車間空氣中氨的最高容許濃度為30 毫克／米3。操作壓力300atm時，～％；150atm時，～％。但是，維持過低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導致原料氣消耗量增加。氫氣來源于水或含有烴類的各種燃料，它取決于用什么方法制取。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃。又因為是高溫高壓操作，對設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費用大。節(jié)省的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無收在于水,收多收少在于肥”。(3) 市場需要據(jù)資料統(tǒng)計:1997 ?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。～28％，～82％。氨是一種無色具有強烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕，熔點－℃；沸點－℃。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進控制技術(shù)等將越來越受到重視。(1) 大型化、集成化、自動化, 形成經(jīng)濟規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。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和有機化學工業(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/)％=％ 出塔氨含量： 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）=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=()/=%