【正文】 L(總)=,V==,(V/L) ＇=V/L=,誤差 =()/=％，結(jié)果正確。(0i)≈ M180。（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。 V出=。(0CH4)=100﹪=﹪ 入口液體中氬含量 m180。用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收熱量，而塔型的選擇見設(shè)備選型部分。增加壓力，有利于反應(yīng)的平衡和速率?，F(xiàn)在通常是采用塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔，因為能相對完全的吸收熱量。(6)反應(yīng)熱的回收利用 氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需要回收該部分反應(yīng)熱。為了減少情性氣體含量，會放空些許剩余的氫氮氣，再混合新鮮原料氣巡回合成塔內(nèi)繼續(xù)氨的合成，這就形成了循環(huán)法工藝流程。(3)氨的分離 之所以要進行氨的分離是因為氫氮混合氣在氨合成塔催化層里不是全部都會反應(yīng)生成氨。(1)氣體的壓縮和除油 為使新鮮原料氣及循環(huán)氣壓縮達到合成所需壓力，需要在過程中安裝壓縮機。合成氨的生產(chǎn)過程中，有很多繁雜的工序，全程都在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等條件下進行，要謹慎控制各種反應(yīng)因素，稍不留意將不堪設(shè)想。該法的操作壓力為20～60MPa，溫度控制在450～550℃。但高得合成效率使反應(yīng)放熱量大，使催化劑得溫度上升，如果控制不當(dāng)，不能及時散熱，會使催化劑燒壞甚至失活，因此催化劑的使用壽命不長。低壓為宜，空速可以較大。Fe2O3相似，使Fe3O4分布均勻，催化劑還原后，加大催化劑表面積，提高活性。當(dāng)壓力在10~100Mpa時，~。現(xiàn)在列舉普遍認可的機理作為例子。通常情況下，氨產(chǎn)率只能達到平衡值的50%～70%，因此，會把反應(yīng)中氮的比例適量的增加，～。因此，空速的增加會進一步提高氨的產(chǎn)量。若溫度增加，平衡會往氨分解方向進行；氨合成反應(yīng)式為： 除煙煤外，其他的煤種因含揮發(fā)分多，不宜常壓固定碳層間歇氣化方法。②液體原料合成氨英國的帝國化學(xué)公司是最先利用石腦油生產(chǎn)合成氨原料氣的，上世紀5060年代，技術(shù)已經(jīng)比較發(fā)達，石腦油來自石油餾出的較輕餾分。在此情況下下，該課題以“年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段初步設(shè)計”為題，對合成氨合成工段的工藝條件和設(shè)備選型等進行初步的探討[2]。我國氮肥工業(yè)不僅滿足了國內(nèi)需求，還發(fā)展了國際市場。合成氨是各種氮肥的主要生產(chǎn)原料，所以，氮肥工業(yè)的發(fā)展情況可以通過合成氨工業(yè)的發(fā)展來看出。 (3)清潔生產(chǎn)將會是未來合成氯裝置發(fā)展的必然且是唯一的途徑。生產(chǎn)原料以煤、焦為主，而以氣為原料的僅占4%[1]。在此情況下就要結(jié)合現(xiàn)有裝置設(shè)備特點來逐漸挖掘自身的潛力，還要合理的調(diào)節(jié)當(dāng)前的操作過程，來實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)裝置的最優(yōu)搭配。 (4) NH3呈弱堿性，它能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍。在常壓下，℃或在常溫下加壓至700KPa至800KPa，氣態(tài)氨就會液化成無色液體，此時會放出很多的熱。僅在2006年，市面上的清潔產(chǎn)品主要用它來制造。在本設(shè)計中，分別闡述了氨的性質(zhì)、用途、危害及合成方法；對氨合成技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了進一步的分析，了解了合成氨的工業(yè)生產(chǎn)市場及前景；同時，也對合成氨的工藝原理以及相關(guān)的物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型等都作了詳細的闡述。關(guān)鍵詞：循環(huán)工藝；合成氨；合成工段ABSTRACTAmmonia is one of the most productive in the world of inorganic pounds, extensive use of it, but the vast majority of the ammonia is used to produce chemical fertilizers. Throughout the ammonia process, ammonia synthesis section is the core part of the ammonia plant is the last step. Its mission is under certain conditions of temperature, pressure and presence of a catalyst, hydrogen purification of ammonia nitrogen gas, the reaction gas in the ammonia content is generally only 10% to 20%。5 提交設(shè)計（論文）形式（設(shè)計說明與圖紙或論文等）及要求：（1）形式：設(shè)計說明書1本；圖紙3張（帶控制點的工藝流程圖、平面布置圖及主要設(shè)備圖，圖用CAD制作）。本設(shè)計通過查閱相關(guān)文獻和資料，選擇了合理的設(shè)計方案，完成了年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段的初步設(shè)計。合成氨的合成是整個合成氨工藝流程中的核心工段，是合成氨廠的最后一道工序。氨是所有食物和肥料的重要成份，對地球上的生物來說至關(guān)重要。如果不注意接觸過多的氨而出現(xiàn)病癥，必須立刻吸入新鮮空氣和水蒸氣，且對眼部用大量清水清洗。（3)氨水（NH3近年，在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外通過降低合成的壓力、提高合成的轉(zhuǎn)化率、減少氨合成的壓降及合理使用能源等技術(shù)，又研發(fā)了節(jié)能氨合成工藝技術(shù)及工藝流程。其中有34套裝置是以煤、焦為原料的，有12套裝置是采用天然氣作為原料，有9套裝置是以渣油為原料的。 (1) 低能耗與生產(chǎn)環(huán)境將是以后合成氨裝置技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。其中裝置運轉(zhuǎn)率的提升、運轉(zhuǎn)周期的延長、新的生產(chǎn)工藝優(yōu)化技術(shù)及先進的控制技術(shù)等將逐漸受到世界企業(yè)的重視[1]。上個世紀50年代來, 我國的氮肥工業(yè)就不斷發(fā)展壯大。目前合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢是改善原料路線, 使原料多元化, 再引進先進的煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣, 減少產(chǎn)品的成本, 優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境。而最為廣泛采用的的是以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化工藝。焦炭是從原煤干餾獲取的，不含揮發(fā)分。無煙煤性能接近焦炭，卻有更高的生產(chǎn)能力。2NH3→2NH3 因此，增加合成的壓力既能提高平衡的轉(zhuǎn)化率，又能增加反應(yīng)的速率。在氨合成反應(yīng)中，是按H2/N2=3：1的比例反應(yīng)的，所以增加氫氣、氮氣的分壓，保持氫氮比可以增加平衡氨的含量。氨合成反應(yīng)會放出熱量，其熱效應(yīng)的計算如下：式中溫度單位為K，壓力單位為MP a，知其反應(yīng)熱單位為kJ/kmol。 捷姆金總結(jié)了非平衡狀態(tài)下的反應(yīng)動力學(xué)方程：用該式易得在反應(yīng)平衡狀態(tài)下，正逆反應(yīng)速率常數(shù)之比為平衡常數(shù)之值。 正確的的催化劑對氨的合成反應(yīng)反應(yīng)速度有很大的影響，鐵催化劑是普遍使用的催化劑。氫氣是最常使用的還原劑： Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O(g) 9 kJ/mol.1490298=DH 要讓鐵完全被還原不僅要選取恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件應(yīng)，還要確保還原后比表面積最高。合成氨行業(yè)上的各種工藝流程通常根據(jù)壓力的高低加以區(qū)分[4]。但缺點在于此法所用的催化劑對毒物很敏感，很快會中毒，縮短其壽命，所以要嚴格控制原料氣的精制純度。實踐證明，壓力控制在13～30MPa是最好的。壓力、溫度、濃度等因素對反應(yīng)的進行都有影響。(2)氣體的預(yù)熱和合成 對壓縮后的氫氮混合氣升溫，使其達到催化劑的起始活性溫度，方可放入催化劑層合成。氨冷凝時，在液氨里會溶解一些氫氮氣及惰性氣體。采用水吸收法或冷凝法可回收利用放空氣中的氨，余下的氣體當(dāng)燃料。② 對反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽預(yù)熱。 氨合成的生產(chǎn)工藝條件的選取要實現(xiàn)產(chǎn)量高，消耗低，工藝簡單，設(shè)備便宜，操作簡單及安全可靠等特點。不僅要增加熱回收率,多產(chǎn)蒸汽, 還要增加回收蒸汽的壓力和過熱度。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=100％=％ 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100％=％ 出口液體氬含量： xAr=LAr/L=％ 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100％=％ 出口液體氮氣含量： xN2=LN2/L=100％=％ 液氨貯槽出口液氨組分NH3CH4ArH2N2小計 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(M0NH3LNH3)/V=()/100％=％ 弛放氣甲烷含量：yCH4=(M0CH4LCH4)/V=()/100％=％ 弛放氣氬含量： yAr=(M0 ArLAr)/V=％ 弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2LH2)/V=()/100％=％ 弛放氣氮氣含量：yN2=(M0N2LN2)/V=()/100％=％ 出口弛放氣組分含量 NH3CH4ArH2N2小計100 以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準折標立方米計算液氨貯槽出口液體量 L(19)=1000(17)= m３ 其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3)X(19NH3)=﹪= m3 CH4 L(19CH4)=L(19CH4)X(19CH4)=﹪= m3 Ar L(19Ar)=L(19Ar)X(19Ar)=﹪= m3 H2 L(19H2)=L(19H2)X(19H2)=﹪= m3 N2 L(19N2)=L(19N2)X(19N2)=﹪= m3 液氨貯槽出口弛放氣（V/L）= V(20)=L(19)== m3 其中　NH3 V(20NH3)=V(20NH3)y(20NH3)=﹪=CH4 V(20CH4)=V(20CH4)y(20CH4)=﹪= m3Ar V(20Ar)=V(20Ar)y(20Ar)=﹪= m3H2 V(20H2)=V(20H2)y(20H2)=﹪= m3N2 V(20N2)=V(20N2)y(20N2)=﹪= m3 液氨貯槽出口總物料=L(19)+ V(20)=+= m3 液氨貯槽進口液體： 由物料平衡，入槽總物料=出槽總物料，L(21)=L(19)+V(20)= m3 入口液體各組分含量計算:L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=+= m3 CH4 L(21CH4)= + = Ar L(21Ar)=+ = m3 H2 L(21H2)= += m3 N2 L(21N2)=+ = m3 入口液體中組分含量核算,由 m180。(0i)將整個合成看著一個系統(tǒng)，進入該系統(tǒng)的物料有新鮮補充氣補V補，離開該系統(tǒng)的物料有放空氣V放，液氨貯槽弛放氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨 。查t=35 ℃，P=： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量/% 各組分分壓/ MPaCp/kJ/(kmol℃) Cp14=++++=(kmol℃)熱氣體帶入熱量 Q14=V14Cp14t14=35/=(4)冷氣體帶入熱量查t2=10℃， P=： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量/% 各組分分壓/ MPaCp/kJ/(kmol℃) Cp4=++++=(kmol℃) Q2= V2 Cp2 t2=(10)/= kJ（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（6）液氨帶入熱量查10℃液氨比熱容Cp= kJ/kg℃液氨帶入熱：Q2L=20(10)= kJ（7）熱氣體帶入熱 查t17= 20℃，P=，20℃的摩爾比熱容并計算得： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量/% 各組分分壓/MPaCp/kJ/(mol℃)Cp17=++++=℃熱氣體帶出熱量：Q17=V17Cp17t17=20=（8）熱氣體中液氨帶出熱查20℃液氨比熱容Cp= ℃Q17L=2020=（9） 冷氣體中分離液氨帶出熱 Q16=Q2L=（10）冷氣體出口帶出熱Q3=Q2+Q14+Q+Q2LQ17lQ17Q2l=()++=Q3=V3Cp3t3T3=Q3/V3Cp3=Cp6=設(shè)t5=30℃ ,P=： 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓/MPaCp/ kJ/(mol℃)Cp3=++++=(kmol℃)T3=℃（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（1） 氣體帶入熱量Q17’由冷交換器熱量計算的 Q= kJ（2） 氣體中液氨帶入熱量Q17l’由冷交換器熱量計算得：Q17l’=（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》。 V補= m３。(0NH3)=100﹪=﹪ 入口液體中甲烷含量 m180。 綜上所述，該設(shè)計使用32Mpa的中壓法。 因此，氨合成方法的選取要考慮到壓力、合成塔的結(jié)構(gòu)型式及其熱回收方法。根據(jù)不一樣副產(chǎn)蒸汽鍋爐的設(shè)置，有塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合