【正文】 現(xiàn)反應(yīng)熱，即△ HT=△ HR+△ HM，混合熱的數(shù)值顯然與反應(yīng)后氣體中的氨含量有關(guān)，氣體中的氨含量越高，混合熱越大。它們都是良好的肥料。 （ 2）化學(xué)性質(zhì) ① 氨在空氣中不能燃燒，在氧氣中燃燒，它與氧化合，并有黃綠色火焰，主要反應(yīng)為： 4NH3+3O2→ 2N2+6H2O 有觸媒存在時，氧化過程按下面反應(yīng)式進(jìn)行： 4NH3+5O2→ 4NO +6H2O ② 在高溫下氣態(tài)氨分解成氫和氮 2NH3→ 3H2+N2 ③ 和各種酸化和成鹽： 與硝酸作用 NH3+ HNO3= NH4NO3 與硫酸作用 2NH3 +H2SO4= (NH4)2SO4 與鹽酸作用 NH3+HCL= NH4CL 與碳酸作用 2NH3+CO2+H2O= 2NH4HCO3 (NH4)2CO3+CO2+H2O= 2NH4HCO3 ④ 有水存在時氨對銅和銅的化合物有侵蝕性。因此觸媒的使用壽命長，停車修理的間歇時間長，總產(chǎn)量高。 ｅ、精制觸媒反應(yīng)熱量不能自行維持，反應(yīng)前必須加熱， 其熱源由合成塔出口高溫氣體和精致塔 出口高溫氣體供給。 ｄ、由于合成率高，因此每立方米觸媒的生產(chǎn)力也相應(yīng)增大。（即放空的方法） 在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，惰 9 性氣體排除的位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最小的地方。因此，在新的氨合成流程中， 都沒有反應(yīng)熱回收裝置。 循環(huán)壓縮機(jī)技術(shù)特性如下： 生產(chǎn)能力： 270 米 3/小時 轉(zhuǎn) 速 ： 125 轉(zhuǎn) /分鐘 同步電動機(jī)容量： 450 千 瓦 八、生產(chǎn)技術(shù)依據(jù)，生產(chǎn)步驟及生產(chǎn)方法的選擇 生產(chǎn)技術(shù)依據(jù) 《合成氨器、 氨的合成》 ； 《無機(jī)化工工藝學(xué)》 ； 《化工工藝設(shè)計(jì) 概論》 ；無機(jī)化工專業(yè) 業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 。 氨水回收器為 立式焊接圓筒，它的直徑約為 1200 ㎜，高約 3500 ㎜，容許的最高操作壓力為 16 氣壓，內(nèi)設(shè)有蒸汽蛇管器的側(cè)面有一 玻璃管液面計(jì)。該設(shè)備的外筒是一直徑約為 2100 ㎜，高約為 3900 ㎜的直立式焊接而成的圓筒，該設(shè)備上有泡沫分離器。 觸媒 筒的內(nèi)徑為 690 ㎜，由鋼板焊接而成。 機(jī)械油 ： 牌號“” ，閃點(diǎn) 110℃，粘度 50℃時， — 恩氏度。 大修： 20 天 3 年 |次 （一般） 中修： 7 天 1 年 |次 小修： 1～ 5 天 （經(jīng)常） 發(fā)展規(guī)劃：向年產(chǎn) 30 萬噸合成氨發(fā)展。因此，化工工藝專業(yè)的學(xué)員一定要掌握 化工設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識。 有關(guān)化工 設(shè)計(jì)方面的知識和技能，不僅對專門從事化工設(shè)計(jì)的人員需要學(xué)習(xí)和掌握 ，而且對從事化工生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)管 理方面的人員，也同樣需要具備。 生產(chǎn)制度：根據(jù)設(shè)備的大、中、小修及偶然事故的發(fā)生，年生產(chǎn)日一般為 330 天左右。 潤滑油：供循環(huán)壓縮機(jī)機(jī)械部位及氣缸部位潤滑 用 的 。 在上蓋設(shè)有安裝電爐用的小蓋及兩個溫度計(jì)插 4 入管的孔，該筒體最高操作溫度為 300℃，最高操作壓力 320 個大氣壓，安裝前經(jīng)過 400 大氣壓的壓力水壓強(qiáng)試驗(yàn)。 氨蒸發(fā)器：該設(shè)備的作用是借助于液氨蒸發(fā)為氨，將蛇管中的 5 循環(huán)氣進(jìn)一步冷卻， 使氣體中殘留的氨冷凝下來，然后到冷凝塔中進(jìn)行分離。 氨水回收器：該設(shè)備用于貯存自氨蒸發(fā)器排出來的累積氨水， 和觸媒 還原時放出的氨水，并在氨水回收器內(nèi)蒸發(fā)出來，送往氣氨主 管，把這部分氨回收。該設(shè)備的潤滑分兩個系 統(tǒng)，一個是機(jī)械油循環(huán)潤滑泵系統(tǒng)， 另一個是汽缸油加壓潤滑系統(tǒng)。合成過程中的反應(yīng)熱有很大回收價(jià)值，可以直接通過廢熱鍋爐副產(chǎn)品蒸汽，也可加熱高壓鍋爐給水。 采用循環(huán)法時，新鮮 原料氣中的氫和氮會連續(xù)不斷地合成氨，而惰性氣體除一部分溶解于液氨中被帶出外，大部分在循環(huán)氣中積累下來，在工業(yè)生產(chǎn)上，為了保持循環(huán)氣體中惰性氣含量不致過高，常采取將一部分含惰性氣體較高的循環(huán)氣體連續(xù)獲間斷地排除氨合成系統(tǒng)的方法。 ｃ、電的定額消耗較低，顯然因提高壓力消耗的電能提高，但氨的合成率增大的更快，所以單位產(chǎn)品的消耗定額降低了。 ｄ、再生產(chǎn)過程中，經(jīng)常有觸媒分解物產(chǎn)生，很容易堵塞管道和設(shè)備，影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。 ｅ、合成塔的操作溫度較高壓法低，觸媒的靈敏性小，反應(yīng)時又無觸媒分解物生成。 ⑥ 蒸汽壓力與蒸發(fā)潛熱。 ① 液氨本身既是良好的肥料，氨與硫酸、硝酸、鹽酸作用生成硫酸銨、硝酸銨、氯化銨，與二氧化碳作用生成碳酸氫銨，在一定溫度、 壓力下生成尿素。 （ 1） 氨合成的熱力學(xué)基礎(chǔ) 氨合成反應(yīng)可以用下式表示： 1/2N2＋ 3/2H2=NH3＋ Q 14 氨合成反應(yīng)是一個可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱的數(shù)值隨反應(yīng)的溫 度、壓力而改變， 在不同的壓力、溫 度下的反應(yīng)熱可用下式計(jì)算： 常壓時：△ HR=9500－ 10－ 4T2＋ 106T3 常壓時：△ HR=〔 ＋ ＋ 106〕 P－ － 103＋ 106T3－ 上式中的△ HR系指純氫彈混合氣完全轉(zhuǎn)化為氨時的熱效應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中合成氨的氫氮原料氣中含有甲烷、氬等氣體。 ｅ 、氨從催化劑表面上吸解。 因此，國內(nèi)外目前都采用鐵觸媒加入各種促進(jìn)劑的鐵催化劑，即： AL2O K2O、 CaO、 MgO 促進(jìn)劑。 ② 生產(chǎn)后期熱點(diǎn)下降。 d、還原末期：提升觸媒底部溫度使還原徹底，一般控制熱點(diǎn)≤ 525℃。 f、采用二次副線。 鑒于氨合成反應(yīng)的最適宜溫度隨氨含量提高而降低，要求隨反應(yīng)的運(yùn) 行不斷移出反應(yīng)熱。釋放氣大約有 H2=32%，N2=12%,CH4+Ar=11%,NH3=45%,這部分氣體在槽內(nèi)越積越多，會影響容器壓力升高，所以需要不 斷釋放出來，如將其廢掉甚為可惜，可將它通過氨吸收裝置回收氨后，再送往高壓壓縮機(jī)，一般入口以回收氫氣。 由冷凝塔及分離器出來的液氨，經(jīng)減壓后進(jìn)入收集槽，收集槽壓力保持在 12— 16 表壓 ，液位保持在 2/3，液體經(jīng)自動調(diào)節(jié)及渦輪流量計(jì)計(jì)量后，入兩根主管，送往 671 液氨倉庫，溶于液氨中的氣體在收集槽內(nèi) 23 由于減壓而放出，送往液氨倉庫轉(zhuǎn)送 8012 號，在氨分離器后設(shè)有吹出管線，以吹出氨合成過程中在循環(huán)氣中積累的惰性氣體（ CH4+Ar），氨合成系統(tǒng)根據(jù)情況，可以采用單循環(huán)氣及雙循環(huán)操作，所謂雙循環(huán)即：若干塔作為Ⅰ循環(huán)，其吹出氣為Ⅱ 循環(huán)塔的補(bǔ)充氣，Ⅱ循環(huán)塔的吹出氣由總管引到氨回收裝置，再次冷凝（冷卻 20℃）分離回收，其中氨量，經(jīng)氨回收后的氣體送入吹出氣總管，供 各用戶使用。 S 760mmHg 3 Tk(臨界 ) ℃ 4 汽化熱 Kal/kg 5 Pr(臨界 ) atm 20℃ 6 粘度 Kg （ 4） 應(yīng)選擇在河流的下游。 （ 4）灼傷的設(shè)備表面要妥善地加以保護(hù)。 （ 6）供應(yīng)科必須經(jīng)安全科審查方可領(lǐng)取。 液氨在 5℃時的焓為 H=（ ） Kcal/kg Q8= 17（ +） /=2573Kcal 管內(nèi)熱氣體帶出熱 Q7 T=23℃ P=310atm 組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi Pi CPi CPiYi 35 Q7= 23=130192Kcal 管內(nèi)液氨帶出熱 Q11 23℃時熱焓為 Q11= 17（ ） =3084Kcal 管外液氨帶出熱 Q810=2573Kcal 管外冷凝氣體帶出熱 Q1 總帶入熱∑ Q 入 =Q6+Q9+Q8+Q 10=241644＋ 26264＋ 2573＋ 33530=304011 Kcal 總帶出熱∑ Q 出 =Q1+Q7+Q 10+Q11=Q1+130192+2573+3084=Q1+135849Kcal 根據(jù)∑ Q 入 =∑ Q 出 Q1=∑ Q 入 135849=168162Kcal 求冷氣出口溫度 設(shè)冷氣出口溫度分別為 31℃， 33℃， 32℃ 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi Pi Cpi=31℃ Cpi=33℃ Cpi=32℃ Cpiyi=31℃ Cpiyi=33℃ Cpiyi=32℃ t1=Q5/MCP=168162 =℃ 設(shè) t1=31℃ t1=Q1/MCP=168162 =℃ 設(shè) t1=33℃ t1=Q1/MCP=168162 =℃ 設(shè) t1=32℃ 36 ∵當(dāng)假設(shè) t1=32℃時，計(jì)算的溫度為 ℃ =℃＜ ℃ ∴符合要求 冷凝塔熱量平衡總表 入方 Kcal 出方 Kcal 管內(nèi)熱氣體帶入熱 Q6 241644 管內(nèi)熱氣體帶出熱 Q7 130192 管外熱氣體帶入熱 Q9 26264 管內(nèi)液體帶出熱 3084 管內(nèi)液氨冷凝熱 Q8 33530 管外液氨帶出熱 Q 10 2573 管外液氨帶入熱 Q 10 2573 管外冷氣帶出熱 Q1 168162 小計(jì) 304011 304011 三、合成塔熱量計(jì)算 入塔氣體帶入熱 Q1=168162Kcal 氨反應(yīng)熱 Q2= Kcal/kgNH3 1000 kgNH3 =776600Kcal 出口氣體帶出熱 Q3 根據(jù)∑ Q 入 =∑ Q 出 Q1+Q2=Q3 Q3=168162＋ 776600=944762Kcal 求合成塔出口氣體溫度 設(shè) t=185℃ t=187℃ t=186℃ P=290atm 組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi Pi Cpit=185℃ Cpit=187℃ Cpit=186℃ 37 Cpiyit=185℃ Cpiyit=187℃ Cpiyit=186℃ t3= Q3 =℃ t=185℃ t3= Q3 =℃ t=187℃ t3= Q3 =℃ t=186℃ 計(jì)算溫度為 ℃ 假設(shè)溫度 186℃ ℃ 186℃ =℃＜ ∴符合要求 熱量平衡表 入方 Kcal 出方 Kcal 氣體帶入熱 168162 氣體帶出熱 944762 氨反應(yīng)熱 776600 小 計(jì) 944162 小計(jì) 944762 四、水冷器熱計(jì)算 氣體帶入熱量 Q3=944762Kcal 液氨冷凝熱 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》表 1011 當(dāng) t=33℃時 汽化潛熱為 Q5= 17 =141939Kcal 氣體帶出熱 Q4 t=33℃ P=285atm 組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi 38 Pi CPiYi CPi Q4= 液氨帶出熱 Q/5 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》表 1011 33℃時焓為 Q/5= 17 =19588Kcal 冷卻水帶走熱 Q13 Q13=Q3+Q5Q4Q5=944762+14193916498019588=902133Kcal 水冷器熱平衡表 入方 Kcal 出方 Kcal 氣體帶入熱 Q3 944762 氣體帶出熱 Q4164980 液氨冷凝熱 Q5 141939 液氨帶出熱 Q5 19588 冷卻水帶出熱 Q13 902133 小計(jì) 1086701 小計(jì)算 1086701 五、氨冷器熱量計(jì)算 氣體帶入熱 Q7，同冷凝塔熱氣帶出熱量相同 ∴ Q=30192Kcal 液氨帶入熱 Q/8，同冷凝塔熱氣中液氨帶出熱相同 ∴ Q/8=3084Kcal 氣體中氨冷器放出熱量 Q3 放 5℃查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》表 1011 39 汽化潛熱為 Q3 放 = 17 =102629Kcal 冷量損失（ Q7+Q/8+Q3 放 Q9Q15） 3%=6212Kcal 氣體帶出熱 Q9=26264 液氨帶出熱 Q15=2573Kcal 液氨所需熱 Q10=Q7+Q/8+Q3 放 Q9Q15+6212 =30192＋ 3084＋ 102629－ 26264－ 2573＋ 6212 =213280Kcal 氨冷器熱量平衡表 入方 Kcal 出方 Kcal 進(jìn)氣帶入熱 130192 氣體帶出熱 Q9 26264 液氨帶入熱 Q8 3084 液氨帶出熱 Q15 2573 氨冷凝放出熱 Q3放 102629 液氨所需熱 Q16 213280 冷量損失 6212 小