【正文】 4 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)=﹪= m３CH4 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(jìn)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(jì)算:L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=+= m３ CH4 L(21CH4)= + = m３ 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(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充氣補(bǔ)V補(bǔ)， 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 。表1011 氨熱力學(xué)性質(zhì)）INH3=Q冷=L417INH3=17=(4) 新鮮氣帶入熱量Q1t1=10℃,P=,查壓力下各組分氣體比熱容:表421 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4Ar氣體含量 各組分分壓CpCp1=+++ =(Kmol℃)新鮮氣帶入熱量 Q1=V1Cp1t1=10 =氨冷器收入總熱量 Q=Q3+Q3L+Q冷+Q1 =+++ =（5）氨冷器入口混合氣溫度t4計(jì)算由熱平衡 Q4=冷=V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t4=Q4/V4/(Cp4+Cp4L17/)=(Cp4+)設(shè)t4=24℃，P= 查常壓下各組分氣體比熱容:表422 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓Cp’Cp4=++++=(Kmol℃)查t=℃時(shí) Cp4L=(Kmol℃)代入 t4=(33171+)= 與假設(shè)一致混合后氨冷器入口熱氣溫度24℃（6）氣體帶出熱量Q2 由冷交換器熱量計(jì)算Q2=（7）氣體中液氨帶出熱量Q2L由冷交換器熱量計(jì)算Q2L=（8）液氨蒸發(fā)吸收熱量Q吸 （冷凍量）由熱平衡計(jì)算 Q吸=Q入(Q2+Q2L)=++= KJ/tNH3查25℃液氨焓INH3L=（由液氨儲(chǔ)槽來）15℃蒸發(fā)蒸氣INH3=ΔINH3=INH3INH3L==（9） 冷凍量計(jì)算 W=Q吸/ΔINH3=表423 氨冷器進(jìn)出熱量匯總表進(jìn)出氣體帶入Q2氣體帶出Q2液氨帶入Q2L液氨帶出Q2L氣體中氨冷凝Q冷冷凍量Q吸新鮮氣體帶入Q1總Q入總Q出 循環(huán)機(jī)熱量計(jì)算（1） 循環(huán)機(jī)出口氣體溫度計(jì)算 由《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》附表111 查得循環(huán)氣體中各組分的絕熱指數(shù)如下：表424 各組分的絕熱指數(shù)NH3CH4ArH2N2K1根據(jù)公式 =()+()+()+() =+++++K= T入=30+273=303 KP出= P入=28MPa代入得 ==℃℃（2） 氣體帶入熱量由前計(jì)算 Q5=（3） 壓縮功 P1=28MPa P2= K= Z2= Z1=V1=V0P0T/(P1T0)=(173+39)/273=將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功計(jì)算工式中得：N=壓縮熱 QN=3600N=3600=(4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得：Q4=Q3+QN=+=625664KJ/tNH3Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/V4/t4=625664(Kmol℃)由t4=39℃ P=，查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得：表425 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=++++=(Kmol℃)表426 循環(huán)機(jī)進(jìn)出熱量會(huì)在匯總?cè)氤鰵怏w帶入熱量氣體帶出熱量625664壓縮熱總Q入625664總Q出625664 合成塔熱量計(jì)算 （1） 環(huán)隙溫升t2計(jì)算（2） 設(shè)合成塔環(huán)隙高度高度h=，由經(jīng)驗(yàn)公式知，℃計(jì)，則合成塔一出溫度t2為, t2=t1+=39+14= ℃（3） 氣體帶入熱量Q1由前計(jì)算Q4=（忽略熱損失）。在壓力P=29。 V補(bǔ)= m３。(0NH3)=100﹪=﹪ 入口液體中甲烷含量 m180。水冷器熱交換器合成塔廢熱鍋爐放空油分離器循環(huán)機(jī)冷交換器氨分離器新鮮氣弛放液氨儲(chǔ)槽氨冷器 圖31 工藝流程圖4 工藝計(jì)算 原始條件（1）年產(chǎn)量80kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按310天計(jì)，則產(chǎn)量為：（2）新鮮補(bǔ)充氣組成表41 新鮮補(bǔ)充氣組成組分H2N2CH4Ar 總計(jì)含量（%） 24100（3）合成塔入口中氨含量：NH3入=%（4）合成塔出口中氨含量：NH3出=%（5）合成塔入口惰性氣體含量：CH4 +Ar=17%（6）合成塔操作壓力：32Mpa（7）精練氣溫度：35℃？？？？？？？ 物料衡算 合成塔物料衡算 （1）合成塔入口氣組分： 入塔氨含量: y5NH3=％。除盡可能提高熱回收率,多產(chǎn)蒸汽外, 應(yīng)考慮提高回收熱的位能, 即提高回收蒸汽的壓力及過熱度。用副產(chǎn)蒸汽及預(yù)熱高壓鍋爐給水方式回收反應(yīng)熱時(shí)，～。(2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來，得到氫、氮?dú)?，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。分離氨后剩余的氫氮?dú)猓秊榻档颓樾詺怏w含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進(jìn)行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。(3)氨的分離 進(jìn)入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來。(1)氣體的壓縮和除油 為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機(jī)。合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)，概括起來有如下幾方面[7]：(1)工藝流程長、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過程有高度的連續(xù)性；(3)各工序生產(chǎn)操作相互影響；(4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進(jìn)行的。 合成氨廢水合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來源。中毒嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起肺部腫脹導(dǎo)致死亡。以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對硫含量限制十分嚴(yán)格，(重量)以下。當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。從動(dòng)力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。(1)高壓法操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。我國七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30 多套大化肥裝置,耗費(fèi)巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時(shí),也受到國外的制約。即今后20 倍。此外，氨還是常用的冷凍劑。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。 4. 進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)備平立面布置圖。(2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的有效途徑。 同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析, 未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變, 其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期, 改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo), 進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)[1]。提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,延長運(yùn)行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的必要保證。、用途及市場需要 (1) 氨的物化性能合成氨的化學(xué)名稱為氨，%。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門[4]。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。當(dāng)今走老廠改造擴(kuò)建的道路,可使投資節(jié)省1/2—2/3。但因?yàn)楹铣尚矢?，放出的熱量多，催化劑溫度高，易過熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。因此，本次設(shè)計(jì)選用32MPa壓力的合成氨流程。氮?dú)鈦碓从诳諝?，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過程中直接加入空氣來解決。惰性氣體的存在，無論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)上考慮均屬有弊。為過分降低冷凝溫度而過多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)上也并不可取。 氨氣和液氨氨氣是一種具有強(qiáng)烈刺激臭味的無色氣體, 易被液化成藍(lán)色液體。合成氨生產(chǎn)中合成工段經(jīng)常接觸的液體毒物有液氨、氨水等。要減少廢水和工藝?yán)淠褐械腃OD的排放，可改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使廢水排放減少，建設(shè)特生化處理裝置，進(jìn)行廢水處理，使廢水中的COD含量達(dá)到國家控制標(biāo)準(zhǔn)[6]。但是，只要我們能充分認(rèn)識這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。除油的方法是壓縮機(jī)每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。以水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器中進(jìn)行的。循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差約為20～30大氣壓，它表示了整個(gè)合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。(6)反應(yīng)熱的回收利用氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須回收利用這部分反應(yīng)熱。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時(shí)得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中型氮廠應(yīng)用較多。氨合成壓力高對合成反應(yīng)有利, 但能耗高。3 生產(chǎn)流程簡述氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進(jìn)入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進(jìn)入氣氣換熱器冷氣入口，通過管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù)。(0H2)= 100﹪=% 入口液體中氮?dú)夂? m180。 即V8=V9=V10= m3 進(jìn)器物料：水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10入= m3 出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計(jì)算得氣液比(V/L)=,有如下方程:V11出/L11出=(V/L)= ┉┉┉┉┉┉①V11出+L11出=L10入= ┉┉┉┉┉┉② 將 V11出=②得: L11出= m3 V11出= m3 出口氣體組分由V11i=V11出y11i得: 其中， NH3 V11NH3=%=CH4 V11CH4=% =Ar V11Ar= % =H2 V11H2=% =N2 V11N2=% = 出口液體各組分由L11i=V8iV11i 其中， NH3 L11NH3= =CH4 L11CH4= =Ar L11Ar= =H2 L11H2= =N2 L11N2= = 進(jìn)器物料：氨分離器進(jìn)器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料 即　V11=V11出+L11出= + = m3 出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進(jìn)行分離，分別得到氣體和液體出器氣體V12＝V11出＝ m3，出器液體L15＝L11出＝ m3 氨分離器出口氣體放空V13= m3 其中， NH3 V13NH3=% =CH4 V13CH4=% =Ar V13Ar= % =H2 V13H2=% =N2 V13N2=% = 進(jìn)器物料：進(jìn)器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量V14=V12V13= = m3 其中， NH3 V14NH3= % = m3CH4 V14CH4= % = m3Ar V14Ar= %= m3H2 V14H2= % = m3N2 V14N2= % = m3 出器物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17℃ 查 t=17℃,P= NH3=﹪，計(jì)算熱氣出口冷凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣