【正文】 故用近似算法，即仍采用此一組算式以計(jì)算真實(shí)熱容，而以 t ℃ 和 0℃ 的平均溫度下 (即 t?21 ℃ )算得的氣體真實(shí)熱容，作為 t ℃ 下的平均熱容。即合成塔進(jìn)口氣體溫升 (由進(jìn) 塔溫度升高至出塔溫度 )所吸收的熱量，在不計(jì)熱損失時(shí)，等于氨合成所放出的反應(yīng)熱量。 表 415 各組份的平均分子熱容 組 份 yi 分子分率 Cpi0 千 焦 / 千摩爾 .℃ yi Cpi0 千 焦 /千摩爾 .℃ Pci 大氣壓 Tci ? py cii 大氣壓 Tycii ? H2 +8 +8 N2 NH3 CH4 Ar 1??yi Cp0= Cypii 0? = PyP icicm ??= TyT ciicm ??= 算式 來源 別斯科夫 《手冊》附式（ 1516） 《手冊》第 737 頁 注： ① 別斯科夫原文中為 + ? 310? t ? 2610t? ,用此式算出的氨平均分子熱容的值，與同書中氣體的平均分子熱容表中所列氨的平均分子熱容值不相符。因此兩種方法的計(jì)算結(jié)果是有出入的。故出口氣體的組成和氣量均無變化，仍與出塔氣體相同 (按上式計(jì)算，冷 卻至 ℃ 時(shí)，出口氣體的飽和氨濃度為 11%，但氣氨開始冷凝時(shí)形成霧滴，不易分離出來。 表 41 精煉工段來的精煉氣組成 成份 H2 N2+Ar CH4 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米 3 % 100 將 Ar 從 N2 中分列出來， 由布拉夏克《固定氮工藝學(xué)合成氨》下冊， 371 頁。 主要工藝技術(shù)指標(biāo) 精煉氣成份按 表 31 計(jì)算 。 展望我國的合成氨工業(yè)，中小型裝置除繼續(xù)延續(xù)優(yōu)勝劣汰的趨勢外，在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，會繼續(xù)向規(guī)模化和節(jié)能降耗的方向邁進(jìn)。我國是一農(nóng)業(yè)大國，每年對化肥的需求位于世界第一，如何提高我國化肥的生產(chǎn)技術(shù)水平是我們化學(xué)工作者得任務(wù)之一。因此變換氣中 CO2 的脫除必須兼顧這兩方面的要求。 合成氨的原料是氫氣和氮?dú)?。蒸氣密?。 主要設(shè)備工藝計(jì)算 計(jì)算基準(zhǔn)：每小時(shí)氨產(chǎn)量 680Kg，結(jié)合 VSHXB 版設(shè)備復(fù)核進(jìn)行。其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。國防工業(yè)中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纖維等 .合成氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品 ,橡膠和涂層。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。 ③ 氣體精制過程 經(jīng) CO 變換和 CO2 脫除 后的原料氣中尚含有少量殘余的 CO 和 CO2。目前合成氨總生產(chǎn)能力為 4 500 萬 t/ a 左右，氮肥工 業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需要。 未來我國的合成氨工業(yè)發(fā)展方向： 。 PrRe (311) 雷諾準(zhǔn)數(shù) Re=?Gdi (312) 管外給熱系數(shù)0 40 dL?? (313) 傳熱系數(shù)mRdaddadKnnmiim ?????? 1 (314) 平均溫度差 mt? =2121 tttt????? (315) 傳熱面積mtKQA ?? (316) 由《手冊》式 (12413)，當(dāng) Re 大于 6000 時(shí)，螺 旋板換熱器給熱系數(shù)的算式為 PrRe )( nHeDdNu ?? (317) 以上公式均來自《氮?dú)夤ぷ髡呤謨浴贰? 本工段計(jì)算中全部采用絕壓，為簡便計(jì)，下文中壓力單位后面的 “絕壓 ”兩字，均略去不再寫。yA二 1. lyA = X = 令：出口氣體中氣氨體積為 y 標(biāo)準(zhǔn)米 3 于是 yy ?? )0 6 0 12 4 4 6 4(= ∴ y ＝ 0 7 6 5 8 6 30 7 6 5 ? ? ＝ 標(biāo)準(zhǔn)米 3 冷交換器中冷凝出來的氨量 =－ = 標(biāo)準(zhǔn) 3? ? = 千克 冷交換器 出口熱氣體組成 見表 48。 采用分壓疊加法時(shí)，由真實(shí)分 子熱容換算為平均分子熱容有兩種方法 : (1) 以某一設(shè)備進(jìn)、出口溫度的平均溫度下的真實(shí)分子熱容，作為進(jìn)口至出口溫度范圍內(nèi)的平均分子熱容 。 Cp0 —常壓下，混合氣體的平均分子熱容， 千 焦 /千摩爾 .℃ 。 各純組份氣體高壓下真實(shí)分子熱容，采用 南京化工研究院、上?；W(xué)院《合成氨原料 26 氣的恒壓（真實(shí)）比熱》算式： H2 pH 233 7 8 ?? ????? N2 ppNN 22 6263 ????????? ??? ? NH3 TpppT NHNHNH 333 32323 1016 ??? ????????? CH4 pTT CHT4339263 ???? ???????? Ar ppTArAr TT 6293 ??? ??????? 平均分子熱容 列表計(jì)算如 表 420（ T=,P= 大氣壓） 。 表 423 一級氨冷器進(jìn)口 氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合 計(jì) % 100 液氨冷凝量 千克 （ 1） 入熱 ① 氣體帶入熱 Q1 （同冷交換器出口熱氣體帶出熱） 30 Q1= 千焦 ② 液氨帶入熱 Q2 （同冷換器液氨帶出熱） Q2=12873 千 焦 ③ 氨 冷凝熱 Q3 由《手冊》表 1011，查得 7℃ 下氨液化熱 = 千卡 /千克 = 千焦 /千克 Q3=? = 千 焦 （ 2） 出熱 ① 氣體帶出熱 Q4 有氣氨冷凝，采用壓力校正法，算得當(dāng) t =7℃ ， ??? 280 ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容 Cp= 千 焦 /千摩爾 .℃ Q4= 75 3 6 5 1 4 1 ?? =53886 千 焦 ② 液氨帶出熱 Q5 （包括從冷交換器帶入的液氨及在一級氨冷器中凝出的液氨）由第174 頁表用內(nèi)插法求得 7℃ 下液氨焓 = 千 焦 /千克 Q5=? ? 7 9 5 ??? 千焦 ③ 液氨蒸發(fā)所移走的熱量 Q6 Q6 =（ Q1 +Q2 +Q3 ） —（ Q4 +Q5 ） =（ +12873+） —（ 53886+7959） =214914 千 焦 （ 3） 耗冷量 一級氨冷器的熱量被管外的液氨蒸發(fā)為氣氨吸熱而移走，氣氨送至冷凍工段氨壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮、冷凝為液氨而循環(huán)使用。 （ 4） 用每 1%氨凈值溫升進(jìn)行校核 每 1%氨凈值溫升 = 1 0 00 8 2 51 0 0 ????? ?y a t℃ 每 1%氨凈值溫升的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為 14～ 15℃ ，故可用?！? ? ? 1 5 1 3 4 0 3 1 5 1 0 1 32 ??????Q千 焦 ③ 氨的冷凝熱 Q3 設(shè)：熱氣體出口溫度為 ℃ ，熱氣體先冷卻到 ℃ 后，氣氨再冷凝出來。 循環(huán)機(jī)進(jìn)口 氣體溫度為 T入 =35+273=308? ∴ T出 =308? ???????181201 =317? ≈44℃ 循環(huán)機(jī)出口氣溫度為 44℃ 。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 考慮過飽和度數(shù) 10%, 則 39。 表 44 放空氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 標(biāo)準(zhǔn)米 3 （ 3） 氨產(chǎn)量 V4 由氣量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 ＋ V0 ① 由于氨合成時(shí)體積減小 V3 ＝ V2 －（ V4 ＋ 11％ V1 ） ② 式中 V0 一補(bǔ)充新鮮氫氮?dú)怏w積，標(biāo)準(zhǔn)米 3。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。 設(shè)計(jì)任務(wù)書及本設(shè)計(jì)主要工藝技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)任務(wù)書 以精煉工段來的精煉氣為原料，對 3000 噸合成氨合成系統(tǒng)工藝和設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。我國合成氨日產(chǎn) 2kt 大型系列應(yīng)走老廠改擴(kuò)道路，在現(xiàn)有日產(chǎn) 1kt 合成氨裝置上采用在二段轉(zhuǎn)化爐加氧，使可生產(chǎn)合成氣生產(chǎn)能力加翻，達(dá)日產(chǎn) 2kt 再進(jìn)行氨合成配置套和將氨加工成尿素，采用高壓變換氣氣提法在生產(chǎn)尿素的同時(shí)代替脫除 CO2 裝置，以平衡增產(chǎn)氨的加工產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物 (CO+CO2)含量脫除到 10cm3/m3 以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性氣體 CH4 的含量。因此， CO 變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù) ，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。 19 世紀(jì)末，在熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和催化劑 等領(lǐng)域取得進(jìn)展后，對合成氨反應(yīng)的研究有了新的進(jìn)展。分子量 。主要設(shè)備計(jì)算部分是合成塔與冷交換器的外筒強(qiáng)度計(jì)算，里面包括筒身強(qiáng)度計(jì)算、主要螺栓強(qiáng)度計(jì)算、大頂蓋強(qiáng)度計(jì)算、電熱器蓋及其螺栓強(qiáng)度計(jì)算。 本設(shè)計(jì)工藝計(jì)算部分是對合成塔、水冷器、冷交換器、一級氨冷器、二級氨冷器的物料和熱量衡算。分子式 NH3。 1784 年，有學(xué)者證明氨是由氮和氫組成的 [2]。第一步是高溫變換，使大部分 CO 轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2 和 H2；第二步是低溫變換，將 CO 含量降至 %左右。甲烷化法是在催化劑存在下使少 量 CO、 CO2 與 H2 反應(yīng)生成 CH4 和 H2O 的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量 (體積分?jǐn)?shù) )一般應(yīng)小于 %。新建單系列投資比雙系列可降低 20%。氨合成的原料為碳化煤球，由于本設(shè)計(jì)書是對合成氨的合成系統(tǒng)的工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)，其原料為由 精煉工段來的精煉氣 。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)。 放空氣量為： V1 = 1 9 2 9 )0 0 2 9 . 0 1 4 2 01 0 0 0 ??（ = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 所以放空氣組成如 表 44。 表 410 二級氨冷器 進(jìn)口氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 (2) 出口 設(shè) :二級氨冷器出口溫度為－ ℃ , T=, P = 大氣壓。 表 413 循環(huán)機(jī)出口所組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) yi 由《手冊》式（ 7111） 11?K =??1Kyi i ∴ 11?K = ? + ? + ? + ? + ? = ∴ ? = (2) 循環(huán)機(jī)出口氣溫度 T出 由《手冊》式（ 7110） T出 =T入 ???????? ?入出PP KK 1 已知：循環(huán)機(jī)進(jìn)、出口壓力為 P入 = 大氣壓 ； P出 = 大氣壓。 Ⅱ 、 Q1 Q1= 2 0 3 6 8 3 9 4443 2 2 4 6 4 ??? 千焦 ② 管外，進(jìn)口冷氣體帶入熱 Q2