【正文】 l.℃)據(jù)Cpk,n平代入數(shù)據(jù)解得冷激氣量：冷激后氨含量： （3）第三段絕熱層溫度分布計算（n=3），首先假定催化劑層溫度tk,0=487℃設(shè)出第一段氣體溫度 tk,1=℃：第一段平均溫度t平k,1由t平k,1， 查C平pk,1 由聯(lián)立方程式 (1/rNH3)平n：令氣體第一段焓升（反應(yīng)熱⊿I3C平pk,1 ∴C平pk,1 ： 由公式 由公式 上式， ∴實際出口氨含量：式中 ,1(反算tk,1) 由A109催化劑活性曲線查(1/rNH3)2，(1/rNH3)3當, 時 當, 時 (1/rNH3)平1 (1/rNH3)平1 與假定第三段常數(shù)A1相符，故假定溫度求tk,3=487℃正確本段單位長度反應(yīng)熱 第三段催化劑用量 各段計算結(jié)果如下表123進口溫度tk,n1,℃412出口溫度tk,n,℃447487進口氨含量yNH3,n1,％出口氨含量yNH3,n,％氨產(chǎn)量⊿M3n,Kmol/h催化劑單位反應(yīng)熱，kJ/()（1）選臥式U型換熱管。將，代入上式解得：∴；∴ 代入(3)得：；；。進口氨含量還與合成操作壓力和冷凝溫度有關(guān)。在實際生產(chǎn)中，~。但空間速度增大，將使系統(tǒng)阻力增加，壓縮循環(huán)氣功耗增加，分離氨所需的冷凍量也增大，因此冷凍功耗增加。實際生產(chǎn)中還要考慮反應(yīng)速率的要求。本設(shè)計采用中壓法，操作壓力為32MPa。 合成氨的生產(chǎn)主要包括三個步驟 ：第一步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；第二步是凈化，不論選擇什么原料，用什么方法造氣，都必須對原料氣進行凈化處理，以除去氫、氮以外的雜質(zhì)；第三步是壓縮和合成，將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下合成為氨。二是企業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)集中度低，技術(shù)水平不高。下吹煤氣直接經(jīng)洗氣箱及洗氣塔送入氣柜。這種生成的混合氣稱為煤氣。例如制冷、空調(diào)、食品冷藏系統(tǒng)大多數(shù)都是用氨作為制冷劑。編寫本設(shè)計總的指導(dǎo)思想是：理論聯(lián)系實際、簡明易懂、經(jīng)濟實用。73第一章 文獻綜述氨是一種重要的含氮化合物。氨在水中的溶解度隨壓力增大而降低?？諝饷簹猓阂钥諝鉃槠瘎┲迫〉拿簹猓址Q為吹風(fēng)氣。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，也是一些工業(yè)部門的重要原料，它的迅速發(fā)展促進了一系列科學(xué)技術(shù)和化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用必將日益顯著。煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價后,從煤制氨路線重新受到重視,但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預(yù)計到20世紀末,世界大多數(shù)合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。采用活性強的亞鐵氰化物作催化劑，但它對毒物很敏感，所以對氣體中的雜質(zhì)（CO、CO2）要求十分嚴格。⑴ 最適宜的操作壓力 氨合成反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，提高壓力有利于反應(yīng)平衡向右移動。合成氨生產(chǎn)所用的催化劑活性溫度在400~500℃。此外，空間速度增大，使出塔氣體中氨的百分含量降低，為了使氨從混合氣中冷凝分離出來，必須降低出塔氣體溫度，這樣就要消耗更多的冷凍量，導(dǎo)致冷凍功耗增加。無論從化學(xué)平衡還是動力學(xué)角度分析，他們都是有弊無利的，導(dǎo)致氨的生產(chǎn)率下降。對于壓力在15MPa的合成氨廠，%左右。（3）熱氣體帶入熱量，熱氣體在器內(nèi)處于氨飽和區(qū)，計算氣體比熱容時先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的方法計算實際的氣體比熱容：查,時的各組分比熱容并計算： 查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表111各組分臨界參數(shù)如下表 各組分臨界參數(shù)組分H2N2CH4ArNH3Ｔc(K)Pc(atm)[9] 查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表1519 [9]熱氣體帶入熱量：(4) 冷氣體帶入熱量：查,時各組分比熱容并計算得： ， 查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表1519 熱氣體帶入熱量：(5) 氨冷凝熱：設(shè)熱氣出口溫度17℃，熱氣體在器內(nèi)由35℃冷卻到17℃然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱液氨冷凝放出熱量，(6) 液氨帶入熱量：查10℃時液氨比熱容液氨帶入熱量(7) 熱氣體帶出熱量：查t14=17℃,P=： 查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表1519 熱氣體帶入熱量：(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查17℃時液氨比熱容液氨帶入熱量(9) 冷氣體帶入熱量：(10) 冷氣體帶出熱量： ， 設(shè), 時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表1519 冷交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內(nèi)熱氣體帶入熱量Ｑ14管內(nèi)熱氣體帶出熱量Ｑ17管外冷氣體帶入熱量Ｑ2管內(nèi)液氨帶出熱量Ｑ17L管內(nèi)液氨冷凝熱 Ｑ冷管外液氨帶出熱量Ｑ16管外液氨散熱?。?L管外冷氣帶出熱量Ｑ3小 計 小 計 (11) 冷交換器熱量負荷計算：△Ｑ放＝（管內(nèi)熱氣體帶入熱量+管內(nèi)液氨冷凝熱）（管內(nèi)熱氣體帶出熱量+管內(nèi)液氨帶出熱量）（1）氣體帶入熱量 Q17 由冷交換器熱量計算得 （2）氣體中液氨帶入熱量 Q17L 由冷交換器熱量計算得 （3）氨冷器中氣氨冷凝熱查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》在10℃, （4）新鮮氣帶入熱量Qi, 查壓力下各組分氣體比熱容然后用疊加的方法計算得實際氣體混合熱容。(2) 混合氣體平均分子量 (3) 氣體熱容 查《小氮肥廠工業(yè)設(shè)計手冊》附圖151到158氣體比熱容?！?管外給熱系數(shù) kJ/(h　　2．硫化氫　　硫化氫是強烈的神經(jīng)毒物，對黏膜有強烈刺激作用。　　2．防止物理爆炸　　關(guān)鍵是保證設(shè)備、管線(尤其是彎管、彎頭)、接頭的機械強度和密封，一定要定期檢驗和檢修。還要注意操作時要嚴格按照操作手冊和相關(guān)安全規(guī)章來操作，而且儀表和閥門也要按時檢修。由于工藝氣主含HN2及CO、C02等氣體成分，在高溫及一定壓力下可生成微量NH3和CH3OH并隨低變冷凝液帶出系統(tǒng)，冷凝液中含有NH3約4001000mg/L、CH30H約lO15mg/L，直接排放將對江河造成污染。固體廢棄物可全部得以妥善處置，對外環(huán)境不產(chǎn)生影響。廢氣主要是三廢混燃爐煙氣，采用靜電除塵、濕法脫硫后高空排放。2．尿素稀碳氨液目前全國大部分中小型尿素生產(chǎn)企業(yè)（占90%左右）均采用水溶液全循環(huán)法工藝生產(chǎn)尿素產(chǎn)品。催化劑的裝卸問題 ：在更換和過篩催化劑時，若采用敞開式作業(yè)即使配置通風(fēng)除塵設(shè)施，也難以完全消除催化劑粉塵的危害。為防止氧氣竄入氮氣系統(tǒng)發(fā)生爆炸，亦應(yīng)裝設(shè)可靠的止逆裝置。一氧化碳、硫化氫的中毒頻度和嚴重度則都是化工生產(chǎn)中最高的?！?管內(nèi)給熱系數(shù) kJ/(hNH3,1， y186。取過飽和度10﹪故 設(shè)熱氣出口氨體積為a，則： 冷交換器熱氣出口氣量及組分：其中，NH3 （標）CH4 Ar H2 N2 出口總氣量出口氣體各組分：NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料其中，CH4 Ar H2 N2 進器氣體組分含量：其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量　NH3 CH4 Ar H2 N2 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量進器總物料出器物料：已知出器氣體中氨含量為 ％，設(shè)出器氣體中氨含量為b m3 解得則氨冷器中冷凝液氨量：氨冷器出口總液氨量：氨冷器出口氣量：其中，NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量 NH3 CH4 Ar H2 N2 出器總物料進口物料：冷交換器進口總物料等于氨冷器出口總物料其中氣體入口；液體入口由氣液平衡計算得，以1Kmol進口物料為計算基準：即F=1 （1） （2）將，代入上式： （3）（3）式中mNH3可由物料平衡和氨平衡計算 （4） （5） （6）式中 ———冷交換器入口總物料；———冷交換器熱氣出口總物料；———冷交換器入口總氨物料。但將進口氨含量降的過低，會導(dǎo)致冷凍功耗增加過多，經(jīng)濟上并不可取。從氨的合成反應(yīng)動力學(xué)機理可知，氮的活性吸附是合成氨反應(yīng)過程速度的控制步驟，因此適當提高氮氣濃度，對氨合成反應(yīng)速度有利。在其他條件一定時，增加空間速度能提高合成氨的生產(chǎn)強度。因此從化學(xué)平衡角度考慮，應(yīng)盡可能采用較低的反應(yīng)溫度。世界上合成氨總的發(fā)展趨勢多采用中壓法，其壓力范圍多數(shù)為30～35MPa。⑷ 混合氣中氫、氮含量越高越有利于反應(yīng)，因此，氣體中惰性氣體含量越少越好。同時，對于有廉價天然氣資源的地區(qū)，鼓勵采用天然氣改造現(xiàn)有裝置或建設(shè)天然氣化肥基地。在下吹階段中，水蒸氣與空氣混合，經(jīng)燃燒室回收蓄熱磚的熱量后，從煤氣發(fā)生爐頂部吹入（空氣較水蒸氣略遲通入），從爐底排出半水煤氣。在氣化過程中所使用的空氣、水蒸氣或富養(yǎng)空氣水蒸氣混合氣等稱為汽化劑。在石油煉制、橡膠工業(yè)、冶金工業(yè)和機械加工等部門以及輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)部門中，氨及其加工產(chǎn)品都是不可缺少的。在全面介紹化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識上，重點闡述工藝流程設(shè)計、物料和能量衡算及設(shè)備計算等內(nèi)容，并結(jié)合工藝計算、工程經(jīng)濟，力求體現(xiàn)當今化工設(shè)計的水平。氮是蛋白質(zhì)質(zhì)中不可缺少的部分，是人類和一切生物所必須的養(yǎng)料；可以說沒有氮，就沒有蛋白質(zhì)，沒有蛋白質(zhì)，就沒有生命。氨水在溶解時放出大量熱。水煤氣：以水蒸氣（或水蒸氣與氧的混合氣）為汽化劑制取的煤氣。 合成氨工業(yè)在20世紀初期形成，開始用氨作火炸藥工業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭服務(wù)。②節(jié)能和降耗。也可用磁鐵礦作催化劑，操作溫度450～550℃。壓力增加平衡常數(shù)增大，因而平衡氨含量也增大。反應(yīng)溫度不能低于活性溫度，在活性溫度范圍內(nèi)選用較低溫度，也有利于延長催化劑的使用壽命。綜合以上各方面的考慮，空間速度的增加是有限度的。 惰性氣體來源于新鮮氣，隨著合成反應(yīng)的進行，它們不參與反應(yīng)而在系統(tǒng)中積累，這樣合成系統(tǒng)中惰性氣體越來越多，為了提高氨的合成率，必須不斷在循環(huán)氣中將它們排放出去。第三章 工藝流程簡述由高壓機送來的新鮮氣與冷凝塔一次出口循環(huán)氣混合送入氨冷器，在氨冷器內(nèi)，氣體過管內(nèi)，液氨過管外，由于液氨的蒸氣吸取熱量，氣體被進一步冷卻，并使氣體中部分氣氨冷凝管外蒸氣的氣氨經(jīng)沫除器分離掉液氨后，去氨氣柜或硝銨車間。氨冷器收入總熱量+Q冷（5）氨冷器入口混合物溫度t18計算由熱平衡設(shè), 時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表1519 查20℃時《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附圖411液氨的比熱容與假設(shè)一致。 氣體比熱容NH3CH4ArH2N2Pi MPaCpi KJ/Kmol.℃(4) 氣體導(dǎo)熱系數(shù)λ 高溫下含氮混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，用氮的對比導(dǎo)熱系數(shù)圖進行計算。m2它的全身毒作用是由于其抑制細胞色素氧化酶，阻斷生物氧化過程，造成組織缺氧(內(nèi)窒息)所致。嚴禁帶病運轉(zhuǎn)。第八章 環(huán)境保護與治理建議生產(chǎn)合成氨及其加工產(chǎn)品碳酸氫銨或尿素的中小型氮肥企業(yè)長期以來由于受重生產(chǎn)、輕環(huán)保思想的影響，往往在新建設(shè)項目時，環(huán)保投資和治理技術(shù)不落實、資金來源不暢，影響了對污染源的治理，以至形成環(huán)保設(shè)施滯后建設(shè)及不配套現(xiàn)象，大量含氨氮廢水直接排河流。、堿廢液 合成氨生產(chǎn)中公用工程化水站脫鹽水處理裝置基本上均采用淺除脫鹽水技術(shù)。目前大部分廠均采用該項技術(shù)，避免了由于稀氨水無銷路，排入環(huán)境，造成環(huán)境污染。這些稀氨水的一部分可用于吸氨崗位制取濃氨水或銷售商品氨水，另一部分過剩的稀氨水只能排放掉，從而對環(huán)境產(chǎn)生NH3N污染。嚴格煤的管理，對進廠煤及入爐煤進行嚴格的煤質(zhì)化驗分析。　　用重油造氣時，若氧壓機停車則氧氣管道壓力下降，高溫煤氣會倒竄入氧氣管道引發(fā)爆炸，所以氧氣管道要裝設(shè)壓力報警器、止逆閥和自動加氧裝置。　　中毒