【正文】 化作用下，到處流失，對(duì)土壤造成很大的污染。我們所遇到的關(guān)于物料能量及設(shè)備的計(jì)算也僅限于書(shū)上的例題和考試資料，它們都是簡(jiǎn)化了的或者局部的計(jì)算，而這次的課程設(shè)計(jì)讓我接觸到完整的物料和能量計(jì)算以及合成塔設(shè)備的計(jì)算。國(guó)內(nèi)主要有七種方法來(lái)解決：①?gòu)U液提取單細(xì)胞蛋白；②廢液生產(chǎn)飼料酵母；③厭氧好氧二段生物處理；④廢液制造有機(jī)肥料；⑤廢液制造殺菌劑和植物生長(zhǎng)劑；⑥深井曝氣、生物轉(zhuǎn)盤(pán)及氧化塘法；⑦加強(qiáng)企業(yè)管理，改進(jìn)工藝，提高水循環(huán)的利用率。懸浮物中的有機(jī)物還會(huì)腐敗分解，發(fā)出難聞的氣味，使水體出現(xiàn)渾濁，發(fā)黑發(fā)臭，成為蚊蠅孳生的產(chǎn)所，危害水質(zhì)和周?chē)h(huán)境。慢性危害是大氣污染物在直接或間接的長(zhǎng)期作用下對(duì)人體健康造成的危害。 本設(shè)計(jì)的車(chē)間的平面布置要根據(jù)工廠的生產(chǎn)大綱和車(chē)間分工表、生產(chǎn)流程、工藝路線、生產(chǎn)組織形式、機(jī)器設(shè)備和起重運(yùn)輸設(shè)備的種類、型號(hào)、數(shù)量等多方面因素共同確定?；旌虾蟀蠢錃馊肟跓釟鉁囟?（6）氣體帶出熱量 和 由冷交換器熱量計(jì)算 （7）氣體中液氨帶出熱量 （8）液氨蒸發(fā)吸熱 （9）需冷凍量 查液氨，液氨，所以： ， 表422 氨冷器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）氣體帶入熱量氣體帶出熱量液氨帶入熱量液氨帶出熱量氣體中氨冷凝熱冷凍量新鮮氣帶入熱小 計(jì)小 計(jì)：（1）由《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》表111查的絕熱指數(shù)如下表：表423 絕熱指數(shù)表組分H2N2ArCH4NH3Ki.由公式 ∴ 由前已知 代入上式得：（2）氣體帶入熱量 （3）壓縮功 又 式中 將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功的計(jì)算式得： 壓縮功 (4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得： ∵ 由 查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖1519比熱容壓力校正圖，誤差 則計(jì)算正確。查 , 的平衡常數(shù)：表418 平衡常數(shù)表27517580冷交換器出口液體組分含量：出口液體氨含量 出口液體甲烷含量 出口液體氬含量 出口液體氫含量 出口液體氮含量 表419 冷交換器出口液體組分含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100：圖412 液氨貯槽氣液平衡圖L19L16L15V20L21由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣。% 。 惰性氣體來(lái)源于新鮮氣，隨著合成反應(yīng)的進(jìn)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(lái)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。 綜合以上各方面的考慮，空間速度的增加是有限度的。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(zhǎng)催化劑的使用壽命。(1) 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(dòng)。采用活性強(qiáng)的亞鐵氰化物作催化劑，但它對(duì)毒物很敏感，所以對(duì)氣體中的雜質(zhì)（CO、CO2）要求十分嚴(yán)格。②節(jié)能和降耗。本設(shè)計(jì)采用半水煤氣，半水煤氣經(jīng)過(guò)凈化后得到純凈的氫氣，再配制適量的氮?dú)猓蔀楹铣砂钡脑蠚?，其中含有氮?dú)?、氫氣、以及惰性氣體甲烷和氬。液氨為無(wú)色液體，氣化時(shí)吸收大量的熱。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氫合成為氨，再進(jìn)一步制成化學(xué)肥料或用于其它工業(yè)。由氨制成的硝酸，是各種炸藥和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各種炸藥。 原料氣來(lái)源原料氣主要有兩部分：氮?dú)?、氫氣。目前，?guó)內(nèi)合成氨年生產(chǎn)能力30萬(wàn)噸以上的大型企業(yè)有26家，合成氨年生產(chǎn)能力10萬(wàn)噸以上的中型企業(yè)有100多家，其他還有800多家小氮肥廠也生產(chǎn)約占總量60%的合成氨。其產(chǎn)品集中度達(dá)到50%，并形成35家在國(guó)際上有一定影響的大型企業(yè)集團(tuán)。由于壓力高，一般用水冷的方法氣體中的氨就能得到完全的分離，而不需要氨冷。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加，合成氨凈值增高，單位氨所需要的循環(huán)氣量減少，因而循環(huán)氣壓縮功減少，同時(shí)壓力高也有利于氨的分離，在較高氣溫下，氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。新的催化劑因活性比較高，可采用較低的溫度。本設(shè)計(jì)采用冷凝法。相反，則要控制低一些。然后氣體分兩股進(jìn)入合成塔，一股主線經(jīng)主閥由塔頂進(jìn)入塔內(nèi)環(huán)隙，另一股副線經(jīng)副閥從倒塔底進(jìn)入塔內(nèi)中心管，以調(diào)節(jié)催化劑床層溫度。 。（5）熱交換器熱負(fù)荷表427 熱交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）冷氣帶入熱量 Q6冷氣帶入熱量 Q7熱氣帶入熱量 Q9熱氣帶出熱量 Q10小 計(jì)小 計(jì)：由題意知水冷器出口溫度 ，設(shè)氣體先冷卻至35℃后氨再冷凝（1）熱氣帶入熱量 Q10 由熱交換器熱平衡計(jì)算 （2）氨冷凝熱 查 《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》 1011得：氨冷凝熱。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)污染的治理越來(lái)越引起人勻的廣泛注意。(3)物質(zhì)材料破壞 廢氣中的二氧化硫、氮氧化物、各種有機(jī)物等不僅直接腐蝕建筑物、橋梁和機(jī)械設(shè)備，而且衍生的二次污染物光化學(xué)氧化劑、酸雨等污染物能對(duì)這些物質(zhì)材料產(chǎn)生更大的破壞作用。放射性廢渣進(jìn)入土壤后，通過(guò)雨水和幫助而進(jìn)入水體，造成污染。讓我感覺(jué)到，光是平時(shí)學(xué)習(xí)的內(nèi)容對(duì)于在工程方面的應(yīng)用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這需要我們平時(shí)自覺(jué)的培養(yǎng)自己的自學(xué)能力，設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了離開(kāi)老師進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，參看多本指導(dǎo)書(shū)，完善自己的設(shè)計(jì)。(4)廢水。(2)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生的影響 工業(yè)廢水基本都含有懸浮物。急性一般出現(xiàn)在工業(yè)區(qū)及其附近地區(qū)。其具體內(nèi)容包括：、橫跨、高跨、露天跨建筑面積上的安排；；。 , , 查 《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖411液氮的比熱容 代入上式 與假設(shè)一致。 工藝流程方框圖合成塔水冷器熱交換器廢熱鍋爐油分離器冷交換器循環(huán)機(jī)新鮮氣放空液氨儲(chǔ)槽氨冷器氨分離塔馳放氣圖31合成氨工藝流程方框圖第四章 工藝計(jì)算 物料衡算：： 1. 年產(chǎn)20萬(wàn)噸液氨,設(shè)計(jì)裕度及液氨損失均不計(jì) 2. 精煉氣組成（%）：如下表 表411精煉氣組成（mol％）組 成N2H2CH4Ar 合 計(jì)mol％ 100 3. 合成塔入口氨含量（mol％）： 合成塔出口氨含量（mol％）： 合成塔入口惰性氣體含量（mol％）： 4. 合成塔操作壓力: 32MPa(絕壓) 5. 精煉氣溫度：35℃ 6. 水冷器出口溫度：35℃ 7. 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差： 8. 年工作日：330天 9. 產(chǎn)量： NH3/h 10. 計(jì)算基準(zhǔn)：生產(chǎn)1噸液氨：1 2 3 4 5精煉氣 6 7 8 9 10 11 12 14 17 18合成氣；13放空氣 20弛放氣 圖411 計(jì)算物料點(diǎn)流程圖合成塔氨分離塔水冷器氨冷器熱交換器液氨儲(chǔ)槽廢熱鍋爐放空油分離器新鮮氣冷交換器循環(huán)機(jī)液氨儲(chǔ)槽氨冷器氨分離塔循環(huán)機(jī)314571614122115201918172910116813：根據(jù)計(jì)算依據(jù)有入塔氨含量：入塔甲烷含量：入塔氬含量：入塔氫含量：入塔氮含量：表412 入塔氣組分含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100：以 入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分，由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量：出塔氣量: 出塔氨含量： 出塔甲烷含量：出塔氨含量： 出塔氫含量： 出塔氮含量： 表413 出塔氣體組分含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100：： 已知氨分離器入口混合物組分表414 氨分離器入口混合物組分小計(jì)1查 ，各組分平衡常數(shù)：表415 平衡常數(shù)表設(shè)時(shí)，代入計(jì)算各組分溶解液量:分離液體量：分離氣體量：計(jì)算氣液比：結(jié)果合理從而可計(jì)算出液體中各組分含量：液體中氨含量：液體中氬含量：液體中甲烷含量： 液體中氫含量：液體中氮含量：表416 氨分離器出口液體含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)分離氣體組分含量：氣體氨含量 氣體甲烷含量 氣體氬含量 氣體氫含量 氣體氮含量 表417 氨分離器出口氣體含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100：根據(jù)氣液平衡原理，由于冷交換器第二次出口氣體含量等于合成塔進(jìn)口氣體含量，由合成塔入口氣體含量和操作條件下的分離溫度可查出，便可解出。對(duì)于壓力在15 MPa的合成氨廠，%左右。無(wú)論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)角度分析，他們都是有弊無(wú)利的，導(dǎo)致氨的生產(chǎn)率下降。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(lái)，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。合成氨生產(chǎn)所用的催化劑活性溫度在400~500 ℃。決定生產(chǎn)條件最主要的因素有操作壓力、反應(yīng)溫度、空間速度和氣體組成等。(1) 低壓法 操作壓力低于20 MPa的稱低壓。煤的儲(chǔ)量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價(jià)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(jì)到20世紀(jì)末,世界大多數(shù)合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。可用蒸氣與適量的空氣或蒸氣與適量的富養(yǎng)空氣為汽化劑制得，也可用水煤氣與吹風(fēng)混合配制。 ℃（沸點(diǎn)）才能液化。把大氣中的游離氮固定下來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂盏幕衔锏倪^(guò)程，稱為固定氮。硝酸銨既是優(yōu)良的化肥，又是安全炸藥，在礦山開(kāi)發(fā)等基本建設(shè)中廣泛應(yīng)用。氮?dú)庵饕菑目諝庵刑崛　? 合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀我國(guó)合成氨工業(yè)存在一些特殊問(wèn)題，一是氮肥資源緊張。同時(shí)，調(diào)整企業(yè)結(jié)構(gòu)，減少基礎(chǔ)肥料生產(chǎn)廠數(shù)量，提高單套裝置的規(guī)模，使合成氨工業(yè)朝現(xiàn)代化又邁進(jìn)一步。從而簡(jiǎn)化了流程；設(shè)備和流程比較低緊湊，設(shè)備規(guī)格小，投資少，但由于在高壓高溫下操作，對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)要求比較高。但是壓力高時(shí)，對(duì)設(shè)備的材料和制造的要求均高。在中期活性降低，操作溫度應(yīng)比初期適當(dāng)提高8~10 ℃。一般含氨混合氣體的冷凝分離是經(jīng)水冷卻器和氨冷囂二步實(shí)現(xiàn)的。由于原料氣的制備與凈化方法不同，新鮮氣體中惰性氣體的含量也不同。%。 ：入塔物料： 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料即　　 出塔物料　 NH3 CH4 Ar H2 N2 合成塔生成氨含量：廢熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。（3）熱氣體帶出熱量Q11 ，,由于氣體在氨飽和區(qū)，故先計(jì)算常壓下氣體組分比熱容然后用壓力校正法計(jì)算實(shí)際比熱容 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》比熱容壓力校正圖則混合氣的比熱容熱氣帶出熱量 (4)液氨帶出熱量 查35℃液氨比熱容 (5)冷水量計(jì)算設(shè)需冷水量W，冷卻上水，冷卻下水，冷卻水比熱容 則 冷卻水吸收熱量為∴ 冷卻上水帶入熱量：冷卻下水帶入熱量：表428 水冷器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）熱氣帶入熱量 Q10熱氣帶出熱量 Q11氨冷凝熱量 Q冷液氨帶出熱量 Q液冷卻上水帶入熱量Q上水冷卻下水帶入熱量Q下水小 計(jì)小 計(jì)：其進(jìn)出口溫度無(wú)變化，由氣體熱平衡，氨分離器吸入熱、水冷器熱平衡計(jì)算得：氨分離器支出熱，氣體放空氣帶出熱量： 冷交換器帶入熱量，由冷交換器熱平衡計(jì)算得：；誤差假設(shè)值與實(shí)際值基本相符計(jì)算有效氨分離器帶入熱量等于液氨帶出熱量 熱量計(jì)算點(diǎn)圖見(jiàn)附錄第五章 設(shè)備選型及設(shè)計(jì)計(jì)算 合成塔催化劑層設(shè)計(jì)：W電爐出塔氣入塔氣1654321第一段絕熱床 2冷激器 3第二段絕熱床4層間換熱器 5第三段絕