【正文】 質(zhì)的臨界溫度和壓力并計算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表159 由壓力校正法：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《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表1519 由壓力校正法：冷氣體帶入熱量：(5) 氨冷凝熱：設(shè)熱氣出口溫度為，熱氣體在器內(nèi)由冷卻到然后進行氨冷凝，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,時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表158 由壓力校正法：熱氣體帶出熱量：(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查時液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　 (9) 冷氣體帶入熱量：(10) 冷氣體帶出熱量：∵設(shè),查時的各組分比熱容并計算得： 表421 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 管內(nèi)熱氣體帶出熱量管外冷氣體帶入熱量 管內(nèi)液氨帶出熱量管內(nèi)液氨冷凝熱 管外液氨帶出熱量管外液氨散熱　管外冷氣帶出熱量小 計小 計(11) 冷交換器熱量負荷計算： 氨冷凝器熱量衡算Q17氨冷凝器Q液氨Q2Q1Q18Q氣氨圖422 氨冷凝器熱量計算示意圖（1）氣體帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （2）氣體中液氨帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （3）氨冷器中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》在, 則氣氨冷凝熱：（4）新鮮氣帶入熱量 , 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 所以新鮮氣帶入熱量：氨冷器收入總熱量 （5）氨冷器入口混合物溫度計算由熱平衡 設(shè),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。新鮮氣和循環(huán)氣中油、水及雜質(zhì)可通過氨冷器低溫液氨洗滌后除去。綜合考慮的結(jié)果，一般中小型合成氨廠當操作壓力在30 MPa左右時，%~%之間。惰性氣體不參與反應(yīng)，也不毒害催化劑，但由于他們的存在會降低氫氮比的分壓。但在一定限度內(nèi)，其他條件不變，增加空間速度，合成氨產(chǎn)量增加，單位時間所得的總反應(yīng)熱增多，通過水冷器和氨冷器的氣體流量增大，需要移走的熱量增多，導(dǎo)致冷凝器的冷卻面積要相應(yīng)增大，否則就不能將高流速氣體中的氨冷凝下來。而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性范圍內(nèi)。 工藝流程的選擇合成氨的生產(chǎn)工藝條件必須滿足產(chǎn)量高，消耗低，工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便及安全可靠等要求。目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種類的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢: ①原料路線的變化方向。半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（H2+CO）/N2=～。氨水中的氨極易揮發(fā)。但是，如此豐富的氮，通常狀況下不能為生物直接吸收，只有將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)化為化合物狀態(tài)，才能被植物吸收，然后再轉(zhuǎn)化成人和動物所需的營養(yǎng)物質(zhì)。氨在其他工業(yè)中的應(yīng)用也非常廣泛。氫氣是從半水煤氣中提取的，以煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富氧空氣水蒸氣混合氣，經(jīng)過一系列反應(yīng)生成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣、及甲烷等混合氣體的過程。國際上以天然氣為原料的氮肥占85%。 設(shè)計任務(wù)的項目來源本課題是指導(dǎo)老師提高畢業(yè)生設(shè)計能力而選定的。合成塔需用高鎳優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，即使這樣，也會產(chǎn)生破裂。同時，高壓下反應(yīng)溫度一般較高，催化劑使用壽命也比較短，操作管理比較困難。催化劑使用到末期，活性因衰老而減弱，應(yīng)再適當提高溫度。液氨在氨分離器中與循環(huán)氣體分開，減壓送入貯槽。在生產(chǎn)中，%~%之間，并控制循環(huán)氣中惰性氣體的體積分數(shù)在10%~15%之間。反應(yīng)換熱后溫度降為140~160℃，氨含量13%的反應(yīng)氣體出合成塔進入水冷器，氣體經(jīng)水冷器冷卻至常溫，其中部分氣氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。即 進器物料：水冷器進氣物料等于熱交換器出口物料，即 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算得氣液比 ，,有如下方程: 將 代入 得: 出口氣體組分由得:其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 出口液體各組分由 得其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：氨分離器進器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料即　出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進行分離，分別得到氣體和液體出器氣體，出器液體氨分離器出口氣體放空 其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：進器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 出器物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17℃（由熱量計算核定）查 ,氣相中平衡氨含量，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體。三段絕熱冷激—間接換熱式內(nèi)件流程如圖51所示。但是，工業(yè)污染的治理遠遠落后于工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，到目前為止，工業(yè)污染的治理率還很低，工業(yè)廢水治理率僅20％，工業(yè)廢氣治理率為56％，工業(yè)廢渣治理率為50％。大氣污染造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、林木衰敗。(3)對大氣的污染 工業(yè)廢渣在堆放過程中，在溫度、水分的作用下，某些有機物質(zhì)發(fā)生分解，產(chǎn)生有害的氣體，造成對大氣的污染。團隊的配合也尤為重要，每個人都要認真做好分配的任務(wù)并為團隊成員提供最優(yōu)的答案，為整個團隊順利完成工作提供保障。學(xué)習(xí)是一個需要長期堅持的過程，只有堅持不懈地積極學(xué)習(xí)和吸收新的知識，與時俱進，不斷充實自己，才能成長為一名合格進而優(yōu)秀的化工設(shè)計者。 “三廢”治理原則(1)廢氣。(5)全球環(huán)境影響 工業(yè)廢氣中的污染物不僅能污染低層大氣，對人體健康、農(nóng)業(yè)、森林和物質(zhì)材料造成危害，而且能對上層大氣產(chǎn)生影響，形成酸雨，破壞臭氧層、升高氣溫等區(qū)域性，全球性重大環(huán)境問題，可能給人類帶來更嚴重的危害和災(zāi)難。化學(xué)工業(yè)排放的廢氣，其中含有的主要污染物包括二氧化硫、氮氧化物、氟化氫、氯氣、氯化氫、碳氫化合物、各種有機物和浮游粒子等。本設(shè)計根據(jù)經(jīng)驗對催化劑床層進行近似設(shè)計。 設(shè)熱氣出口氨體積為 ，則： 冷交換器熱氣出口氣量及組分：其中 NH3 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 進器氣體物料 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。 冷交換器和氨分離器內(nèi)的液氨，經(jīng)液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)減壓后送往液氨貯槽。冷凝溫度越低，分離效果越好，則進塔氣體中氨含量也就越低。 合成塔進口氣的組成合成塔進口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量和塔進口氨含量。空間速度增加，氣體與催化劑接觸時間減少，反應(yīng)物來不及反應(yīng)就離開了反應(yīng)區(qū)域，因此將是合成塔出口氣體中氨含量降低，即氨凈值降低。目前我國中小型合成氨廠合成操作壓力大多采用20~32 MPa。(3) 中壓法 操作壓力為20～35 MPa的稱為中壓法，操作溫度為450～550 ℃。 第二章 流程方案的確定 生產(chǎn)原理氨是由氣態(tài)氮和氫在適宜溫度壓力,并有觸媒的作用下發(fā)生反應(yīng)的,其反應(yīng)式為： 此式為一不可逆，放熱，體積縮小的反應(yīng)，其反應(yīng)過程為： 氨合成的反應(yīng)特點：⑴ 反應(yīng)過程要在高壓下進行，壓力越高，越有利于氨的合成。建議針對不同企業(yè)采用不同的技術(shù)路線。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。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。氨在水中的溶解度隨壓力增大而降低。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。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。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。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30～35 MPa。實際生產(chǎn)中還要考慮反應(yīng)速率的要求。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。在實際生產(chǎn)中，~。進口氨含量還與合成操作壓力和冷凝溫度有關(guān)。放空氣位置設(shè)在惰性氣體含量最高，氨含量較低處以減少氨和原料氣損失。由 可求出冷交換器冷凝液體量 冷凝液體量 出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進口總物料減去冷凝液體量。車間布置直接影響到項目建設(shè)的投資，建設(shè)后的生產(chǎn)運轉(zhuǎn)正常，設(shè)備維修和安全，以及各項經(jīng)濟指標的完成。這種危害和損失的程度決定于大氣污染的性質(zhì)、濃度和滯留時間。(1)對人體健康的危害 廢水污染對人體健康的危害，一般可分為兩大類。(2)廢渣。通過課程設(shè)計，我分析問題解決問題以及工程設(shè)計能力都得到了鍛煉。各種工具書是設(shè)計工作者的得力助手，在這次設(shè)計中，我學(xué)會了熟練查找手冊、文獻資料，同時對資料數(shù)據(jù)篩選和處理的能力也有了很大的提升。工業(yè)廢渣對環(huán)境的污染，主要表現(xiàn)在以下三大方面；(1)對土壤的污染 由于工業(yè)廢渣是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，它們的存在不僅占用了大量的良田沃土，大量的有素廢渣，在自然界的風(fēng)化作用下，到處流失，對土壤造成很大的污染。(2)居民生活費用增加 大氣污染造成的居民生活費用增加，包括家庭清掃、洗滌和生活物質(zhì)損壞三方面，據(jù)1985年估算，每年全國損失達16億元。第七章“三廢”治理及綜合利用 “三廢”的產(chǎn)生及污染中國的工業(yè)污染在環(huán)境污染中占70％。查 軟水焓 蒸汽焓 由熱平衡得：∴ 廢熱鍋爐軟水帶入熱量：蒸汽帶出熱量 表426 廢熱鍋爐熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內(nèi)熱氣帶入熱量 Q8管內(nèi)熱氣帶出熱量 Q9軟水帶入熱量 Q軟蒸汽帶出熱量 Q蒸小 計小 計熱交換器Q7Q6Q10Q9圖424 熱交換器熱量計算示意圖（1）冷氣帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算得：（2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算得：（3）冷氣帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計算得：（4）熱氣出口溫度計算由熱平衡得：∴ 設(shè) 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》混合氣體熱容按疊加法計算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》附圖1519比熱容壓力校正圖誤差假設(shè)值與實際值基本相符，計算有效。 。分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至25℃后出冷交換器。操作壓力比較高，及催化劑活性比較好時，惰性氣體的含量可以高一些。 從氫氮混合氣體中分離氨的方法大致有兩種：水吸收法、冷凝法。反應(yīng)溫度的控制還與催化劑的使用時間有關(guān)。主要能量消耗包括原料氣壓縮功、循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功。高壓法的優(yōu)點是，氨合成的效率高，合成氨出口氣體中含氨達25％～30％，催化劑的生產(chǎn)能力較大。到2010年，力爭組建50家大型企業(yè)集團，大型氮肥廠合成氨平均規(guī)模達40萬噸/年以上，中型氮肥廠平均規(guī)模達20萬噸/年以上。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對氨的需要量日益增長，近30年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快。100℃， MPa下，%～%(NH3)。氨也是非常重要的工業(yè)原料，在化學(xué)纖維、塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素作為氮元素的來源生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、尼龍丙烯腈等單體和尿醛樹脂等產(chǎn)品。在國民經(jīng)濟中，氨占有重要地位，特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重大意義。⑴ 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物,并能進一步與水作用,制得硝酸：⑵ 氨與酸或酐反應(yīng)生成鹽類,是制造氮肥的基本反應(yīng)：⑶ 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨,進一步脫水成為尿素：⑷ 氨與二氧化碳和水作用,生成碳酸氫銨： (5) 氨可與鹽生成各種絡(luò)合物，如CuCl2?6NHCuSO4?4NH3。 文獻綜述合成氨工業(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。合成氨成本中能源費用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進重點放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。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。在合成氨