【正文】 用壓力校正法算得當 ?t ℃ ， ??? ， ? = 大氣壓時的平均分子熱容Cp = 千 焦 /千摩爾 2 53 9 )( 1 2 1 3 4)0 2 ( ??? ???? t℃ 出塔溫度 =30+=℃ ，與假設(shè)相符。 上述冷負荷 214914 千焦 的相應(yīng)氨產(chǎn)量為 千克 令氨產(chǎn)量為 680 千克 /小時 ∴ 耗冷量 =214914 ? =427224 千 焦 /小時 冷凍工段所用氨壓縮機為 4 V 型，標準制冷量 (蒸發(fā)溫度 —15℃ ，冷凝溫度 30℃ )為 441000 千焦 /小時，換算為本設(shè)計中操作條件下 (蒸發(fā)溫度 —5℃ ，冷凝溫度 40℃ ) 31 的制冷量為 ~6300000 千焦 /小時，尚有余力。 表 420 平均分子熱容 列表計算 組 份 yi 分子分率 Pi 大氣壓 Cpi 千焦 /千摩爾 .℃ py cii 大氣壓 H2 N2 NH3 0， 02500 CH4 Ar 0， 03049 合計 1??yi ??pi ?? Cy pii 進塔氣體在平均溫度 ℃ 下的真實熱容 千 焦 /千摩爾 .℃ ，即氣體在 30～℃ 范圍內(nèi)的平均熱容。 Pci —各純組份的臨界壓力，大氣壓 。(2)以 t℃ 和 0℃ 的平均溫度下 (即 2t ℃ )的真實分子熱容作為 t℃ 平均分子熱容。 表 48 冷交換器出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計 標準米3 % 100 17 設(shè) ： 一級氨冷器出口溫度為 7℃ , T=280K, P = 大氣壓。 2． 精煉氣成份可參見表 41. 3． 進塔氣中氨含量： % 4． 出塔氣中氨含量： 11% 5． 出塔氣中惰性氣體含量： % 6． 精煉氣溫度： 35℃ 7． 壓力 :循環(huán)機出口 Mpa，其余各點壓力見示意流程圖 8． 氣體在液氨中的溶解量忽略不計，熱 (冷 )損失亦忽略不計。 《制冷機及制冷設(shè)備》克魯西林公式管外給熱系數(shù) Cq?? (318) 由上?；W(xué)院：螺旋板式熱交換器設(shè)計與計算 , 1972； Ф500 微碳純鐵單管并流氨合成塔內(nèi)件計算說明書， 1973 有： 螺旋總?cè)?shù) N=21)(2 200 ?? ?? bdD ? ? (319) 每塊板的平均圈數(shù) n= mN (320) 每塊板的平均長度 )()(4)( 2 bnbnl nd n ?????? ?????? (321) 10 環(huán)保及安全要求 實施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。 。在與國際接軌后，具備與國際合成氨產(chǎn)品 的能力，今后發(fā)展重點是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進一步改善經(jīng)濟性 [12]。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定 CO 和 CO2 總含量不得大于 10cm3/m3(體積分數(shù) )。 (2)凈化 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過 程以及氣體精制過程。遇熱、明火 ,難以點燃而危險性較低 。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。氨本身是重要的氮素肥料除石灰氮外，其它氮素肥料都是先 合成氨，然后加工成各種銨鹽或尿素。有時，在同一設(shè)備中會有處于和不處于氨飽和區(qū)的幾種氣體同時出現(xiàn)，為了避免采用兩種不同的熱容計算法而引起誤差，就統(tǒng)一采用壓力校正法 (如冷交換器等）。自燃點 ℃ 。 1911 年米塔研究成功以鐵為活性組分的合成催化劑，鐵基催化劑活性好、比鋨催化劑價廉、易得 [3]。 CO2 既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。氨合成反應(yīng)式如下： N2+3H2→2NH 3(g) =要求： 繪制帶控制點的工藝流程圖 系統(tǒng)物料、能量合算 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算 5 該工段設(shè)備多，工藝計算復(fù)雜，分合成塔設(shè)備及觸媒核算、熱量核算及主要設(shè)備能力核算 意義：通過該設(shè)計鍛煉自己嚴謹科學(xué)的 治學(xué)態(tài)度，將理論知識運用于實踐中，發(fā)現(xiàn)差距，改進方法。隨著深度加工產(chǎn)品的不斷開發(fā)，化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域 6 不斷開拓，其在國民經(jīng)濟中的地位將愈顯重要 [14]。 V14? 、 V24? — 液氨。 精煉工段來的精煉氣組成 可參見表 41。 logyA=+－ = 即 yA= 水冷器進口氣體中氨濃度為 11%，較 35℃ 時的平衡氨濃度 %為小，因氨未達飽和，不會出現(xiàn)冷凝。 高壓混合氣體平均分子熱容的計算方法： 本計算書中，在混合氣體中的氣氨未冷凝時，采用分壓疊加法，即先算出高壓下真實分子熱容，再換算為平均分子熱容，在有氣氨冷凝時，因處于氨飽和區(qū)內(nèi)，則采用壓力校正法，即先算出常壓下平均分子熱容，再換算為高壓下平均分子熱容。各純組份氣體的常壓平均分子熱容 Cpi0，采用別斯科夫算式： H2 +? 310? t +? 2610t? 《手冊》附式（ 1510） N2 +? 310? t ? 2610t? 《手冊》附式（ 1511） NH3 +? 310? t ? 2610t? ① CH4 7957+? 310? t ? 2610t? ② Ar 22 各組份的 平均分子熱容 Cp見表 415（ t =14℃ ,T =317K ,P = 大氣壓） 。 3. 合成塔熱量衡算 合成塔熱量計算，按照蓋斯定律可分兩步進行 :第一步，假定進塔氣體成份不變，而溫 度升高至出塔溫度；第二步，在出塔溫度下進行氨合成反應(yīng)。惟此一組算式，不宜直接從它求得相應(yīng)的平均分子熱容算式。 列表計算如表 422（ ?t ℃ , t?21 = t?21 ,T = ,P = 大氣壓） 。 已知條件 : 進塔氣體 :壓力 大氣壓 ，溫度 30℃ ，氣量 標準米 3 合成塔 氣體組成 見表 418。經(jīng)用與之相對應(yīng)的直實分子熱容式推導(dǎo)而得平均分子熱容式 (即上 式〕 .用它算出的值，即與同書中平均分子熱容表中的值相符，故予以修正。有時，在同 一設(shè)備中會有處于和不處于氨飽和區(qū)的幾種氣體同時出現(xiàn)，為了避免采用兩種不同的熱容計算法而引起誤差，就統(tǒng)一采用壓力校正法 (如冷交換器等）。在冬季可分離出少量液氨 )。 空氣中 N2 :Ar= %:%(體積比 ) 精煉氣中 N2= ? = 標準米 3 Ar= ? = 標準米 3 將 Ar 從 N2 中分列出來后的 精煉氣組成 見表 42。 表 31 精煉氣成份 成份 H2 N2 CH4 Ar 合計 % 100 進塔氣中氨含量： % 出塔氣中氨含量： 11% 出塔氣中惰性氣體含量： % 精煉氣溫度： 35℃ 壓力 :循環(huán)機出口 ，其余各點壓力 可參見第四章的示 意流程圖 。原料仍會氣、液、固多樣化，新建或擴建廠除注重采用先進成熟的工藝外，還應(yīng)特別注意經(jīng)濟性和盈利性。合成氣是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序也是整個生產(chǎn)中最為重要的一環(huán)，產(chǎn)率合成的好壞直接影響整個化肥的生產(chǎn) [11]。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。氮氣來源于空氣，可以在制氫過程中直接加入空氣，或在低溫下將空氣液化、分離而得；氫氣來源于水或含 有烴的各種燃料。蒸氣壓 (℃ )。 2 第二章 前言 合成氨的用途 合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，有十分廣泛的用途。合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一?；净瘜W(xué)工業(yè)中的硝酸、純堿及各種含氮無機鹽；有機工業(yè)各種中間體，制藥中磺胺藥，高分子中聚纖維、氨基塑料、丁氰橡膠、冷卻劑等 [1]。水溶液呈堿性 , 水溶液 PH 值為 。 合成氨的工藝流程 氨合成的工藝流程 : (1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化 MDEA 法， MEA 法等 [8]。形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局?？傊覈铣砂惫I(yè)總體水平將在 21 世紀登上一個新臺階。d? 括號內(nèi)數(shù)字單位 :千克 /厘米 2(絕壓 )( 1 千克 /厘米 2=)，括號前數(shù)字單位 :大氣壓 (絕壓 )。yA( %) ： 39。一般工程計算，可盡量采用《手冊》中熱容圖，以求便捷。 23 Cpi0 —常壓下，各純組份的平均分子熱容，千 焦 /千摩爾 .℃ 。 假設(shè)：出塔溫度為 ℃ 平均溫度 = 2 ? =℃ ， ????? 采用分壓疊加法計算高壓混合氣體真實熱容。 已知條件 : 進塔氣體 :壓力 大氣壓，溫度 7℃ ，氣量 標準米 3 一級氨冷器 進口 氣體組成 見表 423。 28 已知條件 : 進 塔氣體 :壓力 大氣壓，溫度 ℃ ，氣量 標準米 3 水冷器進塔 氣體組成 見表 421。 由《手冊》表 1011 內(nèi)插 查得 ℃ 下，氨汽化熱 = 千焦 /千克 Q3= 7 7 2 8 0 0 6 1 9 ?? 千 焦 （ 2） 出熱 ① 管內(nèi)出口熱氣體帶出熱 Q4 用壓力校正法算得當 t =℃ ， ??? ， ? = 大氣壓時的平均分子熱容Cp = 千 焦 /千摩爾 .℃ 24 Q4= ???千 焦 ② 管外，出口冷氣體帶出熱 Q5 用壓力校正法算行當 t =30℃ ， ??? 303 ， ? = 大氣壓時的平均分子熱容Cp = 千 焦 /千摩爾 .℃ Q5= 2 5 5 0 8 2 ??? 千 焦 ③ 液氨帶出熱 Q6 由下列氨的焓值表用內(nèi)插法算得 ℃ 下，注氨焓 = 千 焦 /千克 氨的焓 見表 416。 2 . 冷交換器熱量衡算 已知條件： 管內(nèi)進口熱氣體：壓力 大氣 壓，溫度 44℃ ，氣量 標準米 3