【正文】 （ 5）惰性氣體的排放 如前所述，因制取合成氨原料氣所用的原料和凈化方法的不同，在新鮮原料氣中通常含有一定數(shù)量的甲烷和氬，氬氣來自空氣， 新鮮氣中氬氣與氮氣的比例大體和空氣中相同，即新鮮氣中氬的含量通常在 %左右。該設(shè)備是雙動 單級的，是由同軸同步電動機帶動的，主軸考曲柄的一端支承在機座 的主軸承上， 主軸是由碳素鋼鍛造加工而成。 快速水冷卻器：該設(shè)備是用來冷卻從合成塔出來的反應(yīng)后的高 溫氣體 120— 180℃，經(jīng)冷卻后能使氣體中氨冷凝為液氨，另外，加熱鍋爐房用的化學(xué)凈水，回收一部分熱量。 氨氣：用耐 15 氣壓的鋼瓶充裝，使用時減壓力 5 個氣 壓，供系統(tǒng)置換水冷卻器的吹出和局部滅火用，氮氣中的氧含量不得超過2%。因此，設(shè)計質(zhì)量的好壞，對化工行業(yè)的發(fā)展影響極大，一定要在思想上充分的重視。 四、主要原料來源、數(shù)量及組成 主要原料氣為新鮮氣： 生產(chǎn)原料：合 成氨用的氫氮混合氣 規(guī)格：壓力為 320 大氣壓（表壓） 成份：按氣體體積百分數(shù) H2=% N2=% （ CH4+Ar） =% 消耗定額 氫氮混合氣： 2800m3∕噸氨 河 水： 62 噸∕噸氨 鍋爐用化學(xué)凈 水： 噸∕噸氨 電： 130 千瓦∕小時 噸氨 五、輔助原料來源、組成及數(shù)量 來源：來自水、氣及其它副產(chǎn)品。上有觸煤筒蓋，下有多孔板，在多孔板上放有鐵絲網(wǎng)，觸煤筒內(nèi)裝油 28 根雙層管，其外管直徑為44 毫升，內(nèi)管直徑為 29 ㎜，為造成觸煤層上部的絕熱層，約在觸煤層上部 1000 ㎜處，設(shè)有雙層管進行冷卻，在雙層管下端有一分氣盒，管內(nèi)還裝有兩根溫度計套管，在觸煤筒多孔板之上，填充的觸煤體積約 m3，觸煤筒中有一中心管，管內(nèi)裝有電熱器。 填函氣油膨脹器：該設(shè)備用以回收循環(huán)壓縮機的填函漏處的 6 氣體中所帶的油份，氣體自器的側(cè)面進，體積突然膨脹，因而流速大 大降低，大部分油份因含有水分及溶解的氣體，從油中蒸出，油份則 從器的底部排出。 （ 3）氨的分離：進入氨合成塔催化劑床的氫氮混合氣，只有一小部分反應(yīng)生成氨，大部分未反應(yīng)的 氫和氮，同氮混合在一起，流出催化劑床層，混合氣體中氨需經(jīng)過分離才能得到，方法有兩種。 缺點： ａ、由于氨的合成率高，所生成的反應(yīng)熱多，可使觸媒溫度上升到 10 1000℃，在這樣的溫度下，觸媒因過熱而損壞，因此觸媒的壽命很短，約使用 600 小時就須換一次。 ｆ、如果精制系統(tǒng)只用作消除雜質(zhì)和觸媒的毒害物，則觸媒溫度低（ 350～ 400℃），氫氮合成為氨的量極少，因此放出的熱量甚微，難 以 經(jīng)特精致反應(yīng)所需的溫度， 必須動用電熱器，這樣，除了要消耗電能外，有時還因輸電系統(tǒng)與線路發(fā)生故障，而影響生產(chǎn)。硝酸銨有強烈的爆炸性， 可用作礦山爆炸藥或用于國防工業(yè)。 ｇ、氨由催化劑外表面擴 散至氣相主流。 ④ 大顆粒觸媒存在內(nèi)擴散的影響，其活性較小顆粒觸媒差。 （ 1）壓力 在氨合成過程中，合成壓力是決定其它工藝條件的前提，是決定生產(chǎn)強度和技術(shù)指標(biāo)的主要因素。 （ 2）廢油雜質(zhì)苯處理 系統(tǒng)排出的廢油雜質(zhì)等匯集處理，防止排放后污染水源，更換催化劑時，有大量粉類，采用密封條件下更換，防止粉類污染大氣，嚴防泄漏，出系統(tǒng)的循環(huán)水送水汽車間處理后循環(huán)使用。 （ 2） 冷卻水：由水汽車間提供的循環(huán)水和銅洗工段送來的冷凝液，水質(zhì) PH=8～ ，總硬度 9～ 11mg/l,總堿度 1～ 4mg/l,～ ,耗用量 24T/h 。 （ 6）保證生產(chǎn)廠房有必要的通風(fēng)。 d/H） （ 3100 33 CP 值均用分壓迭加法進行計算 。 （ 2）消除由于設(shè)備不嚴密而產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象。 ℃ 3025 107 4 焓 T/ mol ③ 入塔氨含量 當(dāng)其它條件一定時，入塔氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低，反之，降低入塔氨含量，催化劑床層反應(yīng)推動力增大，反應(yīng)速度加快，氨凈值增加，生產(chǎn)能力提高。 d、力爭縮短還原主期時間。 C、觸媒的選 擇： ① 觸媒層的阻力，應(yīng)在允許阻力降的范圍。 ｃ、氫和氮（分別或同時 ） 被催化劑表面（內(nèi)表面）活性吸附。 ｄ、微量的氨或其化合物， 用納氏試藥可生成褐色沉淀，加量多則色深，加量少則色淺。 ｃ、合成系統(tǒng)的熱交換器全部放在合成塔內(nèi)，可以減少脫碳作用而引起的設(shè)備及管線的爆炸。 生產(chǎn)方法 （ 1）高壓法 壓力 700～ 1000 氣壓 溫度 550～ 650℃ （ 2）中壓法 壓力 300 氣壓 溫度 500～ 550℃ （ 3）抵押法 壓力 70～ 150 氣壓 溫度 400～ 450℃ 高壓法 工藝 優(yōu) 缺點：此法是采用較高的操作壓力和溫度，合成率 比較高，其 優(yōu)點為： ａ、與同樣產(chǎn)量的中、低壓法比較，所用的高壓設(shè)備的體積小，用料少，節(jié)省工廠用地面積。 （ 2）氣體的預(yù)熱和合成： 如前所述， 氨合成鐵 催化劑有一定的 活性 溫度， 氫氮混合氣體需加熱到催化劑的起始 溫度， 才能進行氨 合成反應(yīng)，正常操作的情況下， 是反應(yīng) 前 的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進入催化機床層。 氨分離器：該設(shè)備外筒是一內(nèi)徑 600 ㎜、高 4500 ㎜的立式多 層的焊接筒體，上有一高壓蓋子，與筒體用螺栓連接，以鋁墊進行密 封。 七、裝置組成 合成塔 作用：在高溫、高壓和催化劑存在的條件下由氫氮氣合成氨。 三、設(shè)計規(guī)模及操作制度 設(shè)計規(guī)模：年產(chǎn) 15 萬噸合成氨裝置。 總之，經(jīng)過初步訓(xùn)練，具有一定的化工 工藝設(shè)計能力后，在生產(chǎn)、基建、科研和管理等方面，一定會發(fā)揮出重要的作用。 六、 產(chǎn)品規(guī)格：氨包括氣氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 75%荷葉按產(chǎn)品占總產(chǎn)量的20%， 以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車間所回收的氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 5%。 該設(shè)備的外筒是多層焊接的高壓容器，其內(nèi)徑為 700 ㎜，高約 1014 ㎜，筒體上部的側(cè)面設(shè)有一高壓蓋子，蓋子與筒體是用螺栓連 接的以鋁墊密封。 7 （ 1）氣體的壓縮：為使氣體 達到氨合成所要求的壓力，須將經(jīng)過精細凈化除去所有 有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機進行壓縮。 放空氣中的氨可用吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一般可用作燃料。 ｆ、由于操作壓力低，氨的生成率少，氣氨不易液化，需要附設(shè)比較龐大的冷凍設(shè)備。 ⑥ 檢定方法： ａ、氨氣與氯化氫氣體時生成白煙。為了加速反應(yīng)而又不過分提高溫度，就必須使用催化劑，常用鐵催化劑，其 中加有其它催化劑：如三氧化二鋁、氧化鉀等，催化劑的化學(xué)和物理性質(zhì)對氨合成過程有重大影響。同時 CaO 能降低固溶體的熔點和粘 度，有利于氧化鋁和四氧化三鐵固溶體的形成，還可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒害能力。 （ 3） 觸媒的快速還原 a、以水汽濃度作為主要控制指標(biāo)（﹤ 191Nm3）。 （ 4） 入塔氣體組成 ① 氫氮比 由化學(xué)平衡可知，當(dāng)氫氮比等于 3 時，氨的平衡含量最大，但 從動力學(xué)角度分析，最佳氫氮比隨氨含量的變化而變化，反應(yīng)初期最佳 20 氫氮比為 1，當(dāng)反應(yīng)趨于平衡時， 最佳氫氮比接近于 3。 當(dāng) 669 冷凍站投產(chǎn)后，冷凍站送來的 20℃液氨送入 671 到 670 液氨總管中，液氨送入 670 后， 轉(zhuǎn)送入各氨系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機前后盤根盒中減壓蒸 發(fā)吸收熱量，經(jīng)蒸發(fā)后的氣體送入 、 表壓總管內(nèi)由兩頭送入 669 冷凍站二根主管而降為 表壓操作。 環(huán)境保護：改革工藝、提高管理水平，對“三廢”進行綜合利 用及處理，達到國標(biāo)后排除，且全面規(guī)劃，合理布局，化害為利，保護環(huán)境造福人民。 第二章 物料計算 一：物料計算 繪出物料流程簡圖 V4 V 放 29 新鮮氣 v3 二、合成塔進出口氣體的計算 單塔生產(chǎn)能力 噸 /天 v1 氣體量： V1=20210 24/=15900Nm3/TNH 合成氨量： V2=1000/17 =出合成塔氣量： V3=V1V2=合成塔氣體氨含量： YNH3=（ % V1+V2） /V3 100% =（ % 15900+） / 100% =% 三：水冷器進出口氣體量的計算 水冷器出口氣量 V4 根據(jù)公式 lgNH3%=+由《無機物工藝學(xué)》上冊得 當(dāng) T=33+273=306K P=285atm 時， lgNH3%=+根據(jù)系統(tǒng)平衡得 V3氨含量 =V5+V4氨含量 30 V3=V4+V5 %=V5+V4 % =V4+V5 解得 V4= V5= 四、冷凝塔進出口氣體量計算 放空氣量成分計算 根據(jù) N2+3H2?2NH3 理論上耗氫氮氣量： （ 4 1000/17） /2 = 實際消耗新鮮氣定額： 2800Nm/TNH V 理放 =V 實 V 理 == V 實放 =V 理放 /（ 1+lgNH3） =（ 1+%） = 放空氣中損失氨含量 8386%= 放空氣中惰氣含量 y 放 =2800 %/V 實 =2800 %/=% 冷凝塔入口熱氣體 V6及其成分 V6=V4V 實放 +2800= +2800= 入口氣含氨量 V4 %= Hm3 NH3%= 100%=% 冷凝塔出口熱氣量 V7及冷凝液氨含量 V8 當(dāng) P=310atm T=273+23=296K 時 出口熱氣氨含量為 lgNH3%=+ 31 由進出口物料測算得 V6 %=V8+V7 % V6=V7+V8 解得 V7= V8= 冷凝塔出口熱氣氨含量為 V6 = － = NH3%= 100%=% 四、氨冷器進出口氣體計算 氨冷器進出口氣體計算 氨冷器的出口物料同合成塔進出口物料氨含量相同 yNH3=% V7 %=V10+V9 % V7=V9+V10 解得 V9= V10= 六、物料組成計算 各設(shè)備進出口氣體成分總表 設(shè)備名稱 NH3 N2 H2 Ar+CH4 合計 合成塔 進 100 出 100 水冷器 進 100 出 100 32 氨分離器 進 100 出 100 冷 凝 塔 排氣進 100 出 100 冷氣進 100 出 100 蒸發(fā)器 進 100 出 100 計算 V2=V5+V 放 NH3+V8+V10 =＋ ＋ ＋ = 相對誤差 =（ ） / 100%=% 進合成塔氣量 ： 15900Hm3 而計算的氨冷器量為 ： 相對誤差 =（ ） /15900 100%=% 第三章 熱量衡算 一、計算依據(jù) 本計算以物料衡算為基準(zhǔn)。 h（ 1d 外 /t） 軸向環(huán)行擋板車外殼之間的橫截面積： S2=π /4 （ 3）勞動保護用品不能隨便損壞，如損壞要賠償，調(diào)動工作時，要交給原單位，不能帶走。 （ 1） 應(yīng)選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)。 大部分氣體經(jīng)主線控制進入塔頂部，然后沿塔內(nèi)外筒環(huán)隙向下流動，借此冷卻了塔的外壁，氣體再進入合成塔下部的熱交換器的管外空間，水 循環(huán)氣 一次出口 30℃ 新鮮氣 320 表壓 30℃左右 二次入口 5— 20℃ 25— 40℃ 去液氨庫 液氨 280atm 320atm 冷凝塔 蒸發(fā)器 合成塔 水冷器 油過濾器 循環(huán)機 分離器 液氨收集箱 22 進一步與管內(nèi)的觸媒層反應(yīng)后的熱氣體進行換熱。 總之，可認為 30MPa左右是使用往復(fù)式壓縮機時合成氨比較適宜的操作壓力。 （ 2） 還原操作程序 18 a、升溫階段：觸媒在達到還原溫度以前的純升過程一般為 350 ℃以下。這時可以認為氨合成過程處于化學(xué)動力學(xué)控制區(qū)，目前一般認為在鐵催化劑表面上氨合成反應(yīng)機理可能如下： ②、 氨合成的動力學(xué)方程 氮（氣相） 催化劑 氮（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH2（吸附） 催化劑 氣相中氫 2NH3 催化劑 2NH3（氣相）（ QIXIANG ）（ QI） 16 根據(jù)氮在鐵催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟， 由 捷姆金和佩熱夫?qū)С龅奈⒎謩恿W(xué)方程如下 ： W= dNNH3/ds=KiPN2（ P3H2/ P2NH3） 2K2（ P2NH3