【導(dǎo)讀】的作用，當(dāng)然它的需求量也是很大的。尿素生產(chǎn)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種。成熟的化工生產(chǎn)工藝。本設(shè)計(jì)是以煤為原料年產(chǎn)100萬(wàn)噸尿素中合成氨工序中氨合成工段的設(shè)計(jì)。包括物料衡算和熱量衡算；主要設(shè)備選型；環(huán)境保護(hù)與安全措施。

　　

【正文】 9， CH4=100％ =％ H2： x19， H2=100％ =％ N2： x19， N2=100％ =％ Ar： x19， Ar=100％ =％ 液氨的產(chǎn)量核算有： mNH3=17=≈1000Kg 物料衡算結(jié)果匯總 把上面的全部計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表 312： 表 312 物料計(jì)算匯總表 裝 置 單位 NH3 CH4 H2 N2 Ar 總計(jì) 氨冷器出口（氣體） 2 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 冷交換器冷氣出口 5 摩爾分?jǐn)?shù) % 12 3 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 合成塔一次入口 7 摩爾分?jǐn)?shù) % 12 3 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 合成塔二次出摩爾分?jǐn)?shù) % 16 100 m3/t(NH3) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 口 10 m3/h kmol/h 水冷器出口 (氣體 ) 11 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 水冷器出口 (液體） 11 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 氨分離器出口氣 12 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 放空氣 13 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 冷交換器熱氣出口 14 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 氨分離器出口液氨 15 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 冷交換器出口液氨 16 摩 爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 冷交換器熱氣出口氣體 17 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 冷交換器熱氣出口液體 17 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 0 0 0 0 100 m3/t(NH3) 0 0 0 0 m3/h 0 0 0 0 kmol/h 0 0 0 0 氨冷器進(jìn)口氣體 18 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 氨冷器進(jìn)口液體 18 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 0 0 0 0 100 m3/t(NH3) 0 0 0 0 m3/h 0 0 0 0 kmol/h 0 0 0 0 氨冷器出口液體 2 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 0 0 0 0 100 m3/t(NH3) 0 0 0 0 m3/h 0 0 0 0 kmol/h 0 0 0 0 新鮮補(bǔ)充氣（ 1） 摩爾分?jǐn)?shù) % 0 24 100 m3/t(NH3) 0 m3/h 0 kmol/h 0 弛放氣組成 20 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 液氨貯槽進(jìn)口液體 21 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/t(NH3) m3/h kmol/h 產(chǎn)品液氨 19 摩爾分?jǐn)?shù) % m3/t(NH3) m3/h kmol/h 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 熱量衡算 冷交換器熱量衡算 （ 1）熱氣進(jìn)口溫度 冷交換器的進(jìn)口溫度等于水冷器的出口溫度，所以 t1=35℃ 。 （ 2）冷氣進(jìn)口溫度 因?yàn)楹铣伤肟诘陌?含量為 %，所以氨冷器的氣體中，氨的含量必定小于或等于 %，假定飽和度是 10%，那么可計(jì)算出此冷凝溫度下的平衡量為 yNH3=(1+) 100%=% 當(dāng)平衡氨含量為 %時(shí)，它的冷凝溫度為 t2=10℃ ，那么冷氣進(jìn)口溫度為 10℃ [10]。 （ 3）熱氣體帶進(jìn)的熱量 熱氣體在容器內(nèi)處在氨飽和區(qū)中，要計(jì)算氣體的比熱容就要先算出常壓下的氣體比熱容，再用壓力校正來(lái)求實(shí)際的氣體比熱容 [12]。 當(dāng) t14=35 ℃ ， P= 時(shí)，各組分 氣體含量及比熱容見(jiàn)表 313： 表 313 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp14=++++=3 KJ/(Kmol℃ ) 熱氣體帶進(jìn)的熱量 Q14=V14Cp14t14=35= KJ/tNH3 （ 4）冷氣體帶進(jìn)的熱量 當(dāng) t2=10℃ ， P= 時(shí)，各組分的 氣體含量及比熱容見(jiàn)表 314： 表 314 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp2=++++= KJ/(Kmol℃ ) 熱氣體帶進(jìn)來(lái)的熱量 Q2=V2Cp2t2=(10)= KJ/tNH3[14] （ 5）氨冷凝熱 假定熱氣出口的溫度為 20℃ ，熱氣體由 35℃ 冷卻至 20℃ ，再進(jìn)行氨冷凝，查資料得氨冷凝熱 INH3=，所以液氨冷凝時(shí)放出的熱量為 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 Q冷 =20= KJ/tNH3 （ 6）液氨帶進(jìn)的熱量 查資料得當(dāng)溫度為 10℃ 時(shí)，液氨的 比熱容為 Cp= KJ/kg℃ 液氨帶進(jìn)的熱量 Q2L=17(10)= KJ/tNH3 （ 7）熱氣體帶進(jìn)的熱量 當(dāng) t17=17℃ 時(shí) ， 各組分在常壓下，摩爾比熱容 為 ： 表 315 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp=++++= KJ/Kmol℃ 熱氣體帶出的熱量： Q17=V17Cp3t3=17= KJ/tNH3 （ 8）熱氣體中液氨帶出 來(lái)的 熱 量 當(dāng)溫度為 20℃ 時(shí)，液氨的比熱容 Cp= ℃ Q17L=1717= KJ/tNH3 （ 9） 冷氣體中分離的液氨帶出的熱 量 Q16=Q2L= KJ/tNH3 (10)冷氣體出口帶出的熱量 Q3=Q14+Q2+Q冷 +Q2LQ17Q17LQ2L = + （ ）=Q3=V3Cp3t3 得 t3=Q3/V3Cp3= Cp5=假定 t3=30℃ ,P=，各組分 常壓下比熱容 見(jiàn)表 316： 表 316 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp3=++++= KJ/(Kmol℃ ） t3=≈30℃ 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 冷交換器熱量平衡匯總見(jiàn)表 317： （ 11）冷交換器熱量負(fù)荷計(jì)算 ΔQ 放 =（管內(nèi)熱氣帶進(jìn)的熱量 +管內(nèi)液氨的冷凝熱量） （管內(nèi)熱氣帶出的熱量 +管內(nèi)液氨帶出的熱量） =（ +） （ +） = KJ/tNH3 表 317 冷交換器熱量平衡匯總表 收方 熱量（ KJ） 支方 熱量（ KJ） 管內(nèi)熱氣體帶進(jìn)的熱量 Q14 管內(nèi)熱氣體帶出的熱量 Q17 管外冷氣體帶進(jìn)的熱量 Q2 管內(nèi)液氨帶出的熱量 Q17L 管內(nèi)液氨的冷凝熱量 Q冷 管外液氨帶出的熱量 Q16 管外液氨散熱 Q2L 管外冷器帶出的熱量 Q3 小計(jì) 小計(jì) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 4 章 主要的設(shè)備選型與計(jì)算 合成塔催化劑層設(shè)計(jì) 選擇三段絕熱的冷激間冷式內(nèi)件，就在這個(gè)基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行合成塔中催化層的設(shè)計(jì)，根據(jù)給定的參數(shù)確定催化劑的用量和尺寸等工藝參數(shù)，再根據(jù)一定的操作條件確定催化層的溫度 、產(chǎn)量、濃度。本次采用近似計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算。 （ 1）進(jìn)合成塔氣體成分： NH3 % ， CH4 12% ， N2 % ， H2 % ,Ar 3% 進(jìn)合成塔氣體摩爾流量： V1= m3/h 則 MK0= Kmol/h 無(wú)惰性氣體的分解基流量： 31 ?， 0,1 0,1== 1 0,1(1Vy??） 3 0 ,1[1+ / (1 ]NHyy? ）= 1613818. 59 1 0. 15 [1 0. 027 / (1 0. 15 )]??（ ）= m3/h 把該催化層分為三段，每段的尺寸 見(jiàn)表 41： 表 41 段數(shù) n 1 2 3 小計(jì) 高度 ⊿ Ln,mm 1600 2400 3200 7200 催化劑用量⊿ Vkn,m3 催化劑活性系數(shù) Ef （ 2）分段計(jì)算： ① 計(jì)算第 1 段絕熱層溫度 分布 ， 令 催化劑層溫度為 ,0 413kt ? ℃ ，假定 第一段氣體的溫度為 ,1 446kt ? ℃ a. 根據(jù)查物料數(shù)據(jù)：第一段的平均溫度為, 0 , 1( ) / 2kkt t t??平 k,1 = ( 4 1 3 4 1 6 ) / 2 4 2 4 .5??℃ 根據(jù) = k,1 ℃ ，31, ?查 3 1 .0 6 / (m o lC K J?平 pk,1 ℃ ) ⊿,1 5 4 3 4 0 /TH K J K m o l? 3NH 由聯(lián)立方程式 A1=⊿3 3 3000 1 ,1 , 0/ (1 / ) / ( )K N H f N H N HnV V r E y y? ? ?平 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 里面 ⊿KV—————— 是 第 n1 段 到 n 段催化劑用量 01V—————— 為入塔氨分解基無(wú)惰性氣體體積流量 3(1/ )NH nr 平———— 為第 n 段進(jìn)出口反應(yīng)速度倒數(shù) Ef——————— 為催化劑活性系數(shù) y186。1， NH3， y186。0， NH3——— 為扣除了惰性氣體的第 n 段催化劑進(jìn)出計(jì)算氨含量 b.計(jì)算反應(yīng)熱和生成氨的含量：設(shè)氣體第一段反應(yīng)熱 ⊿ I1為 ⊿ I1=Mk,0 C 平 pk,1 (tk,1 tk,0)=⊿ M1 x⊿ HT1 則 ⊿ M1=Mk,0C 平 pk,1(tk,1tk,0)/⊿ HT1 =(447412)/54340= Kmol/h ⊿ I1=⊿ M1⊿ HT1=54340=： 由公式 y186。1， NH3/（ 1+y186。1， NH3)=⊿33001 0 1 0 , 0 ,/ / (1 )N H N HM V y y?? =+ y186。0， NH3/（ 1+ y186。0， NH3） =+ y186。0， NH3/（ 1+ y186。0， NH3） 由公式 y186。0， NH3= y0， NH3/（ 1 y0， NH3） = 0 .0 2 7 / (1 0 .1 5 ) 0 .0 3 2??， 33000 , 0 ,/ (1 ) 0 .0 3 1N H N Hyy?? 上式 =+= 實(shí)際出口的氨含量： 3301 , 1 , 0 , 0 , 0 ,1(1 / )N H N H K Ky y y M M?? ,10 .0 6 1 (1 0 .1 5 7 2 0 4 5 .4 7 / )KM? ? ? 由 Mk,1 = Mk,0⊿ M1 因此 Mk,1== Kmol/h y186。1， NH3=（ ） = d. 由 A1,1算 tk,1， 由 A106 催化劑活性曲線查3312(1 / ) , (1 / )NH NHrr 當(dāng) ,0 412kt ? ℃ , 300, ?