【正文】 Fe] ? 2NH3[KFe] 2NH3 + [KFe] 氨分子脫附 ? 由此機理導出的動力學方程為 ? 式中 k k2分別為正逆反應的速率常數， ?為實驗常數，工業(yè)條件下一般 ? ?。 ?? ???????????????????132223123322HNHNHHN ppkpppkr ? 上式 只適用于壓力較低的的接近平衡的情況，壓力較高時，要用實驗得出的速率常數與壓力的關系加以校正。另外，當反應遠離平衡時上式不成立，例如 pNH3?0時 r ??。捷姆金還推出了遠離平衡時的動力學方程： ? 用動力學原理易得在反應達平衡時，正逆反應速率常數之比為平衡常數之值。 ?????????????????? 123322HNHNHHN ppkpppkr??221 HN ppkr ???() 影響反應速率的因素 ? 1. 空間速度 ? 空速增加，生產強度提高 。 ? 生產強度：單位時間單位體積催化劑的產氨量。 ? 氨分解基流量：將含氨混合氣折算成不含氨的氫氮氣的流量。 ? n0=n(1yNH3+2yNH3)=n(1+yNH3) 33333333333,21,2,10,1,10,2,20,11,221)1)(1(11NHNHNHNHNHNHNHNHNHNHNHyynyyynyynyynynyna?????????????產氨速率 ? 再將上式中的流量換成空速，就可得出生產能力的公式了 ? 實際生產不可能無限增加空速，空速大系統阻力大，功耗增大。另外，新鮮氣量一定時，空速增大只能通過增加循環(huán)氣量來實現，循環(huán)氣量過大，除了上述功耗原因外，還使單位循環(huán)氣產氨量下降，從而使氣體溫升下降，產生不能維持“自熱”的問題。一般空速值為： 30MPa 2023030000h1 15MPa 10000h1 )1(17)1(17)1)(1(173333333,12,21,2,10NHNHsNHNHsNHNHNHsyyVyyVyyyVG?????????? ? 2. 溫度 ? 正如在變換反應所討論的那樣，氨合成反應也存在一個最佳溫度。 圖 ? 3. 壓力 ? 從速度方程可看出，提高壓力可使正反應速度增加大于逆反應速度增加，所以一般選擇較高壓力。同時必須在較高壓力下才有可觀的速度。但現代設計并不盲目高壓力，而是綜合考慮全廠經濟效益，選擇壓力比以前有所降低。 ? 4. 氫氮比 ? 這一因素在化學平衡中已經討論過，考慮動力學等其它因素時，氮含量可略提高，但基本無大變化，仍為 。 氨的合成 ? 氨合成工序不但有氨合成反應，還有氨分離及未反應氣體循環(huán)等，流程復雜，影響因素多。 ? 最佳工藝條件的選擇 ? 本部分內容實際上在前面已討論過，總結如下： ? 壓強 ： 30MPa 15MPa ? 溫度 ： 450500176。C 400450176。C 圖 ? 催化劑使用前期溫度可低一些，催化劑使用后期因活性降低，可適當提高溫度。 ? 催化劑床層不同高度處溫度不一樣，相應的氨含量也不一樣。在催化劑床層內存在一最高溫度區(qū)域，操作中要監(jiān)測這一區(qū)域的溫度變化，嚴格控制其溫度。不能使這一區(qū)域的局部溫度過高，以破壞催化劑。 ? 空間速度 ? 每一空速有相應的適宜溫度和氨含量，如下表所示。 ? T/176。C ? 空速 /h1 425 450 475 500 525 ? 15000 ? 30000 ? 45000 氨的分離及合成流程 ? 1. 氨分離的方法 ? 除了在需要氨水的地方，要用水吸收法來得到一些濃氨水外，一般都用冷凝法來分離氨。大家知道高壓相平衡分離的計算是很復雜的，在化工熱力學已講過，此處不再重復。只介紹近似計算。但對于較準確的分析和設計，要使用嚴格計算方法用計算機計算。 ? 飽和氨含量計算的經驗公式： Tpy NH /* 3 ??? ? 注意上式壓力單位為 MPa。 ? 冷卻分離過程是一個能耗較大的過程，較高溫度時可用水冷，冷至較低溫度一般用氨冷。就是用液氨作冷源，經過較復雜的冷凍流程將工藝氣中的氨冷凝分離出來。分離氨之后的氣體含有少量氨，同時還含有 H2，要送循環(huán)系統再入合成塔循環(huán)反應。為了維持系統濃度穩(wěn)定，惰性氣體濃度不至累積過高，只有少量氣體被引出作進一步處理。現在一般都要將里面所含 H2分離出來循環(huán)利用，不再是簡單地用作燃料。 ? 液氨冷凍系統的傳熱溫差一般都較小，所以流程復雜。這是熱力學上功的損失因素所決定了的。 2. 氨合成流程 ? 目前工業(yè)上使用的氨合成流程很多。中小合成氨廠廣泛采用兩級分氨流程。大型氨廠典型流程有圖 。 圖 ? 新鮮氣經幾級壓縮后與循環(huán)氣混合冷卻、升溫并分幾股進入氨合成塔。反應后氣體溫度較高，所以先經鍋爐給水預熱器后再向新鮮氣供熱。只分離很少部分氨 (為維持濃度穩(wěn)定分離需要排放部分惰性氣體 )后就進入循環(huán)壓縮，與新鮮氣混后再經復雜冷凍流程逐步冷卻到 23176。C，經高壓氨分離器 分離氨后再升溫進入氨合成塔。低壓氨分離器是為了分離要求設置的。 流程特點：先循環(huán)混合再冷卻分離，冷凍功耗小但循環(huán)功耗大?？偰芎男　? 新鮮氣壓縮后換熱進合成塔，出塔氣經冷卻兩級氨冷后經氨分離器分離氨后循環(huán)。特點：先分離氨再循環(huán)，分離功耗小，但壓縮功大，合成壓力30MPa。 圖 氨合成塔 ? 1. 結構特點及基本要求 ? 基本要求：維持自熱、有利于升溫還原、催化劑生產強度大；催化劑床層分布合理、保持催化劑活性；氣流均勻、壓降?。粨Q熱強度大、換熱體積小、塔內空間利用率高；生產穩(wěn)定、操作靈活、操作彈性大；結構簡單可靠、內件有自由余地。 ? ? 一種合成塔結構如圖 。 圖 單管并流式合成塔和軸向冷激式合成塔結構如圖 。目前大型氨廠用冷激式多，它具有各床層溫度調節(jié)方便，操作更接近最佳溫度。其操作床層溫度分布情況如圖 。 冷激式合成塔主要優(yōu)點：結構簡單、催化劑分布和溫度分布均勻、控溫調溫方便、床層通氣面大阻力小。 圖 圖 ? 一種徑向冷激式合成塔如圖。其優(yōu)點是：氣體通過床層路徑短，通氣面積更大，阻力更小；適宜用更小粒度催化劑，提高內表面積，減少內擴散影響；催化劑還原均勻；降低能耗，更適宜于離心式壓縮機。 圖 圖 本章復習思考題 ? 1. 合成氨生產主要分幾個工序？各部分任務如何？ ? 2. 天然氣蒸汽轉化制氣過程的基本原理與工藝流程如何？能量利用特點如何？ ? 3. 脫硫的主要方法有哪些？天然氣為原料的廠和煤焦為原料的廠，脫硫工序安排的流程順序為什么不同？ ? ？為什么要分中壓變換和低壓變換？各部分特點如何？ ? ？能量消耗主要在哪個設備上？ ? ？ ? ？各自特點如何？簡述軸向和徑向冷激式合成塔的特點。 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAIT