【正文】 假定氨分離器無溫度和熱量變化，忽略熱損失，故與水冷器作為一個(gè)系統(tǒng)計(jì)算，并假定水冷器為套管冷卻囂。 38 除供給廢熱鍋爐外，還可送出。則軟水量 25 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 算得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。h1 合成一次出塔氣 Q4 10900174 去合成二次入塔氣 Q5 38232637 廢熱鍋爐來氣 Q7 50958054 熱氣出口去軟水預(yù)熱器 Q8 23625591 小計(jì) 61858228 小計(jì) 61858228 軟水預(yù)熱器能量衡算 通過衡算，可以算出可能回收的熱量和可預(yù)熱的軟水量作為鍋爐給水。 (1)冷氣體 (即合成一次出塔氣 )帶入熱量 h/Jk10900174Q 4 ? 圖 熱交換器能量平衡示意圖 (2)冷氣體 (即合成二次入塔氣 )帶出熱量 h/Jk38232637Q 5 ? (3)熱氣體 (即廢熱鍋爐來氣 )帶入熱量 h/Jk50958054Q 7 ? (4)熱氣體出口帶出熱量 h/Jk2 3 6 2 5 5 9 5748 ???? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Q 損 36 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ ，飽和蒸汽壓力為 MPa(絕 )，其焓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， p7= MPa 求得 )km o l/(KJ6 5 8 m7p ??， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表 合成塔能量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /KJ按下速公式進(jìn)行核算 ?33NH6R3NHmp nQy1 )H(yC 1t 損，???? ? ????? （ 35） 式中： )Kkm ol/( CCC m6pm5pmp ???? ， 為進(jìn)出口平均摩爾定壓熱容； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (5)合成反應(yīng)熱 QR 反應(yīng)熱數(shù)值，由《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》查圖?。? HR=由物料衡算知，塔內(nèi)反應(yīng)生成氨為 h/k m o 3NH ???? 則合成反應(yīng)熱為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (3)合成塔一次出塔氣帶出熱量 4Q 由已知 t4= 50℃ ， p4= MPa 求得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (利用普遍化熱容差校正圖 ) (1)合成塔一次入塔氣帶入熱量 Q3 根據(jù)合成塔一次入氣 ③ ， 30t3? 3p = 31 MPa 錯(cuò)誤 !未找到引用源。溫度基準(zhǔn)為 0℃ (熱力學(xué)溫度 K，計(jì)算中涉及的溫度實(shí)為溫差 )。 28 表 合成塔一次入 (3點(diǎn) )， 一次出 (4點(diǎn) )，二次入 (5點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 合成塔出口 (6點(diǎn)和 7， 8， 9， 10點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 氨分離器出口氣 (11點(diǎn) ) 29 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 循環(huán)機(jī)入，出口 (13， 14點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 放空氣 (12點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 (1點(diǎn) ) 30 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 0 0 0 0 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 冷交換一入 (2點(diǎn) )，一出 (15點(diǎn) )，二入 (16點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 氨分離器出口液氨 (17點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 冷交換器出口液氨 (18點(diǎn) ) 31 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 馳放氣組成 (20點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 表 液 氨貯槽入口 (19點(diǎn) ) 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 表 產(chǎn)品液氨 (21點(diǎn) ) 32 組成 摩爾分?jǐn)?shù) /% m3/t NH3 m3/h kmol/h NH3 H2 N2 CH4 Ar ∑ 100 第三章 能量衡算 根據(jù)已知條件和物料衡算結(jié)果，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行能量衡算。 NH3: N H 318 ?， m3 H2: H218 ?， m3 N2: N218 ?， m3 CH4: CH418 ?， m3 Ar: Ar18 ?， m3 g. 液氨貯槽物料衡算 (均以標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積計(jì) ) 進(jìn)入貯槽的液氨量： 3 3 1 6 4 2 3LLL 181719 ??? m3 貯槽中排除產(chǎn)品液氨的量： 2 4 1 3 1 90 8 8 0 43 3 1 6 4 2 3VLL 202121 ????? m3 (標(biāo)準(zhǔn)狀況 ) 結(jié)果與計(jì)算基準(zhǔn)基本一致。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 計(jì)算。 計(jì)算。 NH3: 6345V N H 313 ?， m3 H2: 5 9 5 6 6 3 3V H213 ?， m3 N2: N213 ?， m3 CH4: 0 0 7 4 2 5 9V C H 413 ?， m3 Ar: Ar13 ?， m3 放空氣中各組分的量：按 i1212i12 yVV ， ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 NH3: 9 9 0 2 4 8yVV NH 31111NH 311 ??? ， m3 H2: 5 11 74 5V H211 ?， m3 N2: N211 ?， m3 CH4: 5 6 7 7 2 9 7V C H 411 ?， m3 Ar: Ar11 ?， m3 氨分離器出口液體組分的量，按 i1717i17 xLL ， ?? 計(jì)算。即 171110 LVV ?? (Ll7量暫以氣體體積計(jì) ) 按前面氨分器氣液平衡算得 氣液比： LV2721 ?? 和 8 1 7 5 7 6 6LVV 171110 ??? m3錯(cuò)誤 !未找到引用源。 水冷卻器出口總物料未發(fā)生變化。 式 (213)： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 20 合成循環(huán)回路可簡(jiǎn)化如下示意圖。 計(jì)算 18 NH3: %%100073 925 LFy N H 3N H 3N H 3 ??????錯(cuò)誤 !未找到引用源。 在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認(rèn)定 V/L=≈ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 代入下式。 i18i17i19 ， ?? 表 計(jì)算結(jié)果表 (19點(diǎn) ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) /% % % % % % 表 由氨貯槽的壓力得氣液平衡常數(shù)表（ t=20℃， p= !未找到引用源。 計(jì)算。因此在冷交換器中的氨分離器分離出的液氨，應(yīng)與出口氣成平衡，由氣液平衡關(guān)系可以求出。 液體組成 (摩爾分?jǐn)?shù) )：按 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，計(jì)算得 LV 1 ??????? 14 誤差 0 1 1 5 LVLVLV1 ?????????????????????? 以 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，計(jì)算得 LV 1 ??????? 誤差 0 7 3 8 LVLVLV1 ?????????????????????? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 以 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 總液量 iLL ?? (26) 液體組分的摩爾分?jǐn)?shù) LLx ii? (27) 氣體總量 L1LFV ???? (28) 氣體組分含量，按 (2)式 vLFvvy iiii ??? (29) 對(duì)以上各式求解，需用試差法，現(xiàn)采用直接迭代法進(jìn)行計(jì)算。分離器出口液相組分為 xi，液量為 L。 % %Ar6 ???， 表 出塔氣組成表 (包括 6， 7， 8， 9， 10點(diǎn) ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分 數(shù) /% 100 11 合成率計(jì)算 反應(yīng)掉的 N2， H2與入塔氣中的 N2， H2氣之比。 N H 33N H 366N H 3 nynn ，? (21) 總物質(zhì)的量的減少量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 合成塔入口氣組成 (摩爾分?jǐn)?shù) )(3 點(diǎn) ) 已知入口氣的 NH3和 CH4+Ar濃度，并 假定氫與氮的比例為 3。另外為限制循環(huán)氣中惰氣含量的積累，使其濃度不致于過高，故在氨分離器后放出一部分循環(huán)氣，成為放空氣。氣體則進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)充壓力形成循環(huán)回路。 (i)溶解液氨中的氣體量； (ii)部分設(shè)備和管道的阻力； (iii)部分設(shè)備和管道的熱損失。 (5)新鮮氣溫度： 35℃ 。 設(shè)計(jì)條件 (1)生產(chǎn)能力：液氨產(chǎn)量為 100kt/a。從而防止結(jié)晶長(zhǎng)大，增大了催化劑的表面積，提高了活性。在合成氨鐵催化劑中，普遍采用的促進(jìn)劑有三氧化二鋁、氧化鉀和氧化鈣等。的組成。鐵催化劑在還原之前，以鐵的氧化物狀態(tài)存 在，其主要成分除三氧化二鐵和氧化亞鐵之外，催化劑中還加入各種促進(jìn)劑。壓力越高，氨合成反應(yīng)速率快，進(jìn)口氨含量可控制高些，壓力低，為保持一定的反應(yīng)速率，進(jìn)口氨含量應(yīng)控制得低些。冷凝溫度越低，分離效果越好，進(jìn)塔氣中的氨含量也就越低。一般循環(huán)氣中惰性氣體含量控制在 12 錯(cuò)誤 !未找到引用源。因此，控制循環(huán)氣中的惰性氣體含量過高或過低都是不利的。惰性氣體來自新鮮氣。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)塔循環(huán)氣的氫氮比控制在 — 比較適合。當(dāng)單位循環(huán)氣的反應(yīng)熱降到一定程度時(shí)，合成塔就難以維持 “自然 ”。但由于氨凈值降低的程度比空間速度的增大倍數(shù)要少，所以當(dāng)空間速度增加時(shí)，氨合成的生產(chǎn)強(qiáng)度有所提高，氨產(chǎn)量有所增加。所以為了獲得最大的氨產(chǎn)率，合成氨的反應(yīng)隨著空間速度的增加而相應(yīng)的提高，在最適宜溫度以外，無論升高或是降低溫度，氨產(chǎn)率都會(huì)下降。例如，催化劑在使用初期活性較高，反應(yīng)溫度可以低些；使用中期活性減弱，操作溫度要提高；使用后期活性衰退，操作溫度要比使用中期更高一些。實(shí)踐證明，操作壓力在 20—35MPa 時(shí)總能量消耗最低。氨合成系統(tǒng)的能量消耗主要包括原料氣壓縮功，循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功。決定生產(chǎn)條件的因素是壓力、溫度、空間速度、4 氣體組成和催化劑等。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物 實(shí)現(xiàn)或接近 “ 零排放 ” 的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。在合成氨裝置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中 其焦點(diǎn)主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備 即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術(shù)、合成氣壓縮機(jī)。其結(jié)構(gòu)調(diào)整包括原料結(jié)構(gòu)、品質(zhì)構(gòu)調(diào)整。目前合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是優(yōu)化原料路線實(shí)現(xiàn)制氨原料的多元化引進(jìn)先進(jìn)的煤氣化工藝制取合成氣降低產(chǎn)品成本改善生產(chǎn)環(huán)境 ； 同時(shí)研