【正文】 （3） 熱氣體帶入熱量 熱氣體在器內(nèi)處與氨飽和區(qū)內(nèi)，計算氣體比熱容時先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的辦法計算實際的氣體比熱容。 V出=。(0i)≈ M180。(0CH4)=100﹪=﹪ 入口液體中氬含量 m180。 液氨貯槽入口1Kmol液體計算為準，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(15)X15i+L16X16i = G％L0X15i+(1 G％)X16i =+混合后入口氨含量： m0NH3=+=混合后入口甲烷含量：m0CH4=+=混合后入口氬含量： m0Ar=+=混合后入口氫含量： m0H2=+=混合后入口氮含量： m0N2=+= 液氨貯槽入口液體含量m0NH3m0CH4m0Arm0H2m0N2小計當t=17℃，P=，計算得熱平衡常數(shù)： 各組分的平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN2170540575620 根據(jù)氣液平衡L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設(shè)(V/L)=,代入上式得： 出口液體氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L)kNH3] =(1+)= kmol 出口液體甲烷含量：LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)kCH4] =(1+170)= 出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L)kAr] =(1+540)= 出口液體氫氣含量：LH2=m0H2/[ 1+(V/L)kH2] =(1+575)= 出口液體氮氣含量：LN2=m0N2/[ 1+(V/L)kN2] =(1+620)= L(總)=,V==,(V/L) ＇=V/L=,誤差 =()/=％，結(jié)果正確。用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收熱量，而塔型的選擇見設(shè)備選型部分。 回收合成反應(yīng)熱是節(jié)能的途徑之一，是必不可少的。增加壓力，有利于反應(yīng)的平衡和速率?，F(xiàn)在都是一些大型合成氨廠用該法對熱量進行回收?，F(xiàn)在通常是采用塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔，因為能相對完全的吸收熱量?，F(xiàn)在大多數(shù)氨廠用此法來回收。(6)反應(yīng)熱的回收利用 氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需要回收該部分反應(yīng)熱。所以，要選取新鮮氣加入前且氨已基本分離位置進行放空。為了減少情性氣體含量，會放空些許剩余的氫氮氣，再混合新鮮原料氣巡回合成塔內(nèi)繼續(xù)氨的合成，這就形成了循環(huán)法工藝流程。后面再安裝氨分離器，用來從氣相把冷凝下來的液氨分離，將其降壓再進入液氮貯槽。(3)氨的分離 之所以要進行氨的分離是因為氫氮混合氣在氨合成塔催化層里不是全部都會反應(yīng)生成氨。一些氣體中不含油水的壓縮機如離心式壓縮機及無油潤滑的往復(fù)式壓縮機，不用安裝濾油設(shè)備。(1)氣體的壓縮和除油 為使新鮮原料氣及循環(huán)氣壓縮達到合成所需壓力，需要在過程中安裝壓縮機。生產(chǎn)期間有一系列化學(xué)反應(yīng)、燃燒、傳熱、分離等程序。合成氨的生產(chǎn)過程中，有很多繁雜的工序，全程都在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等條件下進行，要謹慎控制各種反應(yīng)因素，稍不留意將不堪設(shè)想。但壓力并不是功耗取決因素，還要結(jié)合工藝指標和流程的布置來判斷。該法的操作壓力為20～60MPa，溫度控制在450～550℃。該法對壓力和溫度要求都較低，所以對設(shè)備要求不高，管理簡單方便，還有較高催化劑的活性。但高得合成效率使反應(yīng)放熱量大，使催化劑得溫度上升，如果控制不當，不能及時散熱，會使催化劑燒壞甚至失活，因此催化劑的使用壽命不長。在合成系統(tǒng)中，液氨就是其產(chǎn)品。低壓為宜，空速可以較大。金屬鐵是該反應(yīng)的活性組成，使用前要還原催化劑。Fe2O3相似，使Fe3O4分布均勻，催化劑還原后，加大催化劑表面積，提高活性。一般，當操作壓力較低和催化劑活性較好時，循環(huán)氣中的惰性氣體含量宜保持在16到20個百分點，反之在12到16個百分點。當壓力在10~100Mpa時，~。174?，F(xiàn)在列舉普遍認可的機理作為例子。很多逸度系數(shù)可以通過查找相關(guān)圖表獲取。通常情況下，氨產(chǎn)率只能達到平衡值的50%～70%，因此，會把反應(yīng)中氮的比例適量的增加，～。④氫氮比 依據(jù)平衡移動原理，平衡體系濃度的改變，平衡就往阻止這個改變的方向進行。因此，空速的增加會進一步提高氨的產(chǎn)量。從反應(yīng)速度看，升溫能加快反應(yīng)速度，原因是升溫加快了分子的運動速度，這樣既增加了分子的間相撞機率，又提高了分子克服阻力的能力，使分子得有效結(jié)合的機率增高。若溫度增加，平衡會往氨分解方向進行；即： N2→2N→2NH→2NH2→氨合成反應(yīng)式為： 固定層加壓連續(xù)氣化以無煙煤及碳化煤球為主。除煙煤外，其他的煤種因含揮發(fā)分多，不宜常壓固定碳層間歇氣化方法。③固體原料合成氨焦炭、煤是合成氨的主要固體原料。②液體原料合成氨英國的帝國化學(xué)公司是最先利用石腦油生產(chǎn)合成氨原料氣的，上世紀5060年代，技術(shù)已經(jīng)比較發(fā)達，石腦油來自石油餾出的較輕餾分。生產(chǎn)氨工藝技術(shù)中以氣體原料不少，包括部分氧化法及無催化熱裂解法（原料為天然氣或石油加工氣）；包括部分氧化法及深冷氫分法（原料為焦爐氣）。在此情況下下，該課題以“年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段初步設(shè)計”為題，對合成氨合成工段的工藝條件和設(shè)備選型等進行初步的探討[2]。但是，我們國家大部分合成氨工業(yè)使用固定床水的煤氣爐煤制氣技術(shù)，老化爐型、較低的能源利用率、高額的原料費用,都急需技術(shù)革新。我國氮肥工業(yè)不僅滿足了國內(nèi)需求，還發(fā)展了國際市場。所以，氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)由合成氨工業(yè)決定，合成氨工業(yè)對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。合成氨是各種氮肥的主要生產(chǎn)原料，所以，氮肥工業(yè)的發(fā)展情況可以通過合成氨工業(yè)的發(fā)展來看出。 (4)將來合成氨裝置在市場競爭中的主要保障是延長運行周期。 (3)清潔生產(chǎn)將會是未來合成氯裝置發(fā)展的必然且是唯一的途徑。增建的脫出酸性氣體的工序，應(yīng)用了低溫甲醇洗凈化的工藝手段，來進化變換氣的脫硫脫碳工序，成功脫除變換器中H2S、COS、9CO2，再結(jié)合兩級克勞斯脫硫+scot工藝來處理低溫甲醇洗工序的H2S產(chǎn)生的尾氣，改造和利用甲烷化工序完成整個操作過程[1]。生產(chǎn)原料以煤、焦為主，而以氣為原料的僅占4%[1]。（2）小、中型氮肥裝置目前,我們國家有55套中型的合成氨裝置，其生產(chǎn)能力約500萬t/a，主要用于生產(chǎn)硝酸銨和尿素。在此情況下就要結(jié)合現(xiàn)有裝置設(shè)備特點來逐漸挖掘自身的潛力，還要合理的調(diào)節(jié)當前的操作過程，來實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)裝置的最優(yōu)搭配。合成氨是氨化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，同時它也是有機化工和無機化學(xué)行業(yè)的基礎(chǔ)原材料，因此合成氨被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上。 (4) NH3呈弱堿性，它能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍。NH3還可以被氧化成N2。在常壓下，℃或在常溫下加壓至700KPa至800KPa，氣態(tài)氨就會液化成無色液體，此時會放出很多的熱。若眼部接觸氨，會有流淚現(xiàn)象。僅在2006年，市面上的清潔產(chǎn)品主要用它來制造。在此次設(shè)計過程中，一直得到曾令瑋老師的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)們的通力合作以及室友在Word、CAD操作方面的幫助，在此一并表示感謝！由于時間倉促、現(xiàn)場工作經(jīng)驗不足及知識方面的欠缺等因素的存在，設(shè)計難免有不妥，望老師們批評指正！ 氨的性質(zhì) 氨,英語名：Ammonia，分子式為NH3，亦稱氨氣或無水氨，是一種無色、有猛烈刺激氣味且極易溶于水的氣體。在本設(shè)計中，分別闡述了氨的性質(zhì)、用途、危害及合成方法；對氨合成技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了進一步的分析，了解了合成氨的工業(yè)生產(chǎn)市場及前景；同時，也對合成氨的工藝原理以及相關(guān)的物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型等都作了詳細的闡述。 Synthesis section湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） i第一章 緒論當今，氨在世界工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛，在國民生產(chǎn)中有舉足輕重地位。關(guān)鍵詞：循環(huán)工藝；合成氨；合成工段ABSTRACTAmmonia is one of the most productive in the world of inorganic pounds, extensive use of it, but the vast majority of the ammonia is used to produce chemical fertilizers. Throughout the ammonia process, ammonia synthesis section is the core part of the ammonia plant is the last step. Its mission is under certain conditions of temperature, pressure and presence of a catalyst, hydrogen purification of ammonia nitrogen gas, the reaction gas in the ammonia content is generally only 10% to 20%。它的任務(wù)是在一定的溫度、壓力及催化劑存在的條件下，將精制的氫氮氣體合成氨，反應(yīng)后氣體中一般氨含量只有10%~20%；將反應(yīng)后氣體中的氨與其他氣體組分分離，提供液氨產(chǎn)品；將分離氨后的未反應(yīng)氣體循環(huán)使用，因此氨合成工藝一般使用循環(huán)工藝流程。5 提交設(shè)計（論文）形式（設(shè)計說明與圖紙或論文等）及要求：（1）形式：設(shè)計說明書1本；圖紙3張（帶控制點的工藝流程圖、平面布置圖及主要設(shè)備圖，圖用CAD制作）。 （2）要求：設(shè)計說明書字數(shù)不少于8000字；圖紙符合國家有關(guān)標準；寫作格式按湖南科技大學(xué)教務(wù)處有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；設(shè)計說明書按學(xué)校統(tǒng)一標準裝訂。本設(shè)計通過查閱相關(guān)文獻和資料，選擇了合理的設(shè)計方案，完成了年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段的初步設(shè)計。 The reaction of ammonia gas and other gases group of separation, providing ammonia products。合成氨的合成是整個合成氨工藝流程中的核心工段，是合成氨廠的最后一道工序。以理論計算為依據(jù)，以實際工廠生產(chǎn)為基礎(chǔ)，力求做到理論聯(lián)系實際。氨是所有食物和肥料的重要成份，對地球上的生物來說至關(guān)重要。氨是一種路易斯堿，由于它能夠提供孤對電子。如果不注意接觸過多的氨而出現(xiàn)病癥，必須立刻吸入新鮮空氣和水蒸氣，且對眼部用大量清水清洗。相反，液態(tài)氨汽化時，要吸收大量的熱，周邊物體的溫度就會迅速下降，所以氨經(jīng)常做制冷劑。（3)氨水（NH3 (5)氨能和酸類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成銨鹽。近年，在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外通過降低合成的壓力、提高合成的轉(zhuǎn)化率、減少氨合成的壓降及合理使用能源等技術(shù)，又研發(fā)了節(jié)能氨合成工藝技術(shù)及工藝流程。 我國合成氨技術(shù)的發(fā)展概況（1）大型氮肥裝置 目前，我們國家有大型的合成氨裝置總計34套，生產(chǎn)能力達1000萬t/a。其中有34套裝置是以煤、焦為原料的，有12套裝置是采用天然氣作為原料，有9套裝置是以渣油為原料的。在新建的煤氣生產(chǎn)線中，生產(chǎn)合成氣采用的主流工藝是煤氣化。 (1) 低能耗與生產(chǎn)環(huán)境將是以后合成氨裝置技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。在生產(chǎn)過程當中，不生成或降低副產(chǎn)物、廢物來達到或臨近“零排放”的標準。其中裝置運轉(zhuǎn)率的提升、運轉(zhuǎn)周期的延長、新的生產(chǎn)工藝優(yōu)化技術(shù)及先進的控制技術(shù)等將逐漸受到世界企業(yè)的重視[1]。尿素、氯化銨、硝酸銨、硫酸銨等氮素肥料的生產(chǎn)都是以氨為主要原料。上個世紀50年代來, 我國的氮肥工業(yè)就不斷發(fā)展壯大。已經(jīng)達到與國際合成氨行業(yè)的競爭能力，產(chǎn)品及原料結(jié)構(gòu)的調(diào)整將是新方向， 這樣才能不斷改善經(jīng)濟效益。目前合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢是改善原料路線, 使原料多元化, 再引進先進的煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣, 減少產(chǎn)品的成本, 優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境。 合成氨生產(chǎn)原料的種類及工藝特點合成氨生產(chǎn)的原料可分為氣體、液體和固體三種。而最為廣泛采用的的是以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化工藝。這一度被一些沒有天然氣資源的國家所利用。焦炭是從原煤干餾獲取的，不含揮發(fā)分。都選擇流化床和各類氣流床作為其造氣設(shè)備。無煙煤性能接近焦炭，卻有更高的生產(chǎn)能力。 3H2+N2=2NH3+熱量2NH3→2NH3當溫度降低時，反應(yīng)往氨生成方向進行。②壓 力 氨合成反應(yīng)是1個氮分子和3個氫分子化合為2個氨分子，是一個分子個數(shù)變少、體積縮小的反應(yīng)。 因此，增加合成的壓力既能提高平衡的轉(zhuǎn)化率，又能增加反應(yīng)的速率。③空 速 空速指氣體與催化劑接觸時間的長短。但增加空間速度會增大每生產(chǎn)每噸氨所需的循環(huán)氣量及輸送氣體要克服的阻力，從而增大能量的消耗。在氨合成反應(yīng)中，是按H2/N2=3：1的比例反應(yīng)的，所以增加氫氣、氮氣的分壓，保持氫氮比可以增加平衡氨的含量。通常，氨廠把溫度控制在400~500 ℃，大型的合成氨廠把壓力控制在10~24 Mpa而小型合成氨廠會控制在20~32 MPa。氨合成反應(yīng)會放出熱量，其熱效應(yīng)的計算如下：式中溫度單位為K，壓力單位為MP a，知其反應(yīng)熱單位為kJ/kmol。 氨合成反應(yīng)歷經(jīng)有下列基本步驟 N2 + [KFe] → N2[KFe] 氮分子被吸附 N2[KFe] → 2N[KFe] 解離 2N[KFe] + H2 → 2NH[KFe] 與氫氣反應(yīng) 2NH[KFe] + H2 → 2NH2[KFe] 2NH2[KFe] + H2 → 2NH3[KFe] 2NH3[K