【正文】 最后，非常感謝何凱老師在設(shè)計(jì)中給予我以及我們小組的寶貴意見和指導(dǎo)，也感謝本組成員的全力合作，使得我能順利完成本次設(shè)計(jì)。總之，這次課程設(shè)計(jì)提升了我的計(jì)算、繪圖、編輯文件、使用規(guī)范化手冊(cè)等最基本的工作能力。這是一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的過(guò)程，鍛煉了自己獨(dú)立工作能力的過(guò)程。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)如何開展一次化工設(shè)計(jì)的程序有了深入地了解?？捎脺p振器或吸聲罩等辦法來(lái)降低噪聲。鍋爐產(chǎn)生的煙塵可通過(guò)加高煙囪高度和采用旋風(fēng)除塵器等干式除塵器辦法來(lái)解決。 (2)對(duì)水域的污染 工業(yè)廢渣在雨水、冰、雪的作用下，可以很容易地溶入江河湖?；蛲ㄟ^(guò)土壤而滲入地下水域里，造成水體的嚴(yán)重污染與破壞。(4)對(duì)農(nóng)林牧副漁業(yè)的危害 廢水污染對(duì)漁業(yè)及農(nóng)業(yè)的影響已十分廣泛，其危害程度已到驚人的地步。目前，第二類污染危害是水污染的主要方面，是人們普遍關(guān)心，急待解決的重要危害。工業(yè)廢水中各種有害物一旦排入水體，將對(duì)水體造成嚴(yán)重的污染，不但破壞水體的生態(tài)平衡，而且危及人身健康和工、農(nóng)、漁業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。(4)農(nóng)業(yè)森林損失 廢氣中污染物對(duì)農(nóng)業(yè)、森林、水產(chǎn)也造成嚴(yán)重的危害，其中特別是農(nóng)業(yè)和森林受害最大。主要表現(xiàn)為呼吸道疾病、生理機(jī)能障礙，或者眼鼻等粘膜受到刺激而生病，或者因污染急性中毒使惡化而死亡等。(1)人體健康危害 工業(yè)廢氣污染對(duì)人體健康的危害包括急性和慢性兩方面。這些污染物質(zhì)排入大氣后都會(huì)造成危害。中國(guó)對(duì)工業(yè)污染的治理十分重視，十多年來(lái)，國(guó)家在工業(yè)污染治理方面進(jìn)行了大量投資，建設(shè)了大批治理污染的設(shè)施，也怪得了比較明顯的環(huán)境效益。1． 廠房設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用雙層廠房，這樣使廠房利用率較高建設(shè)費(fèi)用也低，廠房設(shè)有配電室，貯存室及控制室。車間布置旨在最有效地利用廠房空間，一方面方便于工作操作，避免生產(chǎn)設(shè)備的過(guò)度擁擠；另一方面，注意廠房的通風(fēng)和防火防爆，確保安全生產(chǎn)。將整個(gè)催化劑床層分成三段，各段尺寸及參數(shù)見下表：表51 各段催化劑床層尺寸及參數(shù)表段數(shù)n名稱123絕熱層高度150025003500催化劑用量催化劑活性系數(shù)進(jìn)口溫度 412出口溫度447487進(jìn)口氨含量出口氨含量氨產(chǎn)量催化劑單位反應(yīng)熱，依圖51對(duì)該流程進(jìn)行說(shuō)明：入塔主線氣體經(jīng)內(nèi)外筒環(huán)隙進(jìn)入，經(jīng)底部出口去塔外預(yù)熱器預(yù)熱后，分兩股二次入塔，一股進(jìn)入下?lián)Q熱器預(yù)熱，然后通過(guò)中心管進(jìn)入一段床層進(jìn)行絕熱反應(yīng)，出一段催化劑氣體與從塔頂引入的冷激氣，在冷激分布器中混合均勻，降低溫度后進(jìn)入二段催化劑，經(jīng)二段絕熱反應(yīng)后氣體進(jìn)入層間換熱器管內(nèi)與另一股管間冷氣換熱降溫，冷氣從塔頂引入，出換熱管間后通過(guò)升氣管與入塔主線氣體混合后一起進(jìn)入一段床層，經(jīng)三段床層絕熱反應(yīng)后的氣體進(jìn)入底部下?lián)Q熱器，降溫后出塔，改變冷激氣和冷卻氣流量，可以分別調(diào)節(jié)二段及三段床層入口氣體溫度，一段床層入口氣體溫度可采用塔副線調(diào)節(jié)。（3）熱氣體帶出熱量Q11 ，,由于氣體在氨飽和區(qū)，故先計(jì)算常壓下氣體組分比熱容然后用壓力校正法計(jì)算實(shí)際比熱容 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》比熱容壓力校正圖則混合氣的比熱容熱氣帶出熱量 (4)液氨帶出熱量 查35℃液氨比熱容 (5)冷水量計(jì)算設(shè)需冷水量W，冷卻上水，冷卻下水，冷卻水比熱容 則 冷卻水吸收熱量為∴ 冷卻上水帶入熱量：冷卻下水帶入熱量：表428 水冷器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）熱氣帶入熱量 Q10熱氣帶出熱量 Q11氨冷凝熱量 Q冷液氨帶出熱量 Q液冷卻上水帶入熱量Q上水冷卻下水帶入熱量Q下水小 計(jì)小 計(jì)其進(jìn)出口溫度無(wú)變化，由氣體熱平衡，氨分離器吸入熱、水冷器熱平衡計(jì)算得：氨分離器支出熱，氣體放空氣帶出熱量： 冷交換器帶入熱量，由冷交換器熱平衡計(jì)算得：；誤差假設(shè)值與實(shí)際值基本相符計(jì)算有效氨分離器帶入熱量等于液氨帶出熱量 熱量計(jì)算點(diǎn)圖見附錄第五章 設(shè)備選型及設(shè)計(jì)計(jì)算 合成塔催化劑層設(shè)計(jì)W電爐出塔氣入塔氣1654321第一段絕熱床 2冷激器 3第二段絕熱床4層間換熱器 5第三段絕熱床 6下?lián)Q熱器圖51 三段絕熱冷激—間接換熱式內(nèi)件流程圖選用三段絕熱冷激—間接換熱式內(nèi)件，此內(nèi)件是由三段軸向絕熱床和復(fù)合換熱式結(jié)構(gòu)組成，層間換熱器與下?lián)Q熱器并聯(lián)：第一絕熱床+冷激器+第二絕熱床+層間換熱器+第三絕熱床+下?lián)Q熱器?！?合成塔氣體二次入口帶入熱量（9）合成塔絕熱溫升核算 由 式中 ∴ 假設(shè)值與實(shí)際值基本相符,計(jì)算有效。 （2）冷氣進(jìn)口溫度，為保證合成塔入口氨含量在,出氨冷器的氣體的氨含量必須等于或小于，設(shè)過(guò)飽和度為,則，該冷凝溫度下的平衡氨含量為： 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖931平衡氨含量為；時(shí)，冷激溫度 ,故冷氣進(jìn)口溫度等于（3）熱氣體帶入熱量，熱氣體在器內(nèi)處于氨飽和區(qū)，計(jì)算氣體比熱容時(shí)先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的方法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容：查,時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表111，各物質(zhì)的臨界溫度和壓力并計(jì)算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表159 由壓力校正法：熱氣體帶入熱量：(4) 冷氣體帶入熱量：查,時(shí)各組分比熱容并計(jì)算得： ,查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表1519 由壓力校正法：冷氣體帶入熱量：(5) 氨冷凝熱：設(shè)熱氣出口溫度為，熱氣體在器內(nèi)由冷卻到然后進(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱 液氨冷凝放出熱量，(6) 液氨帶入熱量：查10℃時(shí)液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　(7) 熱氣體帶出熱量：查,時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表158 由壓力校正法：熱氣體帶出熱量：(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查時(shí)液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　 (9) 冷氣體帶入熱量：(10) 冷氣體帶出熱量：∵設(shè),查時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得： 表421 冷交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內(nèi)熱氣體帶入熱量 管內(nèi)熱氣體帶出熱量管外冷氣體帶入熱量 管內(nèi)液氨帶出熱量管內(nèi)液氨冷凝熱 管外液氨帶出熱量管外液氨散熱　管外冷氣帶出熱量小 計(jì)小 計(jì)(11) 冷交換器熱量負(fù)荷計(jì)算： 氨冷凝器熱量衡算Q17氨冷凝器Q液氨Q2Q1Q18Q氣氨圖422 氨冷凝器熱量計(jì)算示意圖（1）氣體帶入熱量 由冷交換器熱量計(jì)算得 （2）氣體中液氨帶入熱量 由冷交換器熱量計(jì)算得 （3）氨冷器中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》在, 則氣氨冷凝熱：（4）新鮮氣帶入熱量 , 查壓力下各組分氣體比熱容然后用疊加的方法計(jì)算得實(shí)際氣體混合熱容 所以新鮮氣帶入熱量：氨冷器收入總熱量 （5）氨冷器入口混合物溫度計(jì)算由熱平衡 設(shè),查壓力下各組分氣體比熱容，然后用疊加的方法計(jì)算得實(shí)際氣體混合熱容。 解得 則氨冷器中冷凝液氨量： 氨冷器出器總液氨量: 氨冷器出器氣量: 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量 NH3 CH4 Ar H2 N2 出器總物料 冷交換器物料計(jì)算圖414 冷交換器物料計(jì)算示意圖V3V2冷交換器V14V17進(jìn)口物料：冷交換器進(jìn)口總物料等于氨冷器出口總物料其中氣體入口 ；液體入口 ；由氣液平衡計(jì)算得，以 進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)：即 將 ，代入上式： 式中 可由物料平衡和氨平衡計(jì)算 式中 ———冷交換器入口總物料； ———冷交換器熱氣出口總物料 ———冷交換器入口總氨物料將 ， 代入上式解得：∴ ；∴ 代入 得：。 入塔物料： 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料即　　 出塔物料　 NH3 CH4 Ar H2 N2 合成塔生成氨含量：廢熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。水冷后分離液氨占總量的，冷交分離液氨占總量的。新鮮氣和循環(huán)氣中油、水及雜質(zhì)可通過(guò)氨冷器低溫液氨洗滌后除去。該流程具有能如下一些特征：氨合成反應(yīng)熱未充分予以回收，用來(lái)副產(chǎn)蒸汽，或用來(lái)預(yù)熱鍋爐給水。%?；旌蠚膺M(jìn)冷交換器上部換熱管內(nèi)，與冷交換器下部來(lái)的冷氣體進(jìn)行換熱回收冷量，熱氣體被冷卻至17℃，然后進(jìn)入氨冷器。綜合考慮的結(jié)果，一般中小型合成氨廠當(dāng)操作壓力在30 MPa左右時(shí)，%~%之間。降低進(jìn)口氨含量，可加快反應(yīng)速度，提高氨凈值和生產(chǎn)能力。由于原料氣的制備與凈化方法不同，新鮮氣體中惰性氣體的含量也不同。但是氫氮?dú)夂筒糠职币搽S之排放，造成一定損失，故循環(huán)氣體中惰性氣體的控制含量不能過(guò)高也不能過(guò)低。惰性氣體不參與反應(yīng)，也不毒害催化劑，但由于他們的存在會(huì)降低氫氮比的分壓。(1) 氫氮比 當(dāng)氫氮比為3:1時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)可以獲得最大的平衡氨濃度，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氮比隨著氨含量的變化而變化。一般含氨混合氣體的冷凝分離是經(jīng)水冷卻器和氨冷囂二步實(shí)現(xiàn)的。 工業(yè)上采用的氨合成工藝流程雖然很多，而且流程中設(shè)備結(jié)構(gòu)操作條件也各有差異，但實(shí)現(xiàn)氨合成過(guò)程的基本步驟是相同的，都必須包括以下幾個(gè)步驟：氮、氫原料氣的壓縮并補(bǔ)充到循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對(duì)未反應(yīng)氣體補(bǔ)充壓力，循環(huán)使用；排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。但在一定限度內(nèi)，其他條件不變，增加空間速度，合成氨產(chǎn)量增加，單位時(shí)間所得的總反應(yīng)熱增多，通過(guò)水冷器和氨冷器的氣體流量增大，需要移走的熱量增多，導(dǎo)致冷凝器的冷卻面積要相應(yīng)增大，否則就不能將高流速氣體中的氨冷凝下來(lái)。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)，合成氨的產(chǎn)量也有所增加。在中期活性降低，操作溫度應(yīng)比初期適當(dāng)提高8~10 ℃。就整個(gè)反應(yīng)過(guò)程來(lái)說(shuō)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率不斷增加，最佳溫度隨轉(zhuǎn)化率增加而降低。而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性范圍內(nèi)。(2) 最適宜的反應(yīng)溫度 合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡常數(shù)下降，平衡氨含量必定減少。但是壓力高時(shí)，對(duì)設(shè)備的材料和制造的要求均高。所以，提高壓力對(duì)氨合成反應(yīng)的平衡和反應(yīng)速度都有利，在一定空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值越高，合成塔的生產(chǎn)能力也越大。 工藝流程的選擇合成氨的生產(chǎn)工藝條件必須滿足產(chǎn)量高，消耗低，工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便及安全可靠等要求。中壓法的優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法中間，但從經(jīng)濟(jì)效果來(lái)看，設(shè)備投資費(fèi)用和生產(chǎn)費(fèi)用都比較低。從而簡(jiǎn)化了流程；設(shè)備和流程比較低緊湊，設(shè)備規(guī)格小，投資少，但由于在高壓高溫下操作，對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)要求比較高。該法的優(yōu)點(diǎn)是由于操作壓力和溫度較低，對(duì)設(shè)備、管道的材質(zhì)要求低、生產(chǎn)容易管理，但低壓法合成率不高，合成塔出口氣體中含氮約8％～10％，所以催化劑的生產(chǎn)能力比較低；同時(shí)由于壓力低而必須將循環(huán)氣降至20℃的低溫才能使氣體中的氨液化，分離比較完全，所以需要設(shè)置龐大的冷凍設(shè)備，使得流程復(fù)雜，且生產(chǎn)成本較高。目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種類的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。⑵ 溫度低時(shí)，反應(yīng)有利于向氨合成的方向進(jìn)行，但反應(yīng)速度較慢，提高溫度不利于反應(yīng)平衡，但可以加快反應(yīng)速度，在實(shí)際操作中，溫度的選擇取決于觸媒的活性。同時(shí)，調(diào)整企業(yè)結(jié)構(gòu)，減少基礎(chǔ)肥料生產(chǎn)廠數(shù)量，提高單套裝置的規(guī)模，使合成氨工業(yè)朝現(xiàn)代化又邁進(jìn)一步。③與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)。合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì): ①原料路線的變化方向。內(nèi)技術(shù)進(jìn)行改造。我國(guó)合成氨工業(yè)存在一些特殊問(wèn)題，一是氮肥資源緊張。 合成氨工業(yè)的發(fā)展 合成氨工業(yè)在20世紀(jì)初期形成，開始用氨作為火炸藥工業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)。半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（H2+CO）/N2=～。煤氣的成分取決于燃料和汽化劑的種類以及進(jìn)行汽化的條件。氮?dú)庵饕菑目諝庵刑崛　０迸c空氣(或氧)的混合氣,在一定濃度范圍內(nèi)能發(fā)生劇烈的氧化作用而爆炸。氨水中的氨極易揮發(fā)。 氨的性質(zhì) 氨的物理性質(zhì) 氨在常溫下是無(wú)色氣體，比空氣輕，具有刺激性臭味，能刺激人體感官粘膜空氣中，％時(shí)即會(huì)引起人體慢性中毒。硝酸銨既是優(yōu)良的化肥，又是安全炸藥，在礦山開發(fā)等基本建設(shè)