【正文】 最后，非常感謝何凱老師在設(shè)計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?？傊?，這次課程設(shè)計提升了我的計算、繪圖、編輯文件、使用規(guī)范化手冊等最基本的工作能力。這是一個理論聯(lián)系實際，發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程，鍛煉了自己獨立工作能力的過程。通過此次課程設(shè)計，我對如何開展一次化工設(shè)計的程序有了深入地了解?？捎脺p振器或吸聲罩等辦法來降低噪聲。鍋爐產(chǎn)生的煙塵可通過加高煙囪高度和采用旋風(fēng)除塵器等干式除塵器辦法來解決。 (2)對水域的污染 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^土壤而滲入地下水域里，造成水體的嚴(yán)重污染與破壞。(4)對農(nóng)林牧副漁業(yè)的危害 廢水污染對漁業(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)排入大氣后都會造成危害。中國對工業(yè)污染的治理十分重視，十多年來，國家在工業(yè)污染治理方面進行了大量投資，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)計本設(shè)計采用雙層廠房，這樣使廠房利用率較高建設(shè)費用也低，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)進口溫度 412出口溫度447487進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對該流程進行說明：入塔主線氣體經(jīng)內(nèi)外筒環(huán)隙進入，經(jīng)底部出口去塔外預(yù)熱器預(yù)熱后，分兩股二次入塔，一股進入下?lián)Q熱器預(yù)熱，然后通過中心管進入一段床層進行絕熱反應(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，降低溫度后進入二段催化劑，經(jīng)二段絕熱反應(yīng)后氣體進入層間換熱器管內(nèi)與另一股管間冷氣換熱降溫，冷氣從塔頂引入，出換熱管間后通過升氣管與入塔主線氣體混合后一起進入一段床層，經(jīng)三段床層絕熱反應(yīng)后的氣體進入底部下?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)，故先計算常壓下氣體組分比熱容然后用壓力校正法計算實際比熱容 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—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 計小 計其進出口溫度無變化，由氣體熱平衡，氨分離器吸入熱、水冷器熱平衡計算得：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算得：；誤差假設(shè)值與實際值基本相符計算有效氨分離器帶入熱量等于液氨帶出熱量 熱量計算點圖見附錄第五章 設(shè)備選型及設(shè)計計算 合成塔催化劑層設(shè)計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)值與實際值基本相符,計算有效。 （2）冷氣進口溫度，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)計手冊》圖931平衡氨含量為；時，冷激溫度 ,故冷氣進口溫度等于（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，然后用壓力校正的方法計算實際的氣體比熱容：查,時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表111，各物質(zhì)的臨界溫度和壓力并計算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》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,時各組分比熱容并計算得： ,查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》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℃時液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　(7) 熱氣體帶出熱量：查,時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》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),查時的各組分比熱容并計算得： 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 計小 計(11) 冷交換器熱量負(fù)荷計算： 氨冷凝器熱量衡算Q17氨冷凝器Q液氨Q2Q1Q18Q氣氨圖422 氨冷凝器熱量計算示意圖（1）氣體帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （2）氣體中液氨帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （3）氨冷器中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—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算得實際氣體混合熱容 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算得實際氣體混合熱容。 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 冷交換器物料計算圖414 冷交換器物料計算示意圖V3V2冷交換器V14V17進口物料：冷交換器進口總物料等于氨冷器出口總物料其中氣體入口 ；液體入口 ；由氣液平衡計算得，以 進口物料為計算基準(zhǔn)：即 將 ，代入上式： 式中 可由物料平衡和氨平衡計算 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，二進物料，熱交換器冷氣進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：廢熱鍋爐進出口物料，熱交換器進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，用來副產(chǎn)蒸汽，或用來預(yù)熱鍋爐給水。%?；旌蠚膺M冷交換器上部換熱管內(nèi)，與冷交換器下部來的冷氣體進行換熱回收冷量，熱氣體被冷卻至17℃，然后進入氨冷器。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，%~%之間。降低進口氨含量，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。但是氫氮氣和部分氨也隨之排放，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高也不能過低。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降低氫氮比的分壓。(1) 氫氮比 當(dāng)氫氮比為3:1時，對于氨合成反應(yīng)可以獲得最大的平衡氨濃度，但從動力學(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，但實現(xiàn)氨合成過程的基本步驟是相同的，都必須包括以下幾個步驟：氮、氫原料氣的壓縮并補充到循環(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；對未反應(yīng)氣體補充壓力，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，單位時間所得的總反應(yīng)熱增多，通過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。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，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 ℃。就整個反應(yīng)過程來說，隨著反應(yīng)的進行，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)是一個可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時，平衡常數(shù)下降，平衡氨含量必定減少。但是壓力高時，對設(shè)備的材料和制造的要求均高。所以，提高壓力對氨合成反應(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)簡單，操作方便及安全可靠等要求。中壓法的優(yōu)缺點介于高壓法與低壓法中間，但從經(jīng)濟效果來看，設(shè)備投資費用和生產(chǎn)費用都比較低。從而簡化了流程；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，對設(shè)備和管道的材質(zhì)要求比較高。該法的優(yōu)點是由于操作壓力和溫度較低，對設(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，反應(yīng)有利于向氨合成的方向進行，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，在實際操作中，溫度的選擇取決于觸媒的活性。同時，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: ①原料路線的變化方向。內(nèi)技術(shù)進行改造。我國合成氨工業(yè)存在一些特殊問題，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行汽化的條件。氮氣主要是從空氣中提取。氨與空氣(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，％時即會引起人體慢性中毒。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)