【正文】 h1 表 419 氨分離器熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1) 氣 —?dú)鈸Q器 → 水冷器帶入熱量 Q61 熱氣體帶出熱量 Q62 9829002 氨冷凝熱 Q 冷 冷卻水進(jìn)口帶進(jìn)熱 Q 進(jìn) 7524000 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 32604000 小 結(jié) 小 結(jié) 對(duì)氨分離器作熱量衡量 氨分離器進(jìn)出口溫度沒有發(fā)生變化，由氣體熱量平衡 ⒈ 由水冷器 → 分離器帶進(jìn)熱量 Q71 Q71 = Q62 = 9829002 kJh1 ⒍ 冷卻水量計(jì)算 令冷卻水上進(jìn)口溫度為 ta=15 ℃ ，冷卻水出口溫度為 tb=65 ℃ ，取冷卻水比熱容 Cpl= kJ/kg,令冷卻水流量為 W，則 △ Q = WCpl(tbta)1000 由 W = △ Q/[1000Cp(tbta)]= [1000(6515)] =120 m3 冷卻水進(jìn)口帶進(jìn)熱量 Q 進(jìn) = 120100015 = 7524000 kJK)1 Q62 = = 1111(+35) = 9829002 kmolkg1 Q 冷 = F4MINH3 = 64717 = kJh1 表 416 氣 —?dú)鈸Q熱器熱量匯總表 收方 (kJh1 ⒊ 由廢鍋進(jìn)氣 —?dú)鈸Q熱器 帶進(jìn)的熱量 Q53 Q53 = Q42 = kJ(kmolh1 表 414 廢熱鍋爐熱量匯總表 收 方 (kJkg1 蒸汽焓 I2 = kJ(kmolh1) 支 方 (kJh1 Q35 Q35 = 56207647 = kJkmol1 = kJh1 ⒊ 由冷凝塔直接帶進(jìn)的熱量 Q33 Q33 = (F8/F7)Q22 =(F8/) = 7275 F8 KJ/h = kJh1 YH2,11 = (2860％ +18360％ )/1758 = ％ 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 25 YO2,11 = (928+183)5％ /1758 = YNH3,11= [647+(928+183)6％ ]/1758 = ％ YN2,11 = (928+183)26％ /1758 = ％ YAr,11 = ％ ％ ％ ％ = ％ 表 411 氣體進(jìn)合成塔是不同溫度時(shí)的 因子 物料 a b103 c107 25 350℃ H2 NH3 N2 O2 ⒈ 從合成塔出來的氣體帶出的熱量 Q31 = ％ +％ +％ +％ = kJh1F7 = F6 = kmolK)1 Q23 = 928(+23) = 7879296 kJK)1 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 24 Q22 = ℃ t= 928(+47)= kJh1，在冷凝塔中，主要的是循環(huán)機(jī)過來的氣體進(jìn)入冷凝塔，與從氨冷器出來的氣體進(jìn)行熱交換，由于在 此期間氨氣的蒸發(fā)量和冷凝量都很小，故忽略氨的蒸發(fā)量和冷凝量。h1) 支 方 (kJh1 ∴ 假設(shè)的進(jìn)口溫度 t1 = 23 ℃ ,t2 = 0 ℃ 滿足條件。(mol(molK)1 ∴ Q’11 = F17 = 2642(23+) = 19991043 kJh1,YH2,15=60％ ,YN2,15=26％ ,YO2,15=5％ ,YAr,15=3％ ,YNH3,1=6％。 計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 x ⑴ 化學(xué)反應(yīng)方 程式 N2 + 3H2 → 2NH 3 ⑵ H2轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 X = 反應(yīng)消耗的 H2的量 /未反應(yīng)時(shí) H2的總量 = [(F1 – F3)/F1]100％ = [(1714 – 183)/1714]100％ = 90％ 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 20 熱量衡算 計(jì)算依據(jù)： 圖 41 計(jì)算依據(jù) 對(duì)氨冷器的熱量衡算 從氨分離器出來的氣體： F15=F1+F2F3F4=1714+44183647 = 928kmolh1= Nm3h1 ⑧ 把 ⑦ 代入 ⑥ 式，可得： F1 = 1714 kmolh1 ⑵ 計(jì)算基準(zhǔn) 本計(jì)算中以 kmol 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 16 第三章 工藝流程簡述 合成工段工藝流程簡述 由高壓機(jī)送來的新鮮氣與冷凝塔一次出口循環(huán)氣混合送入氨冷器，在氨冷器內(nèi)，氣體 過管內(nèi)，液氨過管外，由于液氨的蒸氣吸取熱量，氣體被進(jìn)一步冷卻，并使氣體中部分氣氨冷凝管外蒸氣的氣氨經(jīng)沫除器分離掉液氨后，去氨氣柜或硝銨車間。 進(jìn)口氨含量還與合成操作壓力和冷凝溫度有關(guān)。 ⑶ 塔進(jìn)口氨含量 進(jìn)塔氣體中氨的含量，主要決定于氨分離時(shí)的冷凝溫度和分離效率。操作壓力比較高，及催化劑活性比較好時(shí)，惰性氣體的含量可以高一些。 惰性氣體來源于新鮮氣，隨著合成反應(yīng)的進(jìn)行，它們不參與反應(yīng)而在系統(tǒng)中積累，這樣合成系統(tǒng)中惰性氣體越來越多，為了提高氨的合成率，必須不斷在循環(huán)氣中將它們排放出去。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)塔氣體的氫氮比控制在 ~ 比較適宜。貯槽壓力一般為 ～ MPa，此時(shí)， 冷凝過程中溶解在液氨中的氫、氮及惰性氣體大部分可減壓釋放出來。 從氫氮混合氣體中分離氨的方法大致有兩種：水吸收法、冷凝法。 綜合以上各方面的考慮，空間速度的增加是有限度的。但空間速度增大，將使系統(tǒng)阻力增加，壓縮循環(huán)氣功耗增加，分離氨所需的冷凍量也增大，因此冷凍襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 14 功耗增加。 ⑶ 空間速度 空間速度反映氣體與催化劑接觸時(shí)間的長短。 反應(yīng)溫度的控制還與催化劑的使用時(shí)間有關(guān)。反應(yīng)溫度不能低于活性溫度，在活性溫度范圍內(nèi)選用較低溫度 ，也有利于延長催化劑的使用壽命。實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮反應(yīng)速率的要求。要根據(jù)能量消耗、原料費(fèi)用、設(shè)備投資等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果來選擇操作壓力。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加，合成氨凈值增高，單位氨所需要的循環(huán)氣量減少，因而循環(huán)氣壓縮功減少，同時(shí)壓力高也有利于氨的分離，在較高氣溫下，氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。壓力增加平衡常數(shù)增大，因而平衡氨含量也增大。本設(shè)計(jì)采用中壓法，操作壓力為 32 MPa。 ⑶ 中壓法 操作壓力為 20～ 35 MPa 的稱為中壓法，操作溫度為 450～ 550 ℃ 。由于壓力高，一般用水冷的方法氣體中的氨就能得到完全的分離，而不需要氨冷。也可用磁鐵礦作催襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 12 化劑，操作溫度 450～ 550 ℃ 。 各生產(chǎn)方法及特點(diǎn) 合成氨的生產(chǎn)主要包括三個(gè)步驟 ： 第一步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；第二步是凈化，不論選擇什么原料，用什 么方法造氣，都必須對(duì)原料氣進(jìn)行凈化處理，以除去氫、氮以外的雜質(zhì)；第三步是壓縮和合成，將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下合成為氨。 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 11 第二章 流程方案的確定 生產(chǎn)原理 氨是由氣態(tài)氮和氫在適宜溫度壓力 ,并有觸媒的作用下發(fā)生反應(yīng)的 ,其反應(yīng)式為： 3/2H2+1/2N2 NH3+ kJ 此式為一不可逆，放熱，體積縮小的反應(yīng)，其反應(yīng)過程為： N2（擴(kuò)散） 2N（吸附） 2NH（吸附） 2NH2（吸附）2NH3（附） 2NH3（擴(kuò)散到氣相） 氨合成的反應(yīng)特點(diǎn)： ⑴ 反應(yīng)過程要在高壓下進(jìn)行，壓力越高，越有利于氨的合成。 到 2021 年，力爭組建 50 家大型企業(yè)集團(tuán)，大型氮肥廠合成氨平均規(guī)模達(dá) 40萬噸 /年以上，中型氮肥廠平均規(guī)模達(dá) 20 萬噸 /年以上。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、開發(fā) 新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。在氮肥行業(yè)，要推廣新型煤氣化技術(shù)，包括粉煤氣化、水煤漿氣化技術(shù)等；新型凈化技術(shù)，如低溫變換、低溫甲醇洗 MDEA 等凈化技術(shù)；新型氨合成塔及大型低壓合成的成套技術(shù)和裝備。建議針對(duì)不同企業(yè)采用不同的技術(shù)路線。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，世界合成氨產(chǎn)能已超過 億噸 /年，主要生產(chǎn)能力分布在俄羅斯約有 35 家氮肥廠，合成氮平均規(guī)模為 40 萬噸；美國有 50 多家氮肥廠，合成氨平均規(guī)模在 30 萬噸以上。第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后 ,轉(zhuǎn)向?yàn)檗r(nóng)業(yè)、工業(yè)服務(wù)。 在二次上吹階段中，空氣 水蒸氣混合氣由爐底吹入，流向與上吹階段完全 相同。 在上吹階段中，由煤氣發(fā)生爐爐底吹入空氣 水蒸氣混合氣，半水煤氣由爐頂排出。 半水煤氣生產(chǎn)的工藝流程：在吹風(fēng)階段中，空氣由煤氣發(fā)生爐的底部吹入，由爐頂排出吹風(fēng)氣。 混合煤氣：以空氣和適量的水蒸氣為汽化劑制取的煤氣，一般作燃料用。 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　? 氨的化學(xué)性質(zhì) ⑴ 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物 ,并能進(jìn)一步與水作用 ,制得硝酸： 4NH3+5O2 4NO+6H2O ⑵ 氨與酸或酐反應(yīng)生成鹽類 ,是制造氮肥的基本反應(yīng)： 2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 NH3+HNO3= NH4NO3 NH3+HCl= NH4Cl NH3+H3PO4 =NH4H2PO4 ⑶ 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨 ,進(jìn)一步脫水成為尿素： 2NH3+CO2 =NH4COONH2 NH4COONH2 =CO(NH2)2+H2O ⑷ 氨與二氧化碳和水作用 ,生成碳酸氫銨： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 氨可與鹽生成各種絡(luò)合 物 ， 如 CuCl2?6NH CuSO4?4NH3。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，含氨大于 ％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)中 廣泛應(yīng)用。氨主要用來制作化肥。大氣中存在有大量的氮，在空氣中氨占 78％（體積分?jǐn)?shù)）以上，它是以游離狀態(tài)存在的。在工藝計(jì)算過程中，包含物料衡算，熱量衡算及設(shè)備選型計(jì)算等。 由于編者自身的知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)水平的有限，書中錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。本書內(nèi)容是根據(jù) ************化工股份有限公司合成車間的生產(chǎn)實(shí)際情況而編著的，確定優(yōu)化的工藝流程、工藝條件、設(shè)備選型及其他非工藝專業(yè)等內(nèi)容。在全面介紹化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)上，重點(diǎn)闡述工藝流程設(shè)計(jì)、物料和能量衡算 及車間布置等內(nèi)容，并結(jié)合工藝計(jì)算、工程經(jīng)濟(jì)，力求體現(xiàn)當(dāng)今化工設(shè)計(jì)的水平。 編者 ****年 *月于 ***** 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 2 目 錄 第一章 總 論 ........................................................................................................................ 6 概述 ......................................................................................................................... 6 氨的性質(zhì) .................................................................................................................. 6 氨的物理性質(zhì) .....................................................................