【正文】 h（ 1d 外 /t） 軸向環(huán)行擋板車外殼之間的橫截面積： S2=π /4 CPH/λ ） λ /dH 式中α： Kcal/.℃ ：多塊擋板時(shí)氣流成斜流穿國(guó)管束及泄露影響傳熱系 數(shù) f2：為 三角形排列常數(shù) F=π（ D1+D2/2） H（ 1dH/t） 式中： F：氣流橫穿管束的平均通氣截面 m2 H：擋板間距 m。 （二）計(jì)算依據(jù) 冷凝塔負(fù)荷以最大產(chǎn)量 40 各種物料進(jìn)出口量、成分、溫度均按前設(shè)計(jì)， T1按 32℃計(jì)算 設(shè)備規(guī)格 （ 1）列管φ 14 2， L=4500 ， n=618（其中包括拉桿 10 根φ 10） （ 2）擋板φ 600/φ 240 φ 460/φ 129 （ 3）管中心距 20 擋板間距 113 已知數(shù)據(jù) 熱氣λ =℃ μ =1770 冷氣λ =℃ μ =1660 CP 值均按第三章計(jì)算 管外α按湖北化工設(shè)計(jì)院主編的《氨合塔》 p274或 644 α = f2（ Q A : CPN2= 102T+ 105T2+ 105 B : CPH2=+ 104T+ 103P C : T＞ 500K 時(shí) CP NH3=+ 103T2++ 102TP D : CP NH4=+ 102T+ 109T3+102P E: CPAr= 105TP+ 108T2+ 二、冷凝塔熱量計(jì)算 設(shè)： Q6：熱氣進(jìn)口帶入熱 Q9：冷氣進(jìn)口帶入熱 Q10：液氨帶入熱 Q7：熱氣體出口帶出熱 Q1：冷氣體出口帶出熱 Q11：液氨帶出熱 Q8：氨 冷凝放出熱 管內(nèi)熱氣體帶入熱 T=42℃ P=315atm 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi Pi CPi CPiYi 34 管內(nèi)氣體帶入熱 Q6=V6/ CP T= 42 =241644Kcal 管內(nèi)氨冷凝放出熱量 Q8，查得汽化熱 ∴ Q8= 11 =33530Kcal 管外冷氣體帶入熱 Q9 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi Pi CPi CPiYi Q9=15900/ 5=26264Kcal 管外液氨帶入熱和帶出熱相互抵消，不影響計(jì)算。 熱焓以氣態(tài)物料 0℃ 為基準(zhǔn)。 第二章 物料計(jì)算 一：物料計(jì)算 繪出物料流程簡(jiǎn)圖 V4 V 放 29 新鮮氣 v3 二、合成塔進(jìn)出口氣體的計(jì)算 單塔生產(chǎn)能力 噸 /天 v1 氣體量： V1=20210 24/=15900Nm3/TNH 合成氨量： V2=1000/17 =出合成塔氣量： V3=V1V2=合成塔氣體氨含量： YNH3=（ % V1+V2） /V3 100% =（ % 15900+） / 100% =% 三：水冷器進(jìn)出口氣體量的計(jì)算 水冷器出口氣量 V4 根據(jù)公式 lgNH3%=+由《無(wú)機(jī)物工藝學(xué)》上冊(cè)得 當(dāng) T=33+273=306K P=285atm 時(shí)， lgNH3%=+根據(jù)系統(tǒng)平衡得 V3氨含量 =V5+V4氨含量 30 V3=V4+V5 %=V5+V4 % =V4+V5 解得 V4= V5= 四、冷凝塔進(jìn)出口氣體量計(jì)算 放空氣量成分計(jì)算 根據(jù) N2+3H2?2NH3 理論上耗氫氮?dú)饬浚? （ 4 1000/17） /2 = 實(shí)際消耗新鮮氣定額： 2800Nm/TNH V 理放 =V 實(shí) V 理 == V 實(shí)放 =V 理放 /（ 1+lgNH3） =（ 1+%） = 放空氣中損失氨含量 8386%= 放空氣中惰氣含量 y 放 =2800 %/V 實(shí) =2800 %/=% 冷凝塔入口熱氣體 V6及其成分 V6=V4V 實(shí)放 +2800= +2800= 入口氣含氨量 V4 %= Hm3 NH3%= 100%=% 冷凝塔出口熱氣量 V7及冷凝液氨含量 V8 當(dāng) P=310atm T=273+23=296K 時(shí) 出口熱氣氨含量為 lgNH3%=+ 31 由進(jìn)出口物料測(cè)算得 V6 %=V8+V7 % V6=V7+V8 解得 V7= V8= 冷凝塔出口熱氣氨含量為 V6 = － = NH3%= 100%=% 四、氨冷器進(jìn)出口氣體計(jì)算 氨冷器進(jìn)出口氣體計(jì)算 氨冷器的出口物料同合成塔進(jìn)出口物料氨含量相同 yNH3=% V7 %=V10+V9 % V7=V9+V10 解得 V9= V10= 六、物料組成計(jì)算 各設(shè)備進(jìn)出口氣體成分總表 設(shè)備名稱 NH3 N2 H2 Ar+CH4 合計(jì) 合成塔 進(jìn) 100 出 100 水冷器 進(jìn) 100 出 100 32 氨分離器 進(jìn) 100 出 100 冷 凝 塔 排氣進(jìn) 100 出 100 冷氣進(jìn) 100 出 100 蒸發(fā)器 進(jìn) 100 出 100 計(jì)算 V2=V5+V 放 NH3+V8+V10 =＋ ＋ ＋ = 相對(duì)誤差 =（ ） / 100%=% 進(jìn)合成塔氣量 ： 15900Hm3 而計(jì)算的氨冷器量為 ： 相對(duì)誤差 =（ ） /15900 100%=% 第三章 熱量衡算 一、計(jì)算依據(jù) 本計(jì)算以物料衡算為基準(zhǔn)。 （ 7）車間領(lǐng)導(dǎo)要經(jīng)常監(jiān)督保護(hù)用品的維護(hù)和使用情況。 28 水冷器 氨分離器 循環(huán)壓縮機(jī) 合成塔 V3 V5 （ 5）因工作需要增加防護(hù)用品， 必須經(jīng)安全科審查后方可領(lǐng)取。 （ 3）勞動(dòng)保護(hù)用品不能隨便損壞，如損壞要賠償，調(diào)動(dòng)工作時(shí)，要交給原單位，不能帶走。 勞動(dòng)保護(hù)用品的發(fā)放制度 （ 1）勞動(dòng)保護(hù)用品發(fā)放原則和標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)實(shí)際需要與可能供給。 （ 5）保證操作人員有一切必要的防護(hù)用具。 （ 3）遵守操作規(guī)程。 十五：勞動(dòng)保護(hù)制度及物品發(fā)放制度 勞動(dòng)保護(hù)制度 （ 1）盡可能使生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 環(huán)境保護(hù)：改革工藝、提高管理水平，對(duì)“三廢”進(jìn)行綜合利 用及處理，達(dá)到國(guó)標(biāo)后排除，且全面規(guī)劃，合理布局，化害為利，保護(hù)環(huán)境造福人民。 （ 5） 廠址盡可能在平坦地帶，但應(yīng)防洪。 （ 3） 廠址周圍有公路、鐵路。 （ 1） 應(yīng)選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)。 （ 3）工業(yè)水：由金川峽水庫(kù)提供，耗電量 2833 T/h。 s/㎡ 20℃ 十四、動(dòng)力參數(shù)及廠址選擇 動(dòng)力參數(shù) （ 1） 供電：由劉家峽電廠和永昌電廠提供，經(jīng)變壓后分為工 業(yè)用電和照明用電，分別為 380V 和 36V，耗電量 千瓦 /TNH3。 ℃ 5 熵 T/ mol 1401 液氨的物性常數(shù)表 見(jiàn)下： 序號(hào) 項(xiàng)目 單 位 數(shù)值 備注 1 液體比重 Kg/m3 20℃ 26 2 液體沸點(diǎn) 176。 ℃ 2 粘度 泊 1586 107 3 導(dǎo)熱系數(shù) Cal/cm?s 當(dāng) 669 冷凍站投產(chǎn)后，冷凍站送來(lái)的 20℃液氨送入 671 到 670 液氨總管中，液氨送入 670 后， 轉(zhuǎn)送入各氨系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機(jī)前后盤根盒中減壓蒸 發(fā)吸收熱量，經(jīng)蒸發(fā)后的氣體送入 、 表壓總管內(nèi)由兩頭送入 669 冷凍站二根主管而降為 表壓操作。 氨循環(huán)機(jī)的填函氣分別送入填函氣 收集槽分離油水后排入大氣后轉(zhuǎn)送硫銨。這部分氣體從塔底部直接進(jìn)入合成塔氣盒下部，在這里氣體被分配到 38 根冷管的內(nèi)層管內(nèi)， 由于三套管內(nèi)件其冷管內(nèi)層襯一根極薄的內(nèi)襯管，內(nèi)襯管與內(nèi)冷管用滿焊焊死，使兩管間形成一層很薄的流動(dòng)的“死氣層”，由于“死氣層”起著隔熱作用，使冷氣自下而上流經(jīng) 內(nèi)襯管時(shí)升溫很小，一般為 3— 5℃，氣體升到內(nèi)冷管頂端后而向下，通過(guò)外管于觸媒層內(nèi)的氣體進(jìn)行并流換熱冷卻了觸媒層，而氣相自身被加熱到觸媒的活性溫度 380— 400℃， 然后氣體經(jīng)分氣盒的上室進(jìn)入中心管，再進(jìn)入觸媒層，在 300 表壓及 450— 520℃溫度下，借助鐵觸媒進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而生成氨，氣體首先通過(guò)絕熱層，反應(yīng)熱不移出，用以速度提高上層觸媒的溫度，使反應(yīng)加快，然后進(jìn)入冷管區(qū)，以防止觸媒過(guò)熱，由冷管內(nèi)氣體不斷連續(xù)地移出反應(yīng)熱，反應(yīng)后的氣體溫度約為 480— 500℃出觸媒筐，進(jìn)入熱交換器內(nèi)與管外氣體 進(jìn)行熱交換，將熱量傳 給剛進(jìn)塔的氣體，而自身的溫度被降到 220℃以下，由塔底引出氨含量為 9— 14%而進(jìn)入水加熱器列管內(nèi)， 在管外 — 表壓，溫度為70℃左右的冷凝液進(jìn)行換熱，隨而出水加熱器進(jìn)入套管水冷卻器，氣體被管外 表壓，溫度為 20— 25℃的二次冷卻水冷卻到 25— 40℃，其中部分氣態(tài)氨被冷凝進(jìn)入分離器，將其中的液氨分離掉，經(jīng)分離后的氣體經(jīng)系統(tǒng)出口調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入循環(huán)機(jī)吸入總管，經(jīng)循環(huán)機(jī)補(bǔ)充的壓力損失返回壓出總管，再進(jìn)入氨合成塔系統(tǒng)如此循環(huán)。 大部分氣體經(jīng)主線控制進(jìn)入塔頂部，然后沿塔內(nèi)外筒環(huán)隙向下流動(dòng)，借此冷卻了塔的外壁，氣體再進(jìn)入合成塔下部的熱交換器的管外空間，水 循環(huán)氣 一次出口 30℃ 新鮮氣 320 表壓 30℃左右 二次入口 5— 20℃ 25— 40℃ 去液氨庫(kù) 液氨 280atm 320atm 冷凝塔 蒸發(fā)器 合成塔 水冷器 油過(guò)濾器 循環(huán)機(jī) 分離器 液氨收集箱 22 進(jìn)一步與管內(nèi)的觸媒層反應(yīng)后的熱氣體進(jìn)行換熱。 十、所選擇生產(chǎn) 流程描述 （見(jiàn)下 頁(yè) 1— 1 圖 ） 21 新鮮氣 流程： 由銅洗工段送來(lái)的氫氮混合氣（或銅洗氣）在 310 表壓 30℃左右，由二條主管送入合成新鮮氣環(huán)形總管內(nèi)，再分配到各合成系統(tǒng)，與冷凝塔一次出循環(huán)氣相混合進(jìn)入蒸發(fā)器。若氣體中，惰性氣體兼高，則可送出 作為燃料， 以降低成本。 三廢治理 （ 1）施放氣處理 高壓下溶解于液氨中的氫氮?dú)夂图淄?、氬等惰性氣體，減壓 后的液氨倉(cāng)庫(kù)的貯槽內(nèi)釋 放出來(lái)，成為釋放氣。反之，以控制在 12%— 16%之間。 （ 4） 入塔氣體組成 ① 氫氮比 由化學(xué)平衡可知，當(dāng)氫氮比等于 3 時(shí)，氨的平衡含量最大，但 從動(dòng)力學(xué)角度分析，最佳氫氮比隨氨含量的變化而變化，反應(yīng)初期最佳 20 氫氮比為 1，當(dāng)反應(yīng)趨于平衡時(shí)， 最佳氫氮比接近于 3。 （ 3）空間速度 空間速度表示單位時(shí)間內(nèi)，單位體積 cat 處理的氣量 ，選用空間速度 ， 既涉及到氨凈值和塔的生產(chǎn)強(qiáng)度，也涉及到循環(huán)氣量，系統(tǒng)壓力降及反應(yīng)熱的作用。 工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制兩點(diǎn) 溫度，即床層入口 溫度和熱點(diǎn)溫度，提高床層入口溫度和熱點(diǎn)溫度，可使反應(yīng)過(guò)程較好的接 近最適宜溫度曲線。 總之，可認(rèn)為 30MPa左右是使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)合成氨比較適宜的操作壓力。提高操作壓力有利于提高平衡氨含量和氨合成速度，增加裝置的生產(chǎn)能力， 有利于簡(jiǎn)化氨分離流程。 工藝條件選擇：氨合成的工藝條件一般包括壓力、溫度、 空速 和合成塔進(jìn)口氣體成份等。 e、還原后期力爭(zhēng)近似地實(shí)現(xiàn)等溫還原。 C、還原初期實(shí)現(xiàn)四低四高。 （ 3） 觸媒的快速還原 a、以水汽濃度作為主要控制指標(biāo)（﹤ 191Nm3）。 e、加負(fù)荷階段，還原 已 基本結(jié)束，緩慢使觸媒轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。 C、還原主期：長(zhǎng)時(shí)期大量還原出水階段，一般為 480～ 515℃。 （ 2） 還原操作程序 18 a、升溫階段：觸媒在達(dá)到還原溫度以前的純升過(guò)程一般為 350 ℃以下。 ⑤ 觸媒顆粒大小的選擇，應(yīng)依據(jù)情況而定，一般在阻力降低的 允許范圍內(nèi)盡可能采用較小顆粒的觸媒為主。 ③ 觸媒層的溫度分布，應(yīng)符合觸媒最佳的活性溫度范圍。 ② 觸媒層上部氣體質(zhì)量不好時(shí)，易中毒。 B、觸媒的性能： 氨合成的觸媒是一種黑色有金屬光澤，帶 磁性，外觀不規(guī)則和圓柱形的固體顆粒，氨觸媒在合成塔內(nèi)用氫氮混合氣 還原，成為活性很高的鐵觸媒，這對(duì)氫氮混 合 氣合成 為 氨的反應(yīng)起催化作用，還原過(guò)的氨觸媒如若暴露在空氣中則迅速燃燒失去活性。同時(shí) CaO 能降低固溶體的熔點(diǎn)和粘 度，有利于氧化鋁和四氧化三鐵固溶體的形成，還可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒害能力。 本工段所采用的觸媒： A110— 2,A109 型鐵觸媒。 催化劑 觸媒就是采用一種能加快反應(yīng)速度而本身又不起化學(xué)變化的物 質(zhì)，對(duì)于氨的合成來(lái)說(shuō)， 可以 做觸媒的物質(zhì)很多，如鐵、鉑、錳等，工業(yè)上采 用的