【正文】 + =(kmol℃)=+=(kmol℃)=++=(kmol℃) (理化數(shù)據(jù) P76）=+=+=(kmol℃) ==++++ =(kmol℃)=+=(kmol℃)=++=(kmol℃)(理化數(shù)據(jù) P76）=+=+=(kmol℃) ==++++ =(kmol℃) =+=(kmol℃) =+145+=(kmol計(jì)算基準(zhǔn)：以小時(shí)產(chǎn)量(單位為kmol/h)為基準(zhǔn)。+=合成塔進(jìn)氣量：=合成塔出氣量：=氨分離器出口氣量：=放空氣量：=新鮮補(bǔ)充氣量：=冷凝塔進(jìn)口氣量：=氨分離器出口液氨量：（+）=其組成為：==（+）=所以：同理：冷凝塔出口液氨：=（+）=其組成為：==（+）7=氨合成塔進(jìn)塔氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 3 H2 N2 I 15 100 氨合成塔出塔氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 15 H2 N2 I 100 氨分離器出口氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 H2 N2 I 放空氣氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 H2 N2 I 冷凝塔入口氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 H2 N2 I 新鮮補(bǔ)充氣氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 0 0 0 0H2 N2 I 氨分離器出口液氨氣體組成 組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 H2 N2 I 100 冷凝塔出口液氨組分組成 組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/h NH3 H2 N2 I 100 第四章 氨合成熱量衡算 氨合成反應(yīng)熱根據(jù)已知條件和物料衡算結(jié)果，對(duì)整個(gè)體系的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行能量衡算。所以循環(huán)氣和新鮮氣的氣量和組成如下。=17=17=17=17根據(jù)，重新調(diào)整分配y21，重新計(jì)算B和Bi。位置2處的氣體即為氨合成塔的進(jìn)塔氣，其組成見(jiàn)表8表8 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ ℃，若分離液氨量為，則各組分在液氨內(nèi)的溶解量分別為：===溶解氣量為：式中，B= 氨合成工序物料衡算氨合成工序氨平衡 ①新鮮氣平衡：VO=2(V80+V90)+AV80+BV90+(1+y40）V6 ②放空位置物料平衡：V4=V6+V5 ③ 新鮮氣補(bǔ)入位置物料平衡：V0+V5=V1 ④ 冷凝塔二次進(jìn)出物料平衡：V1=V2+V9=V2+(1+B)V90 ⑤上述聯(lián)立方程可用試差法解。m3表7 氨分離器出口氣最終計(jì)算組成 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ 冷凝塔冷凝塔分氨壓力：冷凝塔分氨溫度取決于氨合成塔進(jìn)塔氣氨含量的要求，以氨冷器氨氣化的壓力調(diào)節(jié)?？紤]氣體溶解后，對(duì)水冷器和氨分離器的物料平衡為：=+ =+(1+A)=+聯(lián)立上述二式，得到：=[1(1+A)]/[1(1+)] =[1(1+)][1(1+)]==()/（1+A） =()/(1+)=對(duì)氫平衡，得到：=+=()/ =()/=同理，對(duì)氮平衡得到：=()/ =()/=于是有：=1 ==以上述氣體組成重復(fù)計(jì)算一次，得=，=，=﹪，=﹪，= ﹪，最終確定溶解氣量==。假設(shè)不考慮其他氣體的溶解，則分氨前后其他氣體的平衡為：(1)=(1)=(1)/(1) =()=水冷器后氨分離器分離液氨量為：== ==其他氣體組成為：=/ =﹪=/ =﹪=1 ==﹪則估計(jì)位置5處循環(huán)氣的組成見(jiàn)表6。m3。表5 氨合成塔出塔氣組成 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ 水冷器水冷器采用循環(huán)水冷卻。 氨合成塔 氨合成塔進(jìn)塔氣組成見(jiàn)表4。第三章 合成氨工序物料衡算 氨合成方塊工藝流程圖 120液氨7856放空43新鮮氣油分離器氨冷器塔外換熱器氨分離器水冷器水加熱器中置鍋爐合成塔循環(huán)機(jī)冷凝塔9圖7各組分編號(hào)見(jiàn)表3表3 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 編號(hào) 0 1 2 3 4注：Ｉ=3+4 計(jì)算基準(zhǔn)100Kmol進(jìn)塔氣V2 已知條件進(jìn)塔氣 =放空氣 15%=%= 合成回路壓力分布（1） 循環(huán)機(jī) Mpa Mpa （2） 油分離器 Mpa Mpa（3） 冷凝塔 一次 Mpa Mpa 二次 Mpa Mpa（4）氨冷器 Mpa （5）氨合成塔 一次 Mpa 二次 Mpa Mpa（6）熱交換器 一次 Mpa Mpa 二次 Mpa Mpa（7）廢熱鍋爐 Mpa Mpa（8）水冷器 Mpa Mpa（9）氨分離器 Mpa 30 .30Mpa（10） 新鮮氣壓力 Mpa（11） 分氨壓力 氨分離器分氨 30 .30Mpa 冷凝塔分氨 Mpa 氨合成塔出口氨含量估計(jì)氨合成壓力 Mpa氨合成溫度 500oC計(jì)算得：Kp=102取=%,=3%，則 = ==考慮到反應(yīng)未達(dá)到平衡，取平衡達(dá)到程度為75%。本設(shè)計(jì)的惰性氣體含量控制在15%。當(dāng)操作壓力較低和催化劑活性較好時(shí)，循環(huán)氣中惰性氣體含量宜保持16%—20%，這樣可以節(jié)省原料氣消耗。惰性氣體主要來(lái)源于補(bǔ)充氣，保持循環(huán)氣中一定的惰性氣體含量主要是靠放空氣決定。氨分離器溫度：本設(shè)計(jì)采用一級(jí)氨冷，溫度范圍在0OC — 5OC。進(jìn)塔氨含量降低，氨凈值升高，循環(huán)氣壓縮功耗低，但冷凍系統(tǒng)負(fù)荷增加，入塔氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。氨合成反應(yīng)方程式為：N2+3H2=2NH3. 進(jìn)塔氨含量和氨分離溫度進(jìn)塔氨含量：當(dāng)其他條件不變時(shí)，進(jìn)塔氨含量越高，則氨凈值越小，由于提高氨濃度，相應(yīng)使推動(dòng)力減小，降低了生產(chǎn)能力。 氫氮比氨合成原料氣中氫氣與氮?dú)獾陌俜直群?jiǎn)稱氫氮比。表2 溫度 Kp102464 472 480 488 504 512 520 而A203催化劑的使用溫度是300—540OC，最適溫度500OC。 一般中小氮肥廠多為32MPa。廢熱鍋爐：分為三種，前置式、中置式和后置式，鑒于三種三種廢熱鍋爐型式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用中置式。上部是列管換熱器，下部是氨分離器。鑒于兩種氨分離器的型式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇多層套管式。鑒于兩種水冷器的型式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇套管式。 氨合成工序其他設(shè)備的選型本設(shè)計(jì)的循環(huán)機(jī)位置放在氨冷器之后，合成塔之前，故需要用離心式循環(huán)機(jī)，——320型立式離心式循環(huán)機(jī)。但其缺點(diǎn)是：不能有效地保證氣體均勻流經(jīng)催化劑床層，發(fā)生偏流。其缺點(diǎn)是：運(yùn)輸和安裝較困難等。冷激式氨合成塔：其分為：軸向冷激和徑向冷激。d),結(jié)構(gòu)可靠、操作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。前者屬于連續(xù)換熱式，后者屬于多段冷激式。而內(nèi)件承受高溫，不承受高壓，一般可用合金鋼制成。為了適應(yīng)氨合成反應(yīng)條件，氨合成通常由內(nèi)件和外筒兩部分組成，內(nèi)件置于外筒之內(nèi)。氨在高溫、高壓和催化劑存在條件下由氫氮?dú)夂铣伞?氨合成反應(yīng)熱的利用余熱回收，采