年產(chǎn)15萬(wàn)噸合成氨裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE66總論指導(dǎo)思想化工設(shè)計(jì)是政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)緊密結(jié)合的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。化工設(shè)計(jì)在新廠建設(shè)，老廠改造挖潛中具有極其重要的作用，也可以說(shuō)設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的先導(dǎo)，是科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化大生產(chǎn)的必經(jīng)途徑。因此，設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，對(duì)化工行業(yè)的發(fā)展影響極大，一定要在思想上充分的重視。有關(guān)化工設(shè)計(jì)方面的知識(shí)和技能，不僅對(duì)專(zhuān)門(mén)從事化工設(shè)計(jì)的人員需要學(xué)習(xí)和掌握，而且對(duì)從事化工生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)管理方面的人員，也同樣需要具備。因此，化工工藝專(zhuān)業(yè)的學(xué)員一定要掌握化工設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。從教學(xué)出發(fā)對(duì)學(xué)生進(jìn)行化工設(shè)計(jì)方面的基本訓(xùn)練，有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，提高分析和解決問(wèn)題的能力，有助于提高學(xué)生的運(yùn)算技巧和設(shè)計(jì)繪圖的能力，當(dāng)然設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和深化，有賴(lài)于更多的實(shí)踐，只有通過(guò)實(shí)踐，積累經(jīng)驗(yàn)，才能培養(yǎng)思維、想象和創(chuàng)造的能力，才能促進(jìn)設(shè)計(jì)能力的不斷提高?？傊?，經(jīng)過(guò)初步訓(xùn)練，具有一定的化工工藝設(shè)計(jì)能力后，在生產(chǎn)、基建、科研和管理等方面，一定會(huì)發(fā)揮出重要的作用。設(shè)計(jì)依據(jù)1、畢業(yè)設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)者深入現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)，掌握所設(shè)計(jì)項(xiàng)目的生產(chǎn)程序。2、以畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和化工工藝專(zhuān)業(yè)課本及參考書(shū)為依據(jù)。三、設(shè)計(jì)規(guī)模及操作制度1、設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)15萬(wàn)噸合成氨裝置。2、操作制度：根據(jù)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，采用四班三倒輪換操作。3、生產(chǎn)制度：根據(jù)設(shè)備的大、中、小修及偶然事故的發(fā)生，年生產(chǎn)日一般為330天左右。大修：20天3年|次（一般）中修：7天1年|次小修：1～5天（經(jīng)常）4、發(fā)展規(guī)劃：向年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨發(fā)展。四、主要原料來(lái)源、數(shù)量及組成主要原料氣為新鮮氣：生產(chǎn)原料：合成氨用的氫氮混合氣規(guī)格：壓力為320大氣壓（表壓）成份：按氣體體積百分?jǐn)?shù)H2=74.63%N2=24.87%（CH4+Ar）=0.5%2、消耗定額氫氮混合氣：2800m3∕噸氨河水：62噸∕噸氨鍋爐用化學(xué)凈水：7.5噸∕噸氨電：130千瓦∕小時(shí)噸氨五、輔助原料來(lái)源、組成及數(shù)量來(lái)源：來(lái)自水、氣及其它副產(chǎn)品。合成氨觸媒：在300大氣壓、溫度475～510℃下合成氨則用氧化鋁與氧化鉀為促進(jìn)劑的融鐵觸煤。河水：供合成系統(tǒng)的水冷卻氣作用。水溫24℃（夏季）所含之懸浮物，不超過(guò)50毫克∕升，在洪水期水中懸浮物達(dá)100毫克∕升。供鍋爐房用的化學(xué)凈水：于合成系統(tǒng)水冷卻器上部的列管中，作冷卻氣體用。氨氣：用耐15氣壓的鋼瓶充裝，使用時(shí)減壓力5個(gè)氣壓，供系統(tǒng)置換水冷卻器的吹出和局部滅火用，氮?dú)庵械难鹾坎坏贸^(guò)2%。潤(rùn)滑油：供循環(huán)壓縮機(jī)機(jī)械部位及氣缸部位潤(rùn)滑用的。機(jī)械油：牌號(hào)“”，閃點(diǎn)110℃，粘度50℃時(shí)，5.5—6.5恩氏度。汽缸油：牌號(hào)“T”的汽缸油閃點(diǎn)為240℃，粘度在100℃時(shí)2—2.5恩氏度，也可用“C”牌的航空油。六、產(chǎn)品規(guī)格：氨包括氣氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的75%荷葉按產(chǎn)品占總產(chǎn)量的20%，以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車(chē)間所回收的氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的5%。液氨的品種分兩種：第一類(lèi)：水分含量不超過(guò)0.2%。第二類(lèi)：水分含量不超過(guò)1%，并含有微量的油份。七、裝置組成1、合成塔作用：在高溫、高壓和催化劑存在的條件下由氫氮?dú)夂铣砂?。組成：外筒是一個(gè)多層焊接的高壓容器，筒體內(nèi)徑為300㎜，高為13600㎜，筒體的兩端焊有兩個(gè)法蘭，上部有一密閉式頂蓋，下面是一高壓蓋子，蓋子與法蘭有螺栓連接，在上法蘭之側(cè)有一氣體入口，下蓋有一氣體出口及冷氣入口。在上蓋設(shè)有安裝電爐用的小蓋及兩個(gè)溫度計(jì)插入管的孔，該筒體最高操作溫度為300℃，最高操作壓力320個(gè)大氣壓，安裝前經(jīng)過(guò)400大氣壓的壓力水壓強(qiáng)試驗(yàn)。觸媒筒的內(nèi)徑為690㎜，由鋼板焊接而成。上有觸煤筒蓋，下有多孔板，在多孔板上放有鐵絲網(wǎng)，觸煤筒內(nèi)裝油28根雙層管，其外管直徑為44×2.5毫升，內(nèi)管直徑為29×2.5㎜，為造成觸煤層上部的絕熱層，約在觸煤層上部1000㎜處，設(shè)有雙層管進(jìn)行冷卻，在雙層管下端有一分氣盒，管內(nèi)還裝有兩根溫度計(jì)套管，在觸煤筒多孔板之上，填充的觸煤體積約2.1m3，觸煤筒中有一中心管，管內(nèi)裝有電熱器。熱交換器與觸媒筒下部相連，其筒體直徑約為680㎜，筒體內(nèi)裝有約900多根直徑為14×2㎜，長(zhǎng)約3700㎜的管子，在管間裝有隔板，隔板為圓環(huán)式，共計(jì)27塊，整個(gè)熱交換器面積約為130㎡。2、冷凝塔：該塔上部是冷卻循環(huán)壓縮機(jī)出來(lái)的氣體，下部是進(jìn)行二次氨的分離，以降低合成塔入口的氨含量。冷凝塔的外筒是多層焊接的高壓容器，在塔底的循環(huán)氣入口上焊有一個(gè)中心管，在塔內(nèi)上部焊有一個(gè)套筒，套筒與高壓筒體的間隙用作液面計(jì)導(dǎo)壓之用，并且套筒還兼作冷交換器的外殼，在塔內(nèi)的上部裝有列管式冷交換器，它有下面一截外殼，上面有一圈法蘭線(xiàn)，與高壓筒體內(nèi)的套筒緊密接觸，起密封作用。在下部有分氣套筒，由四層圓筒組成，焊接在一塊圓板之下，圓板再用螺栓固定在冷交換器之下。3、快速水冷卻器：該設(shè)備是用來(lái)冷卻從合成塔出來(lái)的反應(yīng)后的高溫氣體120—180℃，經(jīng)冷卻后能使氣體中氨冷凝為液氨，另外，加熱鍋爐房用的化學(xué)凈水，回收一部分熱量。4、氨蒸發(fā)器：該設(shè)備的作用是借助于液氨蒸發(fā)為氨，將蛇管中的循環(huán)氣進(jìn)一步冷卻，使氣體中殘留的氨冷凝下來(lái)，然后到冷凝塔中進(jìn)行分離。該設(shè)備的外筒是一直徑約為2100㎜，高約為3900㎜的直立式焊接而成的圓筒，該設(shè)備上有泡沫分離器。5、濾油器：該設(shè)備用除去循環(huán)氣和新鮮氣中的油份、碳酸銨及其他雜質(zhì)，以免帶入合成塔，使觸煤中毒。該設(shè)備的外筒是多層焊接的高壓容器，其內(nèi)徑為700㎜，高約1014㎜，筒體上部的側(cè)面設(shè)有一高壓蓋子，蓋子與筒體是用螺栓連接的以鋁墊密封。該器裝有一內(nèi)筒，內(nèi)筒的外形尺寸約580×3900㎜，內(nèi)裝25×25×0.8㎜的銅環(huán)0.85m3，在內(nèi)筒的外面饒有∮25×2㎜的鋼管呈螺旋形。在內(nèi)筒下有幾個(gè)氣體的入口圓洞，內(nèi)筒在操作過(guò)程中，承受的最高壓力差必須小于3.0氣壓。6、氨分離器：該設(shè)備外筒是一內(nèi)徑600㎜、高4500㎜的立式多層的焊接筒體，上有一高壓蓋子，與筒體用螺栓連接，以鋁墊進(jìn)行密封。內(nèi)筒由四層圓筒組成，圓筒上開(kāi)有長(zhǎng)方形的孔，但各層孔的位置相錯(cuò)，使氣體流動(dòng)時(shí)改變方向，圓筒固定在上面的圓板上，圓板安裝在高壓筒體上，圓板的中心有一氣體出口。7、氨水回收器：該設(shè)備用于貯存自氨蒸發(fā)器排出來(lái)的累積氨水，和觸媒還原時(shí)放出的氨水，并在氨水回收器內(nèi)蒸發(fā)出來(lái)，送往氣氨主管，把這部分氨回收。氨水回收器為立式焊接圓筒，它的直徑約為1200㎜，高約3500㎜，容許的最高操作壓力為16氣壓，內(nèi)設(shè)有蒸汽蛇管器的側(cè)面有一玻璃管液面計(jì)。8、填函氣油膨脹器：該設(shè)備用以回收循環(huán)壓縮機(jī)的填函漏處的氣體中所帶的油份，氣體自器的側(cè)面進(jìn)，體積突然膨脹，因而流速大大降低，大部分油份因含有水分及溶解的氣體，從油中蒸出，油份則從器的底部排出。該設(shè)備是立式焊接設(shè)備，直徑約為1200㎜，高約為2200㎜，器內(nèi)填充有鋼環(huán)，下面有一底座支架。9、放空槽：該設(shè)備為臥式圓筒，用鋼板焊接而成，其直徑約為500㎜，長(zhǎng)約1827㎜。從冷凝塔、氨分離器、油過(guò)濾器出口排出來(lái)的氣體，都經(jīng)過(guò)放空槽集中后，排入大氣。10、循環(huán)氣壓縮機(jī)：用來(lái)把未反應(yīng)的氫氮混合氣自285大氣壓壓縮到320大氣壓，重新返回合成塔，使氣體循環(huán)使用。該設(shè)備是雙動(dòng)單級(jí)的，是由同軸同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，主軸考曲柄的一端支承在機(jī)座的主軸承上，主軸是由碳素鋼鍛造加工而成。該設(shè)備的潤(rùn)滑分兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是機(jī)械油循環(huán)潤(rùn)滑泵系統(tǒng)，另一個(gè)是汽缸油加壓潤(rùn)滑系統(tǒng)。循環(huán)壓縮機(jī)技術(shù)特性如下：生產(chǎn)能力：270米3/小時(shí)轉(zhuǎn)速：125轉(zhuǎn)/分鐘同步電動(dòng)機(jī)容量：450千瓦八、生產(chǎn)技術(shù)依據(jù)，生產(chǎn)步驟及生產(chǎn)方法的選擇1、生產(chǎn)技術(shù)依據(jù)《合成氨器、氨的合成》；《無(wú)機(jī)化工工藝學(xué)》；《化工工藝設(shè)計(jì)概論》；無(wú)機(jī)化工專(zhuān)業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。2、生產(chǎn)步驟：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)操作條件也各有差別，但是實(shí)現(xiàn)氨合成過(guò)程的基本步驟是相同的。（1）氣體的壓縮：為使氣體達(dá)到氨合成所要求的壓力，須將經(jīng)過(guò)精細(xì)凈化除去所有有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，部分潤(rùn)滑油在氣缸內(nèi)的高溫條件下產(chǎn)生氣化，并被氣體帶出。因此，在往復(fù)式壓縮機(jī)眉端出口都設(shè)有水冷卻器和油分離器將氣體中的油份除凈十分重要，這不僅因?yàn)橛屠淠髸?huì)附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，更重要的是當(dāng)油隨氣體帶入合成塔，會(huì)使催化劑中毒，當(dāng)油進(jìn)入合成塔電加熱器內(nèi)時(shí)，會(huì)使其絕緣不良而引起短路，為避免氣體帶油，目前已推廣往復(fù)式壓縮機(jī)無(wú)油潤(rùn)滑，并取得較好效果，使用離心式壓縮機(jī)從根本上解決了氣體帶油問(wèn)題，使生產(chǎn)流程得以簡(jiǎn)化。（2）氣體的預(yù)熱和合成：如前所述，氨合成鐵催化劑有一定的活性溫度，氫氮混合氣體需加熱到催化劑的起始溫度，才能進(jìn)行氨合成反應(yīng)，正常操作的情況下，是反應(yīng)前的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進(jìn)入催化機(jī)床層。這種換熱過(guò)程有一部分在催化劑床層中層過(guò)換熱裝置進(jìn)行。合成過(guò)程中的反應(yīng)熱有很大回收價(jià)值，可以直接通過(guò)廢熱鍋爐副產(chǎn)品蒸汽，也可加熱高壓鍋爐給水。因此，在新的氨合成流程中，都沒(méi)有反應(yīng)熱回收裝置。（3）氨的分離：進(jìn)入氨合成塔催化劑床的氫氮混合氣，只有一小部分反應(yīng)生成氨，大部分未反應(yīng)的氫和氮，同氮混合在一起，流出催化劑床層，混合氣體中氨需經(jīng)過(guò)分離才能得到，方法有兩種。ａ、水吸收法：用水吸收混合氣體中的氨時(shí)，由于高壓下氨在水中溶解度較大，因而氨的分離比較完全，但分離氨后氫氮混合氣體中含有少量水蒸氣，在再次利用這部分氣體進(jìn)行合成時(shí)，需將水分除去，否則將影響催化劑的活性，用水吸收氨后的產(chǎn)品為濃氨水，如得到液氨產(chǎn)品，需將濃氨水蒸餾。ｂ、冷凝法：首先需將出合成塔的高溫混合氣體冷卻、降溫，在經(jīng)氣—液分離設(shè)備冷凝后獲得的液氨即可從氫氮混合氣中分離出來(lái)。（4）未反應(yīng)氫氮?dú)獾奶幚恚簽榱嘶厥者@部份氫氮，工業(yè)上有兩種處理方法：ａ、串聯(lián)法：將幾個(gè)氨合成和氨分離串聯(lián)起來(lái)，出第一合成塔的氣體經(jīng)氨分離后進(jìn)入第二合成塔，再分離。ｂ、循環(huán)法：為反應(yīng)的氫氮混合氣，經(jīng)分離氨后用循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)足壓力，與新鮮的原料氣混合，重新進(jìn)入合成塔進(jìn)行反應(yīng)，目前，絕大數(shù)的氨合成工藝流程都采用循環(huán)法。（5）惰性氣體的排放如前所述，因制取合成氨原料氣所用的原料和凈化方法的不同，在新鮮原料氣中通常含有一定數(shù)量的甲烷和氬，氬氣來(lái)自空氣，新鮮氣中氬氣與氮?dú)獾谋壤篌w和空氣中相同，即新鮮氣中氬的含量通常在0.3%左右。采用循環(huán)法時(shí)，新鮮原料氣中的氫和氮會(huì)連續(xù)不斷地合成氨，而惰性氣體除一部分溶解于液氨中被帶出外，大部分在循環(huán)氣中積累下來(lái)，在工業(yè)生產(chǎn)上，為了保持循環(huán)氣體中惰性氣含量不致過(guò)高，常采取將一部分含惰性氣體較高的循環(huán)氣體連續(xù)獲間斷地排除氨合成系統(tǒng)的方法。（即放空的方法）在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，惰性氣體排除的位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最小的地方。因?yàn)檫@時(shí)放空的損失最小，顯然，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離掉以后，而又在新鮮氣加入之前。放空氣中的氨可用吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一般可用作燃料。分離放空氣可采用冷凝、冷卻和減壓、膨脹降溫等方法。利用深度冷凍過(guò)程可以分別得到氫、氮、氬、甲烷，也可以將放空氣中甲烷用冷凝方法得到氫氮?dú)猓缓髮⒓淄檗D(zhuǎn)化成氫，這樣氣體回收就比較完全，新鮮氣的消耗可大大降低。3、生產(chǎn)方法（1）高壓法壓力700～1000氣壓溫度550～650℃（2）中壓法壓力300氣壓溫度500～550℃（3）抵押法壓力70～150氣壓溫度400～450℃高壓法工藝優(yōu)缺點(diǎn)：此法是采用較高的操作壓力和溫度，合成率比較高，其優(yōu)點(diǎn)為：ａ、與同樣產(chǎn)量的中、低壓法比較，所用的高壓設(shè)備的體積小，用料少，節(jié)省工廠用地面積。ｂ、在高壓下合成率高，在高壓和較高濃度下，容易在混合氣體分離，用水冷卻后液氨便可以分離出來(lái)。ｃ、電的定額消耗較低，顯然因提高壓力消耗的電能提高，但氨的合成率增大的更快，所以單位產(chǎn)品的消耗定額降低了。ｄ、由于合成率高，因此每立方米觸媒的生產(chǎn)力也相應(yīng)增大。缺點(diǎn)：ａ、由于氨的合成率高，所生成的反應(yīng)熱多，可使觸媒溫度上升到1000℃，在這樣的溫度下，觸媒因過(guò)熱而損壞，因此觸媒的壽命很短，約使用600小時(shí)就須換一次。ｂ、由于采用高壓和高溫，合成塔及附屬設(shè)備需要特殊的合金鋼制造，不易制作，因此價(jià)格很貴，而且檢修次數(shù)多。使用日期短，操作管理也比較困難。低壓法工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：ａ、所需壓力溫度低，亞鐵氰化鉀觸媒的活性較大。ｂ、由于壓力低，設(shè)備物質(zhì)要求不高，并且易于制造。ｃ、觸媒對(duì)毒害物的靈敏性很大，易受傷害，而且操作中溫度不易控制，所以觸媒的使用壽命短。ｄ、再生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常有觸媒分解物產(chǎn)生，很容易堵塞管道和設(shè)備，影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。ｅ、精制觸媒反應(yīng)熱量不能自行維持，反應(yīng)前必須加熱，其熱源由合成塔出口高溫氣體和精致塔出口高溫氣體供給。因此，設(shè)備與管線(xiàn)的材質(zhì)要求很高，由于高溫高壓下氨氣對(duì)鋼材有脫碳作用，因此采用的高溫管線(xiàn)易爆炸。ｆ、由于操作壓力低，氨的生成率少，氣氨不易液化，需要附設(shè)比較龐大的冷凍設(shè)備。中壓法工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：ａ、所用合成氨觸媒對(duì)觸媒的毒害物靈敏性小，如果在混合氣中觸媒的毒害物質(zhì)含量不高，可采用非產(chǎn)品精致塔進(jìn)行氣體精制，進(jìn)行雙循環(huán)生產(chǎn)，如果混合氣中毒害物含量很少，則可不采用精致塔。ｂ、混合氣不直接進(jìn)入合成塔，而先與循環(huán)氣在冷卻系統(tǒng)前匯合，經(jīng)冷卻后，油及水分隨分離下來(lái)的液氨一同排出氨分離器，使油及水份的分離更為徹底，可防止水及油份對(duì)觸媒的毒害作用。ｃ、合成系統(tǒng)的熱交換器全部放在合成塔內(nèi)，可以減少脫碳作用而引起的設(shè)備及管線(xiàn)的爆炸。ｄ、中壓法所用操作壓力較低壓法高，因此，循環(huán)氣中的氨容易分離，所用的冷凝設(shè)備也比較小，可不專(zhuān)門(mén)設(shè)置氨的冷凍系統(tǒng)，即使設(shè)置冷凍系統(tǒng)，其冷凍系統(tǒng)的生產(chǎn)能力也可以較低壓法小，因此耗電量也隨之降低。ｅ、合成塔的操作溫度較高壓法低，觸媒的靈敏性小，反應(yīng)時(shí)又無(wú)觸媒分解物生成。因此觸媒的使用壽命長(zhǎng)，停車(chē)修理的間歇時(shí)間長(zhǎng)，總產(chǎn)量高。ｆ、如果精制系統(tǒng)只用作消除雜質(zhì)和觸媒的毒害物，則觸媒溫度低（350～400℃），氫氮合成為氨的量極少，因此放出的熱量甚微，難以經(jīng)特精致反應(yīng)所需的溫度，必須動(dòng)用電熱器，這樣，除了要消耗電能外，有時(shí)還因輸電系統(tǒng)與線(xiàn)路發(fā)生故障，而影響生產(chǎn)。ｇ、采用雙循環(huán)時(shí)，必須裝設(shè)噴射器，如果操作不當(dāng)，也會(huì)影響操作的正常進(jìn)行。九、對(duì)所選擇方法的工藝原理、反應(yīng)機(jī)理和催化劑的評(píng)述1、產(chǎn)品的性質(zhì)、用途（1）物理性質(zhì)①一般物理性質(zhì)（在溫度0℃及壓力760毫米汞銀柱時(shí)）：氣體比重0.57%（空氣為1）液體比重0.618（水為1）沸點(diǎn)-33.4℃熔點(diǎn)-77.3℃臨界壓力112.3氣壓臨界溫度132.5℃密度0.77溶解度1300升氨/升水，0℃約50%的溶液②有特殊刺激性臭味的無(wú)色氣體，對(duì)人的粘膜，特別是眼睛刺激更厲害，人只能在含0.03%氨的空氣中停留1小時(shí)左右。③加壓時(shí)易被液化為物色液體，（不純時(shí)為淡黃色或淡藍(lán)色）。④氨液體呈中性，是碘、磷、硫及其它許多有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物的良好溶劑。⑤溶于水時(shí)，放出熱量、水溶液成為氨水，其濃度隨比重的增大而降低。⑥蒸汽壓力與蒸發(fā)潛熱。（2）化學(xué)性質(zhì)①氨在空氣中不能燃燒，在氧氣中燃燒，它與氧化合，并有黃綠色火焰，主要反應(yīng)為：4NH3+3O2→2N2+6H2O有觸媒存在時(shí)，氧化過(guò)程按下面反應(yīng)式進(jìn)行：4NH3+5O2→4NO+6H2O②在高溫下氣態(tài)氨分解成氫和氮2NH3→3H2+N2③和各種酸化和成鹽：與硝酸作用NH3+HNO3=NH4NO3與硫酸作用2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4與鹽酸作用NH3+HCL=NH4CL與碳酸作用2NH3+CO2+H2O=2NH4HCO3(NH4)2CO3+CO2+H2O=2NH4HCO3④有水存在時(shí)氨對(duì)銅和銅的化合物有侵蝕性。⑤在空氣中含有13～27%氨時(shí)，即產(chǎn)生爆炸。⑥檢定方法：ａ、氨氣與氯化氫氣體時(shí)生成白煙。ｂ、水溶液呈堿性反應(yīng)。ｃ、燃燒硫磺時(shí)遇氨氣生成白煙。ｄ、微量的氨或其化合物，用納氏試藥可生成褐色沉淀，加量多則色深，加量少則色淺。（3）產(chǎn)品用途：氨的用途很廣，它是工業(yè)上的重要原料，可繼續(xù)處理變成其它產(chǎn)品。①液氨本身既是良好的肥料，氨與硫酸、硝酸、鹽酸作用生成硫酸銨、硝酸銨、氯化銨，與二氧化碳作用生成碳酸氫銨，在一定溫度、壓力下生成尿素。它們都是良好的肥料。硝酸銨有強(qiáng)烈的爆炸性，可用作礦山爆炸藥或用于國(guó)防工業(yè)。②用氧化法合成的濃硝酸可用于各種有機(jī)化學(xué)工業(yè)、國(guó)防。③有的用于有機(jī)合成，以制造各種氨基化合物，是為各種近代醫(yī)藥及燃料等中間體。④用于制冷工業(yè)，為良好的冷媒質(zhì)。⑤用于其它方面。2、反應(yīng)原理反應(yīng)原理從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面考慮。氨合成的熱力學(xué)基礎(chǔ)氨合成反應(yīng)可以用下式表示：1/2N2＋3/2H2=NH3＋Q氨合成反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱的數(shù)值隨反應(yīng)的溫度、壓力而改變，在不同的壓力、溫度下的反應(yīng)熱可用下式計(jì)算：常壓時(shí)：△HR=-9500－4.96T-5.75×10－4T2＋1.7×10-6T3常壓時(shí)：△HR=-〔0.54562＋846.609/T＋459.734×106〕P－5.34685－0.2525×10-3＋1.69167×10-6T3－9157.09上式中的△HR系指純氫彈混合氣完全轉(zhuǎn)化為氨時(shí)的熱效應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中合成氨的氫氮原料氣中含有甲烷、氬等氣體。同時(shí)，合成反應(yīng)不能進(jìn)行到底，反應(yīng)后的氣體中含氨一般在20%一下，其余為反應(yīng)的氫、氮?dú)夂筒荒軈⒓臃磻?yīng)的惰性氣體，這些氣體混合在一起是需要吸收熱量，所以表現(xiàn)出來(lái)的反應(yīng)熱要比按上式算出的數(shù)值小，真正的反應(yīng)熱與混合熱之合稱(chēng)為表現(xiàn)反應(yīng)熱，即△HT=△HR+△HM，混合熱的數(shù)值顯然與反應(yīng)后氣體中的氨含量有關(guān)，氣體中的氨含量越高，混合熱越大。氨合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：氨合成反應(yīng)和其它可逆放熱反應(yīng)一樣，溫度對(duì)化學(xué)平衡與反應(yīng)速度有不同影響，即降低溫度有利于提高平衡氨濃度，從而提高平衡氨濃度與氣相中即時(shí)濃度的差值，使合成反應(yīng)推動(dòng)力增加，但反應(yīng)速度常熟降低，提高溫度時(shí)的情況則正好相反。為了加速反應(yīng)而又不過(guò)分提高溫度，就必須使用催化劑，常用鐵催化劑，其中加有其它催化劑：如三氧化二鋁、氧化鉀等，催化劑的化學(xué)和物理性質(zhì)對(duì)氨合成過(guò)程有重大影響。氨合成過(guò)程由下列步驟組成：ａ、反應(yīng)氣體混合物中的氫和氮從氣相主流擴(kuò)散到鐵催化劑的外表面。ｂ、氫和氮的絕大部分，自外表面向催化劑的毛細(xì)孔內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)入內(nèi)表面。ｃ、氫和氮（分別或同時(shí)）被催化劑表面（內(nèi)表面）活性吸附。ｄ、吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面上起化學(xué)反應(yīng)，生成一系列中間化合物，最后形成在催化劑表面吸附狀態(tài)的氨。ｅ、氨從催化劑表面上吸解。ｆ、解析后氨從催化劑毛細(xì)孔組織內(nèi)部向外表面擴(kuò)散。ｇ、氨由催化劑外表面擴(kuò)散至氣相主流。以上七個(gè)步驟，ａ、ｇ為外擴(kuò)散至氣相主流，ｄ、ｆ為內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程，ｃ、ｄ、ｅ三步驟總稱(chēng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。下面分別進(jìn)行討論：氨合成的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理當(dāng)氨合成時(shí)的氣流速度相當(dāng)大，催化劑顆粒足夠小時(shí)，外部和內(nèi)部擴(kuò)的影響都不顯著。這時(shí)可以認(rèn)為氨合成過(guò)程處于化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制區(qū)，目前一般認(rèn)為在鐵催化劑表面上氨合成反應(yīng)機(jī)理可能如下：氮（氣相）催化劑氮（吸附）催化劑氮（氣相）催化劑氮（吸附）催化劑氣相中氫2NH（吸附）催化劑氣相中氫2NH2（吸附）催化劑氣相中氫2NH3催化劑2NH3（氣相）（QIXIANG）（QI）根據(jù)氮在鐵催化劑表面上的活性吸附是氨合成過(guò)程的控制步驟，由捷姆金和佩熱夫?qū)С龅奈⒎謩?dòng)力學(xué)方程如下：W=dNNH3/ds=KiPN2（P3H2/P2NH3）2-K2（P2NH3/P3H2）β此式使用時(shí)有一定范圍，如當(dāng)混合氣體中的氨的分壓為0，或極小時(shí)，就不能運(yùn)用，因在極限時(shí)反應(yīng)速度將為無(wú)限大。實(shí)際上，在遠(yuǎn)離平衡時(shí)，出于氨濃度極低，氮的活性吸附速度比起吸附以后的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡姆磻?yīng)速度來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不是唯一的速度控制步驟，而變?yōu)榛瘜W(xué)吸附和加氫反應(yīng)兩步聯(lián)合控制。3、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)上采用的觸媒必須能滿(mǎn)足活性高，不易中毒，價(jià)錢(qián)低，易創(chuàng)造的特點(diǎn)，還需耐熱性能好，使用壽命長(zhǎng)，機(jī)械強(qiáng)度大的特點(diǎn)。因此，國(guó)內(nèi)外目前都采用鐵觸媒加入各種促進(jìn)劑的鐵催化劑，即：AL2O3、K2O、CaO、MgO促進(jìn)劑。本工段所采用的觸媒：A110—2,A109型鐵觸媒。A：促進(jìn)劑的作用：K2O是電子型促進(jìn)劑，它可以提高催化劑的固有活性，由于它的強(qiáng)堿性，使表面逸出功降低，有利于氮的活性吸附，可提高催化劑活性，氧化鋁也屬電子型促進(jìn)劑。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。CaO是成礦劑，即觸媒制造過(guò)程中，熔融態(tài)的鐵氧化物粘度較大，加入CaO后可生成CaFeO2，降低熔融物的熔點(diǎn)和粘度，有利于K2O、Al2O3在氧化鐵中均勻分布，增加熱穩(wěn)定性。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。C、觸媒的選擇：①觸媒層的阻力，應(yīng)在允許阻力降的范圍。②觸媒層上部氣體質(zhì)量不好時(shí)，易中毒。生產(chǎn)后期熱點(diǎn)下降。觸媒層的溫度分布，應(yīng)符合觸媒最佳的活性溫度范圍。大顆粒觸媒存在內(nèi)擴(kuò)散的影響，其活性較小顆粒觸媒差。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。D、觸媒的還原（1）鐵觸媒還原反應(yīng)原理主要反應(yīng):3FeO3＋H2=2Fe3O4＋H2O＋Q4Fe3O4＋4H2=3Fe＋4H2O－Q觸媒還原必須使觸媒具有高活性，使全部觸媒得到還原切還原徹底，盡可能縮短還原時(shí)間。（2）還原操作程序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。b、還原初期：觸媒開(kāi)始還原反應(yīng)出水以后，經(jīng)過(guò)摸索，使之進(jìn)入正常的大量還原反應(yīng)出水階段，一般為350～480℃。C、還原主期：長(zhǎng)時(shí)期大量還原出水階段，一般為480～515℃。d、還原末期：提升觸媒底部溫度使還原徹底，一般控制熱點(diǎn)≤525℃。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)。（3）、觸媒還原工藝條件高空速、高氫最后高溫，低水汽濃度。觸媒的快速還原a、以水汽濃度作為主要控制指標(biāo)（﹤191Nm3）。b、控制低的同平面溫差或同圓柱面溫差。C、還原初期實(shí)現(xiàn)四低四高。d、力爭(zhēng)縮短還原主期時(shí)間。e、還原后期力爭(zhēng)近似地實(shí)現(xiàn)等溫還原。f、采用二次副線(xiàn)。4、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。（1）壓力在氨合成過(guò)程中，合成壓力是決定其它工藝條件的前提，是決定生產(chǎn)強(qiáng)度和技術(shù)指標(biāo)的主要因素。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。但是，壓力高時(shí)對(duì)設(shè)備材質(zhì)及加工制造的技術(shù)要求均高，同時(shí)，高壓下反應(yīng)溫度一般較高，催化劑使用壽命縮短?？傊烧J(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。（2）溫度在最適宜的溫度下，氨合成反應(yīng)速度最快，氨合成率最高。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(xiàn)。鑒于氨合成反應(yīng)的最適宜溫度隨氨含量提高而降低，要求隨反應(yīng)的運(yùn)行不斷移出反應(yīng)熱。（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。當(dāng)其它操作條件一定時(shí)，提高空速氨凈值下降，但合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度增加，空速提高，使氣體與cat接觸時(shí)間短，混合氣體中氨含量降低，與cat床層中對(duì)應(yīng)于一定位置的平衡，氨含量的差值增大，即推動(dòng)力增大，反應(yīng)速度加快，因此，氨凈值下降的幅度小，生產(chǎn)強(qiáng)度增大的幅度大。（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。②惰性氣體含量惰性氣體的存在對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速度都不利，惰性氣體來(lái)源于新鮮氣，當(dāng)操作壓力較低，催化劑活性較好時(shí)，循環(huán)氣中惰性氣體含量宜保持在16%—20%，以降低原料氣消耗量。反之，以控制在12%—16%之間。③入塔氨含量當(dāng)其它條件一定時(shí)，入塔氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低，反之，降低入塔氨含量，催化劑床層反應(yīng)推動(dòng)力增大，反應(yīng)速度加快，氨凈值增加，生產(chǎn)能力提高。5、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。釋放氣大約有H2=32%，N2=12%,CH4+Ar=11%,NH3=45%,這部分氣體在槽內(nèi)越積越多，會(huì)影響容器壓力升高，所以需要不斷釋放出來(lái)，如將其廢掉甚為可惜，可將它通過(guò)氨吸收裝置回收氨后，再送往高壓壓縮機(jī)，一般入口以回收氫氣。若氣體中，惰性氣體兼高，則可送出作為燃料，以降低成本。（2）廢油雜質(zhì)苯處理系統(tǒng)排出的廢油雜質(zhì)等匯集處理，防止排放后污染水源，更換催化劑時(shí)，有大量粉類(lèi)，采用密封條件下更換，防止粉類(lèi)污染大氣，嚴(yán)防泄漏，出系統(tǒng)的循環(huán)水送水汽車(chē)間處理后循環(huán)使用。十、所選擇生產(chǎn)流程描述（見(jiàn)下頁(yè)1—1圖）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。水循環(huán)氣一次出口30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280atm320atm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（1—1圖）循環(huán)氣流程：自循環(huán)機(jī)送來(lái)的氣體經(jīng)濾油器除去油污后進(jìn)入循環(huán)氣壓出口總管，經(jīng)過(guò)各合成系統(tǒng)進(jìn)口二而控制活門(mén)進(jìn)入冷凝塔內(nèi)熱交換器外與管內(nèi)蒸發(fā)器來(lái)的冷氣體進(jìn)行換熱，自身溫度由40—45℃被降到20—30℃，與銅洗工段來(lái)的氫氮混合氣相混合，進(jìn)入氨蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)一步被管外液氨蒸發(fā)所冷卻，溫度降至5—20℃，上升到35—40℃而進(jìn)入合成塔。大部分氣體經(jīng)主線(xiàn)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，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。從副線(xiàn)活門(mén)控制而來(lái)的循環(huán)氣是用來(lái)調(diào)節(jié)觸媒層溫度的。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(mǎn)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4.0—6.0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3.0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)。由冷凝塔及分離器出來(lái)的液氨，經(jīng)減壓后進(jìn)入收集槽，收集槽壓力保持在12—16表壓，液位保持在2/3，液體經(jīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)及渦輪流量計(jì)計(jì)量后，入兩根主管，送往671液氨倉(cāng)庫(kù)，溶于液氨中的氣體在收集槽內(nèi)由于減壓而放出，送往液氨倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)送8012號(hào)，在氨分離器后設(shè)有吹出管線(xiàn)，以吹出氨合成過(guò)程中在循環(huán)氣中積累的惰性氣體（CH4+Ar），氨合成系統(tǒng)根據(jù)情況，可以采用單循環(huán)氣及雙循環(huán)操作，所謂雙循環(huán)即：若干塔作為Ⅰ循環(huán)，其吹出氣為Ⅱ循環(huán)塔的補(bǔ)充氣，Ⅱ循環(huán)塔的吹出氣由總管引到氨回收裝置，再次冷凝（冷卻-20℃）分離回收，其中氨量，經(jīng)氨回收后的氣體送入吹出氣總管，供各用戶(hù)使用。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。液氨、氣氨流程：由671號(hào)二條主管送入670Ⅰ號(hào)，轉(zhuǎn)進(jìn)入各氨系統(tǒng)的蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機(jī)前后填料函盒內(nèi)，經(jīng)減壓、蒸發(fā)使管內(nèi)循環(huán)氣溫度降低，蒸發(fā)后的氣氨分3.6表壓及2.0表壓二根主管而送入所需用戶(hù)，3.6表壓氨氣送入，硝銨Ⅰ號(hào)生產(chǎn)硝銨，2.0表壓氨氣經(jīng)氣柜送入硝酸車(chē)間生產(chǎn)硝酸用3.6表壓氨氣管上也配有送3047，脫硫用氨氣管邊。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(pán)根盒中減壓蒸發(fā)吸收熱量，經(jīng)蒸發(fā)后的氣體送入3.6、2.0表壓總管內(nèi)由兩頭送入669冷凍站二根主管而降為1.0表壓操作。十一、2段生產(chǎn)分析及控制項(xiàng)目2段生產(chǎn)分析及控制項(xiàng)目表見(jiàn)下：序號(hào)分析控制項(xiàng)目控制指標(biāo)控制方法取樣地點(diǎn)檢查數(shù)1新鮮氣含量中各H273.5—75%新鮮氣總管手動(dòng)分析1次/班1成份CO<30PPM新鮮氣總管色譜1次/班1CO2<5PPM新鮮氣總管色譜1次/班1CH4+Ar<2.0%新鮮氣總管手動(dòng)分析1次/班1H2/N22.8—3.1新鮮氣總管手動(dòng)分析1次/班2循環(huán)氣H262—69%塔入口管線(xiàn)色譜1次/班2CH4Ⅰ循環(huán)3—8%Ⅱ>10%塔入口管線(xiàn)Ⅱ循環(huán)塔入口色譜1次/班3氨吹出氣H23CH43NH3<2%吹出管線(xiàn)手動(dòng)分析2次/周3Ar3N24合成塔入口氨含量<3%塔入口管線(xiàn)手動(dòng)分析1次/天4合成塔出口氨含量>9%塔出口管線(xiàn)手動(dòng)分析1次/天4氨貯缸氣中NH3%>40%收集槽吹出管手動(dòng)分析1次/天4氨純度分析>99.5%氣氨總管手動(dòng)分析1次/天十二、崗位人員定額崗位人員定額表如下：崗位各崗位總?cè)藬?shù)每班人數(shù)工資級(jí)別123456789101112循環(huán)機(jī)1235241氨塔92324中空6142氨庫(kù)13332分析51121其它段長(zhǎng)工長(zhǎng)2241112十三、原料及產(chǎn)品的物化特性原料特性300atm25℃H2/N=3序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值1熱容Cal/mol·℃7.362粘度泊1586×10-73導(dǎo)熱系數(shù)Cal/cm?s·℃3025×10-74焓T/mol·℃-55.435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/m30.66720℃2液體沸點(diǎn)°S-33.25760mmHg3Tk(臨界)℃132.94汽化熱Kal/kg112.35Pr(臨界)atm283.6320℃6粘度Kg·s/㎡373.620℃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1.7千瓦/TNH3。（2）冷卻水：由水汽車(chē)間提供的循環(huán)水和銅洗工段送來(lái)的冷凝液，水質(zhì)PH=8～8.7，總硬度9～11mg/l,總堿度1～4mg/l,Cl-8.0～9.0mg/l,耗用量24T/h。（3）工業(yè)水：由金川峽水庫(kù)提供，耗電量2833T/h。2、廠址選擇：選擇廠址應(yīng)從地理位置、運(yùn)輸、水源、供電、三廢處理、環(huán)境保護(hù)和職工福利五個(gè)方面考慮。應(yīng)選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)。商城鎮(zhèn)遠(yuǎn)，以解決職工生活福利。廠址周?chē)泄贰㈣F路。應(yīng)選擇在河流的下游。廠址盡可能在平坦地帶，但應(yīng)防洪。三廢處理：廢水經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可直接排入黃灘；廢氣經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可排入大氣；廢渣經(jīng)過(guò)處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可直接排除掉。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。職工福利：為豐富職工業(yè)余文化生活，福利區(qū)應(yīng)設(shè)有電影院、商店、學(xué)校、飯店、公園、托兒所等。十五：勞動(dòng)保護(hù)制度及物品發(fā)放制度1、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。（2）消除由于設(shè)備不嚴(yán)密而產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象。（3）遵守操作規(guī)程。（4）灼傷的設(shè)備表面要妥善地加以保護(hù)。（5）保證操作人員有一切必要的防護(hù)用具。（6）保證生產(chǎn)廠房有必要的通風(fēng)。2、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。（2）勞動(dòng)保護(hù)用品的更換，因按規(guī)定進(jìn)行。（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。（4）勞動(dòng)保護(hù)用品嚴(yán)禁非生產(chǎn)時(shí)間使用及帶回家。（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。（6）供應(yīng)科必須經(jīng)安全科審查方可領(lǐng)取。（7）車(chē)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。（8）對(duì)于公用的防護(hù)用品，必須由專(zhuān)人負(fù)責(zé)交接班保管使用。第二章物料計(jì)算一：物料計(jì)算1、繪出物料流程簡(jiǎn)圖水冷器氨分離器循環(huán)壓縮機(jī)合成塔氨冷器冷凝塔濾油器水冷器氨分離器循環(huán)壓縮機(jī)合成塔氨冷器冷凝塔濾油器合成塔V3V5V2=V1-V3V7V9V6V8+V10V3=V1-V2 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73.6噸/天 v1 氣體量：V1=20000×2.438×24/73.6=15900Nm3/TNH合成氨量：V2=1000/17×22.4=1317.65Nm3/TNH出合成塔氣量：V3=V1-V2=14582.35Nm3/TNH合成塔氣體氨含量：YNH3=（3.8%×V1+V2）/V3×100%=（3.8%×15900+1317.65）/14582.35×100%=13.18%三：水冷器進(jìn)出口氣體量的計(jì)算1、水冷器出口氣量V4根據(jù)公式lgNH3%=4.1856+EQ-1099.5/T由《無(wú)機(jī)物工藝學(xué)》上冊(cè)得當(dāng)T=33+273=306KP=285atm時(shí)，lgNH3%=4.1865+-1099.5/306=8.86%根據(jù)系統(tǒng)平衡得V3×氨含量=V5+V4×氨含量V3=V4+V514582.35×13.18%=V5+V4×8.86%14582.35=V4+V5解得V4=13891.15Hm3V5=691.20Hm3四、冷凝塔進(jìn)出口氣體量計(jì)算1、放空氣量成分計(jì)算根據(jù)N2+3H22NH3理論上耗氫氮?dú)饬浚海?×1000/17）/2×22.4=2635.29Hm3實(shí)際消耗新鮮氣定額：2800Nm/TNHV理放=V實(shí)-V理=2800-2635.29=164.71Hm3V實(shí)放=V理放/（1+lgNH3）=164.71/（1+8.86%）=151.30Hm3放空氣中損失氨含量151.30×8386%=13.41Hm3放空氣中惰氣含量y放=2800×0.5%/V實(shí)=2800×0.5%/151.30=9.25%2、冷凝塔入口熱氣體V6及其成分V6=V4-V實(shí)放+2800=13891.15×151.30+2800=16539.85Hm3入口氣含氨量V4×8.86%-13.41=1217.35Hm3NH3%=1217.35/16539.85×100%=7.36%3、冷凝塔出口熱氣量V7及冷凝液氨含量V8當(dāng)P=310atmT=273+23=296K時(shí)出口熱氣氨含量為lgNH3%=4.1856+-1099.5/T=6.47%由進(jìn)出口物料測(cè)算得V6×7.36%=V8+V7×6.47%V6=V7+V8解得V7=16382.46Hm3V8=157.39Hm34、冷凝塔出口熱氣氨含量為V6×0.0736-V8=16539.85×0.0136－157.39=1059.94Hm3NH3%=1059.94/16382.46×100%=6.47%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=3.8%V7×6.47%=V10+V9×3.8%V7=V9+V10解得V9=15927.77Hm3V10=454.69Hm3六、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(chēng)NH3N2H2Ar+CH4合計(jì)合成塔進(jìn)3.8022.0366.098.08100出13.1819.5058.518.81100水冷器進(jìn)13.1819.5058.518.81100出8.8620.4761.429.25100氨分離器進(jìn)8.8620.4761.429.25100出8.8620.4761.429.25100冷凝塔排氣進(jìn)7.3621.2263.657.77100出6.4721.4264.277.84100冷氣進(jìn)3.8022.0366.098.08100出3.8022.0366.098.08100蒸發(fā)器進(jìn)6.4721.4264.277.84100出3.8022.0366.098.08100計(jì)算V2=V5+V放NH3+V8+V10=191.2＋13.41＋157.39＋454.69=1316.69Hm3相對(duì)誤差=（1317.65-1316.69）/1317.65×100%=0.073%進(jìn)合成塔氣量：15900Hm3而計(jì)算的氨冷器量為：15927.77相對(duì)誤差=（15927.77-15900）/15900×100%=0.17%第三章熱量衡算一、計(jì)算依據(jù)1、本計(jì)算以物料衡算為基準(zhǔn)。2、各設(shè)備操作條件與前相同。3、熱焓以氣態(tài)物料0℃4、CP值均用分壓迭加法進(jìn)行計(jì)算。A:CPN2=7.371-0.145×10-2T+0.144×10-5T2+0.00661P-0.7557P×10-5B:CPH2=6.982+0.75×10-4T+0.15×10-3PC:T＞500K時(shí)CPNH3=56.853-0.2646T+0.356×10-3T2+0.988P+0.117×10-2P2-0.2168×10-2TPD:CPNH4=4.750+1.200×10-2T+0.3030×10-5T2-0.2630×10-9T3+0.26×10-2PE:CPAr=4.975-0.205×10-4T-0.305×10-5TP+0.946×10-8T2+0.0046P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1、管內(nèi)熱氣體帶入熱T=42℃成分NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.07360.21220.63650.038850.038851.0000Pi23.18466.843200.09812.2377512.23775315.00CPi16.57967.33997.03578.18035.013944.1494CPiYi1.22031.55754.47820.34110.19497.79191、管內(nèi)氣體帶入熱Q6=V6/22.4×CP×T=16539.85/22.4×7.7917×42=241644Kcal2、管內(nèi)氨冷凝放出熱量Q8，查得汽化熱280.71Kcal/kg∴Q8=157.31/22.4×11×280.71=33530Kcal3、管外冷氣體帶入熱Q9成分NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.0380.22030.66090.04040.04041.0000Pi11.59067.192201.57512.32212.322305.000CPi15.46877.38237.03318.29575.016343.4961CPiYi0.58781.62634.64820.33510.20277.4001Q9=15900/22.4×7.4001×5=26264Kcal4、管外液氨帶入熱和帶出熱相互抵消，不影響計(jì)算。液氨在5℃Q8=5.54×17×（457.39+454.69）/22.4=2573Kcal5、管內(nèi)熱氣體帶出熱Q7T=23℃P=3組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.06470.71420.64270.03920.03921.0000Pi20.05766.4001999.23712.15212.152310.00CPi17.18307.35857.03418.53095.014645.1211CPiYi1.11171.57624.52080.33440.19667.7397Q7=16382.46/22.4×7.7397×23=130192Kcal6、管內(nèi)液氨帶出熱Q1123℃Q11=157.39/22.4×17×（125.82-100）=3084Kcal7、管外液氨帶出熱Q8-10=2573Kcal8、管外冷凝氣體帶出熱Q1總帶入熱∑Q入=Q6+Q9+Q8+Q8、10=241644＋26264＋2573＋33530=304011Kcal總帶出熱∑Q出=Q1+Q7+Q8、10+Q11=Q1+130192+2573+3084=Q1+135849Kcal根據(jù)∑Q入=∑Q出Q1=∑Q入-135849=168162Kcal9、求冷氣出口溫度設(shè)冷氣出口溫度分別為31℃，33℃成分NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.0380.22030.66090.04040.04041.0000Pi11.40066.090198.27012.12012.120300.00Cpi=3113.26287.34857.03458.63565.014141.2955Cpi=3313.11907.34637.03478.66185.014141.1759Cpi=3213.19067.34747.03468.64885.014141.235Cpiyi=310.50401.61894.64910.34890.20267.3235Cpiyi=330.49851.61844.64920.34990.30267.3186Cpiyi=320.51101.61864.64920.34940.30267.3210t1=Q5/MCP=168162×22.4/15900×7.3235=32.35℃設(shè)t1=31t1=Q1/MCP=168162×22.4/15900×7.3186=32.37℃設(shè)t1=t1=Q1/MCP=168162×22.4/15900×7.3210=32.36℃設(shè)t1=∵當(dāng)假設(shè)t1=32℃時(shí)，計(jì)算的溫度為32.36-32=0.36℃＜0.5℃10、冷凝塔熱量平衡總表入方Kcal出方Kcal管內(nèi)熱氣體帶入熱Q6241644管內(nèi)熱氣體帶出熱Q7130192管外熱氣體帶入熱Q926264管內(nèi)液體帶出熱3084管內(nèi)液氨冷凝熱Q833530管外液氨帶出熱Q8、102573管外液氨帶入熱Q8、102573管外冷氣帶出熱Q1168162小計(jì)304011304011三、合成塔熱量計(jì)算1、入塔氣體帶入熱Q1=168162Kcal2、氨反應(yīng)熱Q2=776.6Kcal/kgNH3×1000kgNH3=776600Kcal3、出口氣體帶出熱Q3根據(jù)∑Q入=∑Q出Q1+Q2=Q3Q3=168162＋776600=944762Kcal4、求合成塔出口氣體溫度設(shè)t=185℃t=187℃t=組分NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.13180.19500.58510.044050.044051.0000Pi38.22256.550169.67912.774512.7745290.000Cpit=18511.96747.18737.041910.66215.008641.8673Cpit=18711.92707.18617.042010.68835.008541.8519Cpit=18611.94687.18667.041910.67535.008541.8591Cpiyit=1851.57731.40154.12020.46970.22067.7893Cpiyit=1871.57201.40134.12030.47080.22067.7850Cpiyit=1861.57461.40144.12020.47020.22067.7870t3=Q3×22.4/14582.35×7.7893=186.28℃t=t3=Q3×22.4/14582.35×7.7850=186.38℃t=187t3=Q3×22.4/14582.35×7.7870=186.33℃t=計(jì)算溫度為186.33℃假設(shè)溫度186.33℃-186℃=0.335、熱量平衡表入方Kcal出方Kcal氣體帶入熱168162氣體帶出熱944762氨反應(yīng)熱776600小計(jì)944162小計(jì)944762四、水冷器熱計(jì)算1、氣體帶入熱量Q3=944762Kcal2、液氨冷凝熱查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10-1-1當(dāng)t=33℃汽化潛熱為270.58Kcal/kgQ5=691.20/22.4×17×270.58=141939Kcal3、氣體帶出熱Q4t=33℃組分NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.08860.20470.61420.046250.048251.0000Pi25.25158.340175.64713.18113.181258.000CPiYi1.61331.49704.31860.40070.23218.0617CPi18.20897.31297.03138.66465.017646.2353Q4=13891.15×8.0617/22.4=164980Kcal4、液氨帶出熱Q/5查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10-1-133℃Q/5=691.20/22.4×17×37.34=19588Kcal5、冷卻水帶走熱Q13Q13=Q3+Q5-Q4-Q5=944762+141939-164980-19588=902133Kcal6、水冷器熱平衡表入方Kcal出方Kcal氣體帶入熱Q3944762氣體帶出熱Q4164980液氨冷凝熱Q5141939液氨帶出熱Q519588冷卻水帶出熱Q13902133小計(jì)1086701小計(jì)算1086701五、氨冷器熱量計(jì)算1、氣體帶入熱Q7，同冷凝塔熱氣帶出熱量相同∴Q=30192Kcal2、液氨帶入熱Q/8，同冷凝塔熱氣中液氨帶出熱相同∴Q/8=3084Kcal3、氣體中氨冷器放出熱量Q3放5℃查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表汽化潛熱為297.41Kcal/kgQ3放=454.69/22.4×17×297.41=102629Kcal4、冷量損失（Q7+Q/8+Q3放-Q9-Q15）×3%=6212Kcal5、氣體帶出熱Q9=262646、液氨帶出熱Q15=2573Kcal7、液氨所需熱Q10=Q7+Q/8+Q3放-Q9-Q15+6212=30192＋3084＋102629－26264－2573＋6212=213280Kcal8、氨冷器熱量平衡表入方Kcal出方Kcal進(jìn)氣帶入熱130192氣體帶出熱Q926264液氨帶入熱Q83084液氨帶出熱Q152573氨冷凝放出熱Q3放102629液氨所需熱Q16213280冷量損失6212小計(jì)242117小計(jì)242117第四章設(shè)備計(jì)算一、冷凝塔（一）計(jì)算目的冷凝塔設(shè)計(jì)的傳熱面積是110m3（二）計(jì)算依據(jù)1、冷凝塔負(fù)荷以最大產(chǎn)量3.5TNH3/h計(jì)算2、各種物料進(jìn)出口量、成分、溫度均按前設(shè)計(jì)，T1按32℃3、設(shè)備規(guī)格（1）列管φ14×2，L=4500，n=618（其中包括拉桿10根φ10）（2）擋板φ600/φ240φ460/φ129（3）管中心距20擋板間距1134、已知數(shù)據(jù)熱氣λ=0.0978Kcal/m.h.℃μ=1770×10-9kg.s/m冷氣λ=0.0995Kcal/m.h.℃μ=1660×10-9kg.s/mCP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6-4-4α=0.244×0.6×f2×（Q·d/H）0.6（3100·CPH/λ）0.33×λ/dH式中α：Kcal/m2.h.℃0.6：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1.3三角形排列常數(shù)F=π（D1+D2/2）×H（1-dH/t）式中：F：氣流橫穿管束的平均通氣截面m2H：擋板間距m。t：管間距mD1D2擋板的內(nèi)外徑mG：流體的重量流速kg/m2.h徑向：S1=π（D1+D2）/2·h（1-d外/t）軸向環(huán)行擋板車(chē)外殼之間的橫截面積：S2=π/4·（D12-D22）（1-β）β=0.91(d外/t)2S=S1×S2管內(nèi)α均按譚天恩等編的《化工原理》上冊(cè)P2425-33式計(jì)算α=0.023λ/dRe0.8Pr0.4（三）計(jì)算負(fù)荷管外冷氣體帶入熱Q9=26264Kcal管外冷氣體帶出熱Q1=168162Kcal熱負(fù)荷Q=（168162-26264）×3.5=49.6643Kcal/h（四）平均溫度差管內(nèi)：42℃、23℃管間32℃、5℃差值10℃、Δtm=（18-10）/ln18/10=13.6（五）選取α值或K值1、管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算溫度=（42+23）/2=32.5℃P=（310+315）成份NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi6.91521.3263.963.90233.9025110.00Pi21.60966.625199.87512.19531212.195312312.5YiCi16.87377.34917.03498.65555.014344.9275YiPi1.16681.56684.49950.33780.19577.7666軸向S2=π/4（D12－D22）（1－β）=0.785×（0.62-0.1462）×〔1-0.91×（0.014/0.02）2〕=0.0645㎡S=（S1S2）1/2=（0.0373×0.0645）1/2=0.0490㎡G=15900/22.4×10.4×3.5/0.049=527296kg/m2.hα1=0.244×0.6×f2×（527296×9.81/1660×10-9×3600）×（3600×7.3693×1660×10-9/9.81×0.0955×10.4）0.33×0.0995/0.014=1164Kcal/m2.h.℃式中Re=125922Pr=0.41753、總傳熱系數(shù)K的計(jì)算K=1/（d均/d內(nèi)+內(nèi)+d均/d外+外+δ/λ+Rc）（以平均面積為準(zhǔn)）=1/（0.012/0.01×1548＋0.012/0.94×1164＋0.002/40＋0.0008）=423Kcal/m2.h.℃4、傳熱面積校核F=Q/KΔtm=496643/423×13.6=86.33m安全系數(shù)=110/86.33=1.274∴換熱器合乎要求二、立式蛇管式蒸發(fā)器（一）計(jì)算目的氨冷器設(shè)計(jì)傳熱面積105m2（二）計(jì)算依據(jù)1、設(shè)備規(guī)格CP=7.7666Kcal/mol℃M平=0.06915×17＋0.2132×28＋0.6396×2＋0.019025×（16＋40）=10.61kg/KmolV=（16539.85＋16382.46）/2=16461.16Hm2/NH3已知di=0.01mλ=0.0978Kcal/m.h℃μ=1770×10-9kg.s/mG=16461.16/22.4×10.61×1/0.785×0.012×3.5/607=572713.6kg/h.m2Re=G.d/μg=572713.6×0.01/1770×10-9×9.81×3600=91621Pr=CPμg/λ=7.7666×1770×10-9×9.81×3600/0.0978×10.61=0.4679α1=0.023×λ/d·Re0.8·Pr0.4=0.023×0.0978/0.01×916210.8×0.46790.4=1548Kcal/m2.h℃2、管間給熱系數(shù)計(jì)算T=（32+5）/2=18.5℃P=（305+300）成份NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.0380.22030.66090.04040.04041.0000Pi11.49566.641199.92212.22112.221302.5CPi14.26187.36457.03398.47215.015242.1475YiCPi0.54191.62244.64870.34230.20267.3579M=0.038×17＋0.2203×28＋0.6609×2＋0.0404×（16＋40）=10.40kg/Kmold0=0.014mλ=0.0995Kcal/m.h℃μ=1660×10-9kg.s/m2V=15900Hm3/h徑向：S1=π（D1＋D2）/2?h（1-d外/t）=3.14×（0.24＋0.46）/2×0.113×（1-0.014）/0.02=0.0373m殼體φ2100×24×3855蛇管φ51×11n=123、操作條件（1）氣體溫度（2）氣體壓力（3）氣體成分（4）進(jìn)出口含量上述均按前設(shè)計(jì)計(jì)算液氨蒸發(fā)溫度-54、定性溫度下μ=0.0590kg/m.k.hλ=0.1025Kcal/m.h℃α蛇=α直（1+1.77di/R）此式根據(jù)《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P323式12-3進(jìn)行校正式中R：蛇管曲率半徑mR的計(jì)算F=π×d均×n×L式中n：蛇管根數(shù)L：蛇管長(zhǎng)度d均：蛇管平均直徑N=EQ（∑l/πt）1/2式中t：管間距mt=1.7d外∑：系數(shù)1.4N：層數(shù)（三）熱負(fù)荷計(jì)算液氨蒸發(fā)吸收即為熱負(fù)荷Q=Q16=213280×3.5=746480Kcal/h（四）平均溫度差Δtm=[（23-（-5）]-[5-（-5）]/lg28/10=17.5（五）傳熱系數(shù)的計(jì)算1、管內(nèi)給熱示數(shù)的計(jì)算T=（23+5）/2=14℃成份NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi（進(jìn)）6.4721.4264.273.923.92100.00Pi（出）3.8022.0366.094.044.04100.00Yi5.13521.72565.1803.983.98100.00Fi15.790166.8044200.42912.238512.2385307.5Pi16.34487.37037.03368.41325.015537.1774YiPi0.83931.60124.58450.33480.1967.5694M平=0.05155×17＋0.21125×28＋0.6518×2＋0.0398×（16＋40）=10.49kg/KmolV=（16382.46＋15900）/2=16G=16141.23×10.49×3.5/22.4×0.785×（0.029）2×12=3339529.1kg/m2.hRe=dG/H=0.029×3339529.1/0.059=1641463Pr=HCP/λ=0.059×7.5694/0.1025×10.49=0.4153t=1.7d外=1.7×0.51=0.0867md均=0.04mL=1.05/3.14×0.04×12=69.67mN=（∑l/πt）1/2=1.4×69.67/3.14×0.0867=19層D=L/πN=69.67/3.14×19=1.17mR=D/2=1.17/2=0.585mα內(nèi)=0.023×λ/d×Re0.8Pr0.4×（1＋1.77×d/R）=0.023×0.1025/0.029×16414630.8×0.41530.4×（1＋1.77×0.029/0.585）=5836Kcal/m2h.℃2、管外給熱系數(shù)計(jì)算α=80（εF/1000）0.7d外-0.6（1+0.008t外）此式由《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P332式12-3-49式中α：給熱系數(shù)Kcal/m2h.℃d外：管子外徑εF：?jiǎn)挝幻娣e熱負(fù)荷Kcal/m2h設(shè)傳熱面積80m則εF=746480/80=9331Kcal/m2hα=80×（9331/1000）0.7×0.051-0.6×（1＋0.0008×0.051）=2287Kcal/m2h.℃K=1/（d均/d內(nèi)λ內(nèi)＋d均/d外λ外＋δ/λ＋RC）=1/（40/5836×29＋40/2287×51＋0.011/40＋0.001）=513Kcal/m2h.℃F=Q/KΔtm=746480/513×17.5=83.12m2與假設(shè)相遠(yuǎn)，故計(jì)算無(wú)效設(shè)傳熱面積為79m則εF=746480/79=9447Kcal/m2hα=80×（9447/1000）0.7×0.051-0.6×（1＋0.008×0.051）=2307Kcal/m2h.℃K=1/（d均/d內(nèi)λ內(nèi)＋d均/d外λ外＋δ/λ＋RC）=1/（40/5836×29＋40/2307×51＋0.011/40＋0.001）=540Kcal/m2h.℃F=Q/KΔtm=746480/540×17.5=78.99m2與假設(shè)基本相等，計(jì)算有效三、合成塔觸媒的計(jì)算（一）計(jì)算目的1、觸媒層高度H2、觸媒層與外冷管間R03、觸媒層與內(nèi)冷管間R2（二）計(jì)算依據(jù)1、觸媒填充料2.438m2、觸媒筐φ724×12,中心管φ159×6，熱電偶套管φ51，絕熱層高度0.9m，冷管φ44×2.5/φ32×2.5/φ24×2,n=28根3、觸媒顆粒平均直徑DP=0.006m4、觸媒層t=480℃5、內(nèi)冷管t=380℃（三）觸媒筐計(jì)算1、求觸媒層高度用量=［（0.72-0.152）-2×0.0512×（H1＋0.9）－28×0.0442?H1］×0.785=2.438解：H1=6.6417m總高度=6.6417+0.9=7.5417m2、觸媒層各項(xiàng)給熱系數(shù)計(jì)算a：觸媒層給熱系數(shù)αk的計(jì)算查《合成氨塔》一書(shū)得：αk=2.17×λμ/De×（De/DP）0.8×DP×CPk/Hk）0.52式中：De=fke：為冷卻層流通截面積fke=（0.72－0.1572－0.0512-0.0442）×0.75=0.3182mDe=①、混合氣體熱容定性溫度t=480℃組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi（進(jìn)）0.03800.22030.66090.04040.04041.000Yi（出）0.13180.19500.58510.044050.044051.000Yi0.08490.207650.62300.042220.04221.000Pi24.7908606338181.91612.329712.3197292.0CPi12.16687.15177.065814.41324.993445.7909YiCPi1.033031.48514.40200.60860.21107.7397②、混合氣體粘度組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi（進(jìn)）0.08490.207650.62300.042230.042231.0000Ci（出）1.38871.002411.193615.5847μi×17310.24355.0912166.77246.71467.621546.43Mi172821639102Mi1/24.12315.29151.41420.042236.324617.1956YiMi1/20.3501.09880.88111.19360.26712.7660YiCiMiMi1/2146.4×10-7390.1×10-7148.93×10-749.73×10-7124.88×10-7859.1由《小氮肥廠工藝手冊(cè)》P7371—6—4式得：Um=∑YiCiμiMi1/2/∑YiMi1/2=859.10×10-7/2.7660=310.59×10-7kg/m、混合氣體異熱系數(shù)組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.08490.207650.62300.04250.04251.0005Pi178.033515.6822948805.68TCi405.58.5524.66234.6871.0544.392λCi×10-547.67126.233.3239152.2598.37P/CMi=YiPCi15.11226.95639.76869.66952.026843.5334T/CM=YiTCi34.427026.205420.745910.09186.384497.8545λ/CM=Yiλi×10-54.04721.775415.36441.43900.299822.9258Pr=P/P/CM=292/43.5334=6.7075Tr=T/T/CM=753/97.8545=7.6951由小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)P759圖1-7-5查得λr=1.7Λm=λr×λ/CM=1.7×22.9258×10-5×3600×1/10=0.1403Kcal/m.h.℃Λk=2171Kcal/m2.h.℃ｂ、管外給熱系數(shù)的計(jì)算組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.0380.22030.66090.04040.04041.0000Pi11.17264.768194.30511.877611.8776294CPi11.44667.14697.061613.42764.995744.0784yicpi0.43501.57434.66700.54250.20187.4206②、混合氣體粘度組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.0380.22030.66090.04040.04041.0000Ci1.40180.982321.0001.12171.005.60202Ui×17179.28335.54154.99234.26439.521343.57Mi1728216401034.12315.29151.41424.001.324616.1534yi0.15671.16570.93470.16160.25552.6742yicimi61.33384.23144.8642.46112.30745.18由小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)P7371-6-4式查得Um=∑YiCiMiMi1/2/∑YiMi1/2=745.18×10-7/2.6742=278.66×10-7kg③、混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)定性溫度400℃組成NH3N2H2CH4Ar合計(jì)Yi0.0380.22030.66090.04040.04041.0000Pi178.033.515.6822948504.18T/C405.59151.2718.59λ/C×10-547.678.5524.66234.087.10122.062P/cm=yiP/c6.7647.3810.3639.2521.93935.698T/cm=YiT/C15.40927.80222.0089.6566.10880.9883λ/cm=λcmyi×1051.8111.88416.2991.3770.28721.658Pr=P/P/cm=294/35.698=8.2358Tr=T/T/cm=673/80.983=8.3104由小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)P759圖1-7-5查得λr=1.99Λm=λv×λ/cm=1.99×21.658*10-5×3600×1/10=0.15516Kcal/m.h.℃④、管外給熱系數(shù)的計(jì)算de=0.039-0.032=0.007mM=εyimi=10.40G=15900×3.5×10.4/［22.4×0.785×（0.0392－0.0332）×28］=2365192kg/h.m2由小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)P7044-5-1式得α0=0.023×α/d×Re0.8×Pr0.4Re=0.007×2365192/278.66×10-7×3600=165039Pr=7.4206×278.66×10-7×3600/0.1471×10.4=0.4868α0=0.023×0.1471/0.007×1650390.8×0.48680.4=5409kcal/h.m2.℃C、觸媒層與外冷管間的傳熱系數(shù)K01