原材料及产品主要技术规格.doc

目录一 前言二 工艺设计三 流程方案及工艺流程四 主要设备的选择与计算 1 物料衡算 2主要设备的选择与计算五 废气回收六 结束语原材料及产品主要技术规格（一） 原材料技术规格：序号名称规格备注成分百分含量（摩尔）1精练气氢气72.76氮气25.92氨气0甲烷0.98氩气0.34 （二）液氨产品技术规格序号名称规格国家标准备注等级组分含量1液氨一级品氨99.8GB356-65水和油0.22液氨二级品氨99.5GB356-65水和油0.5 （三）氨水产品技术规格序号名称规格标准备注等级组分含量1农业用氨水一级品氨20部标HGI-88-64二级品氨18三级品氨152工业用氨水一级品氨25部标HGI-88-64残渣0.3二级品氨20残渣0.3三级品氨20残渣0.5一 前言液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。生产方法 合成氨气经压缩制得液氨产品。产品性能 液氨为无色液体，有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。密度0.617g/cm3；沸点为33.5，低于77.7可成为具有臭味的无色结晶。分子式：NH3 气氨相对密度(空气1)：059 分子量：1704液氨相对密度(水1)：07067(25) CAS编号：7664-41-7自燃点：65111 熔点()：-777 爆炸极限：1625 沸点()：-334 1水溶液PH值：117比热kJ(kgK) 氨（液体）4.609 氨（气体）2.179 蒸气压：882kPa(200) 1产品用途液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂。液氨还可用用于纺织品的丝光整理。NH3分子中的孤电子对倾向于和别的分子或离子形成配位键，生成各种形式的氨合物。如Ag(NH3)2+、Cu(NH3)42+、BF3NH3等都是以NH3为配位的配合物。 液氨是一个很好的溶剂，由于分子的极性和存在氢键，液氨在许多物理性质方面同水非常相似。一些活泼的金属可以从水中置换氢和生成氢氧化物，在液氨中就不那么容易置换氢。但液氨能够溶解金属生成一种蓝色溶液。这种金属液氨溶液能够导电，并缓慢分解放出氢气，有强还原性。例如钠的液氨溶液： 金属液氨溶液显蓝色，能导电并有强还原性的原因是因为在溶液中生成“氨合电子”的缘故。例如金属钠溶解在液氨中时失去它的价电子生成正电子： 液氨加热至800850，在镍基催化剂作用下，将氨进行分解，可以得到含75%H2、25%N2的氢氮混合气体。用此法制得的气体是一种良好的保护气体，可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业，以及需要保护气氛的其他工业和科学研究中。 2包装储运采用钢瓶或槽车灌装。灌装用钢瓶或槽车应符合国家劳动局颁发的“气瓶安全监察规程”、“压力容器安全监察规程”等有关规定。允许重量充装系数为0.52kg/L。装运液氨的钢瓶和槽车必须符合中华人民共和国交通部制订的危险货物运输规则，运输过程中应避免受热，严禁烟火。钢瓶必须有安全帽，瓶外用橡皮圈或草绳包扎，防止激烈撞击和震动。液氨钢瓶应存放于库房或有棚的平台上。露天堆放时，应以帐篷遮盖，防止日光直射。主要靠铁路和公路运输。 3中毒处置(一)毒性及中毒机理 液氨人类经口TDLo：015 mlkg 液氨人类吸入LCLo：5000 ppm5m 氨进入人体后会阻碍三羧酸循环，降低细胞色素氧化酶的作用。致使脑氨增加，可产生神经毒作用。高浓度氨可引起组织溶解坏死作用。 (二)接触途径及中毒症状 1吸入 吸入是接触的主要途径。氨的刺激性是可靠的有害浓度报警信号。但由于嗅觉疲劳，长期接触后对低浓度的氨会难以察觉。 (1)轻度吸入氨中毒表现有鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎。患者有咽灼痛、咳嗽、咳痰或咯血、胸闷和胸骨后疼痛等。(2)急性吸入氨中毒的发生多由意外事故如管道破裂、阀门爆裂等造成。急性氨中毒主要表现为呼吸道粘膜刺激和灼伤。其症状根据氨的浓度、吸入时间以及个人感受性等而轻重不同。 (3)严重吸人中毒可出现喉头水肿、声门狭窄以及呼吸道粘膜脱落，可造成气管阻塞，引起窒息。吸入高浓度可直接影响肺毛细血管通透性而引起肺水肿。 2皮肤和眼睛接触 低浓度的氨对眼和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用。潮湿的皮肤或眼睛接触高浓度的氨气能引起严重的化学烧伤。 皮肤接触可引起严重疼痛和烧伤，并能发生咖啡样着色。被腐蚀部位呈胶状并发软，可发生深度组织破坏。 高浓度蒸气对眼睛有强刺激性，可引起疼痛和烧伤，导致明显的炎症并可能发生水肿、上皮组织破坏、角膜混浊和虹膜发炎。轻度病例一般会缓解，严重病例可能会长期持续，并发生持续性水肿、疤痕、永久性混浊、眼睛膨出、白内障、眼睑和眼球粘连及失明等并发症。多次或持续接触氨会导致结膜炎。 (三)急救措施 1清除污染 如果患者只是单纯接触氨气，并且没有皮肤和眼的刺激症状，则不需要清除污染。假如接触的是液氨，并且衣服已被污染，应将衣服脱下并放入双层塑料袋内。 如果眼睛接触或眼睛有刺激感，应用大量清水或生理盐水冲洗20分钟以上。如在冲洗时发生眼睑痉挛，应慢慢滴入12滴04奥布卡因，继续充分冲洗。如患者戴有隐形眼镜，又容易取下并且不会损伤眼睛的话，应取下隐形眼镜。 应对接触的皮肤和头发用大量清水冲洗15分钟以上。冲洗皮肤和头发时要注意保护眼睛。 2病人复苏 应立即将患者转移出污染区，对病人进行复苏三步法(气道、呼吸、循环)： 气道：保证气道不被舌头或异物阻塞。 呼吸：检查病人是否呼吸，如无呼吸可用袖珍面罩等提供通气， 循环：检查脉搏，如没有脉搏应施行心肺复苏。 3初步治疗 氨中毒无特效解毒药，应采用支持治疗。 如果接触浓度500ppm，并出现眼刺激、肺水肿的症状，则推荐采取以下措施：先喷5次地塞米松(用定量吸入器)，然后每5分钟喷两次，直至到达医院急症室为止。 如果接触浓度1500ppm，应建立静脉通路，并静脉注射10g甲基泼尼松龙(methylprednisolone)或等量类固醇。(注意：在临床对照研究中，皮质类固醇的作用尚未证实。)对氨吸入者，应给湿化空气或氧气。如有缺氧症状，应给湿化氧气。 如果呼吸窘迫，应考虑进行气管插管。当病人的情况不能进行气管插管时，如条件许可，应施行环甲状软骨切开术。对有支气管痉挛的病人，可给支气管扩张剂喷雾，如叔丁喘宁。 如皮肤接触氨，会引起化学烧伤，可按热烧伤处理：适当补液，给止痛剂，维持体温，用消毒垫或清洁床单覆盖伤面。如果皮肤接触高压液氨，要注意冻伤。 二工艺设计1设计依据：本设计按照材化系下达设计任务书进行编制，参照鸿鹄化工总厂的现场生产，以及中国五环化学工程总公司（原化工部第四设计院），和石油化工部化工设计院的有关资料设计而成。2设计规模及特点：本工段生产液氨，生产能力为15万吨液氨/年，与传统流程相比较，具有节能低耗的特点，通过设计两个串联的氨冷器，在低压下，既减少了动力消耗，又保证了合成塔入口氨含量的要求；现具体起来如下：（1）循环机位置：本工段设置在氨分离系统后，合成塔之前，从而充分利用循环机压缩功，提高进合成塔温度，减少冷量消耗，降低氨冷器负荷，同时提高进塔压力，提高合成率，而进循环机的氨冷量较低，避免了塔后循环机流程容易带液氨而导致循环机泄漏。（2）反应热回收的方式及利用：这涉及到废热锅炉的热量利用几合成塔塔外换热器如何科学设置的问题，废热锅炉的配置实际上是如何提高反应热的回收率和获得高品位热的问题，本设计选择塔后换热器及后置锅炉的工艺路线，设置塔后换热器使废热锅炉出口气体与合成塔二进气体换热，充分提高合成塔二进温度，相应提高了合成塔二出温度，进废热锅炉的气体温度为360度，副产1.3兆帕的中压蒸汽，充分提高回收热量品位。（3）采用“二进二出”合成流程：全部冷气经合成塔环隙后进入热交换器，可使合成塔体个点温度分布均匀，出口气体保持较低温度，确保合成塔长期安全稳定运行，与循环机来的冷气直接进入热交换器相比，使热交换器出口温度增大。进入水冷的气体温度降低意味着合成余热回收率高和水冷负荷低。（4）水冷器、氨冷器的设置：水冷后分离液氨再进行冷交，氨冷有利于降低后续氨冷的负荷，边冷却边分离液氨，即提高了液氨的分离效果，又避免了气液两相流的存在，通过设置两氨冷器的冷凝充分解决了低压下，水冷后很少有氨冷凝下来的矛盾，达到了进一步冷却，保证合成塔入口氨冷量的要求。（5）补充气及放空点位置设置：补充气设置在冷交的二次入口，以便减少系统阻力，并通过氨冷进一步洗脱微量二氧化碳和一氧化碳及氨基甲酸等杂质，有利于保护触媒防止管道和设备堵塞。放空点设置在冷交换器和氨分离器之间，氨分后有效气体浓度较低，惰性气体含量较高，有利于降低新鲜气单耗。（6）新型设备的使用：离心式循环压缩机离心式循环压缩机用于合成工段，能避免油污渗入循环气，提高合成气质量，从而可不设油分离器降低能耗，对于本工段选用冷激式内件，要求合成气质量较高，无油压缩机更为合适，离心式循环压缩机还具有运行时间长的特点，经江苏宜兴化肥厂资料表明，无油压缩机与注油压缩机相比较平均使用寿命可延长十倍。冷交换器分离器为外向型旋流板，上部换热器为列管换热器和下部氨分离器，将热气体在进入氨冷器前用冷气体进行冷却换热，以回收冷气体的冷冻量，使入氨冷器的热气体预冷却，从而节省冷冻量，同时分离经氨冷后含氨混和气中的液氨，安徽淮南化工公司发表与小氮肥杂志上的有关资料表明，该设备节能降耗显著。3三废治理及环境保护：放空气弛放气送氢回收系统，先用洗涤塔回收几乎全部氨，制成浓氨水，再回收大部分氨送入高压机压缩后制氨既可以避免氨气进入大气，与放空气作燃料相比又更合理经济。废物集中处理达到国家排放标准后排放。三 流程方案及工艺流程 由氮氢气压缩机送来的3545的新鲜气，与放空后经冷交换器来的循环气混合，而后温度被降至20，进入氨冷器。气体管内流动，液氨在管外蒸发，由于氨大量蒸发吸收了混合气的热量，使管内气体进一步被冷却至0左右，为降低氨冷器负荷，进入氨冷器继续冷却至-15左右，出氨冷器后的气液混合物，在冷交换器的下部用分离器将液氨分离，分离出的液氨进入液氨贮罐，分氨后的循环气上升至上部换热器壳程被热气体加热至22后出冷交换器，然后，气体经循环压缩机，补充压力至15兆帕，由合成塔的下部进入层间换热器，移走第二绝热床反应热，冷气体升温进入第一绝热床进行合成反应，再入第一、二绝热床空间（冷激器）由185度左右的冷气体作冷激气原与出第一绝热床的反应气体混合降温到385度左右，混合后气体进入第二绝热床进行合成反应，气体氨净值升高，出第二绝热床气体进入层间换热器，移走热量，使冷气升温，热气体降温后进入第三绝热床进行合成反应，气体氨含量增加到16.5，再经塔内下换热器将热量移走，后进入沸热锅炉，副产1.3Mpa蒸气。换热产生蒸汽后进入循环器加热器一次出塔气体至160，本身温度降至112左右进水冷器被冷却产生部分液氨，温度降至35，混合气液进氨分离器，分离液氨，分离的液氨去液氨罐贮存，出氨分离器的气体则部分放空，放空气去氢回收装置，放空后的循环气经冷交换器降温至17与新鲜气混合，继续下一循环。液氨产品易蒸发，有强烈刺激性气味，对人的消化系统和呼吸系统都造成伤害，与空气混合后遇火会爆炸，应密闭贮存，管道输送，尽可能避免泄漏。工艺流程图：沸热锅炉液氨贮槽氨冷器氨冷器冷交换器循环机氨分离器水冷器 热交换器合成塔四 主要设备的选择与计算1.主要设备的选择计算见计算部分的设备选型2.设备一览表（见后）3.设备的选定说明：合成塔内件合成塔的选择主要是触媒筐和塔内换热器，本着节约自身的水电和冷冻量消耗同时提高氨合成反应热的回收品位和利用率本设计触媒筐选用三段绝热冷激间冷式内件。三段绝热冷激间冷式内件有如下特点：1）高效节能 冷激-间冷式内件是托普索节能型氨合成塔内件基础上开发的一种高效节能型内件，氨净值高；2）生产能力大； 3）床层间复合换热；4）节约管材；5）便于催化剂还原。 装填A106型合成塔催化剂，此种催化剂具有良好的抗毒性能，低温高活性，较好的热稳定性特点。1 物料衡算1.1合成塔入口气组分：入塔氨含量：y5NH3=2.5;入塔甲烷含量：y5CH4=15.00x0.98/（0.98+0.34）x100=11.136；入塔氢含量：y5H2=100-（2.5+11.136+3.864）x3/4x100=61.875；入塔氩含量：y5Ar=15.00x0.34/（0.98+0.34）x100=3.864；入塔氮含量：y5N2=100-（2.5+11.136+3.864）x1/4x100=20.625入塔气组分含量（）NH3CH4ArH2N2小计2.511.1363.86461.87520.6251001.2.合成塔出口气组分：以1000kmol入塔气作为基准求出塔气组分，由下式计算塔内生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.165-0.025)/(1+0.165)=120.172kmo出塔气量: M8=入塔气量生成氨含量=1000-120.172=879.828kmo出塔氨含量： y8NH3=16.5出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)xy5CH4=(1000/879.828)x11.136=12.657出塔氨含量： y8Ar=(M5/M8)xy5Ar=1000/879.828x3.864=4.392出塔氢含量： y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)x100=3/4(1-0.165-0.12657-0.043921)x100=49.838出塔氮含量： y8N2=1/4(1-0.0165-0.12657-0.04392)x100=16.612出塔气体组分含量（）NH3CH4ArH2N2小计16.512.6574.39249.83816.6121001.3合成率：合成率=2MNH3/M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)x100=2x120.172/1000(1-0.025-0.11364-0.03964)x100=29.1332 主要设备的选型与计算2.1 合成塔催化剂层设计： WWWWW选用三段绝热冷激间冷式内件，并在此基础上进行合成塔的催化剂层设计，依据已给定参数设计确定催化剂用量及几何尺寸等工艺参数，然后再按照一定的操作条件计算催化剂层温度、浓度和产量。本设计采用“近似计算法”进行设计。（1） 基本数据：进塔气成分 H2 61.875，N2 20.625，CH4 11.136，Ar 3.864, NH3 2.5进塔气摩尔流量：V1=215222.796m3/h MK0=9608.161Kmol/h无惰性气体分解基流量：yNH3,1=0.025y0,1=0.15V0,1=V1(1-y0,1) x1+yNH3,1/(1- y0,1)=215222.796(1-0.15)1+0.025/(1-0.15)=188319.947 m3/h将整个催化剂床层分成三段，各段尺寸见下表：n123小计Ln,mm1500250035007500Vkn,m30.5050.7090.8912.105An,n,x10-6(m3.h)/m32.6953.8711.331Ef0.620.420.26(2)分段计算： 第一段绝热层温度分布计算（n=1）,首先假定催化剂层温度tk,0=412设出第一段气体温度 tk,1=447a.查物料数据：第一段平均温度 t平k,1=(tk,0+tk,1)/2=（412+417)/2=429.5由t平k,1=429.5，yNH3,1=0.025 查C平pk,1=31.06KJ/(Kmol.) HT1=54340KJ/KmolNH3由联立方程式 A1=Vk/V01=(1/rNH3)平n/ Ef = (yNH3,1- yNH3,0)其中 Vk-表示第n-1段至n段催化剂用量 V01-为入塔氨分解基无惰性气体体积流量 Ef-为催化剂活性系数yNH3,1， yNH3,0-为扣除了惰性气体的第n段催化剂进出计算氨含量，（1/rNH3)平n-为第n段进出口反应速度倒数b.求反应热及生成氨含量：令气体第一段焓升（反应热）I1I1=Mk,0 C平pk,1 (tk,1- tk,0)=M1 xHT1M1 = Mk,0 C平pk,1 (tk,1- tk,0)/HT1=9608.161x31.06(447-412)/54340=192.216 Kmol/hI1=M1xHT1=192.216x54340=10445031.82KJ/hc.求出口氨含量： 由公式yNH3,1/（1+yNH3,1)=22.4M1/ V01+ yNH3,0/（1+ yNH3,0）= 22.4x192.216/188319.947+ yNH3,0/（1+ yNH3,0）=0.023+ yNH3,0/（1+ yNH3,0）由公式yNH3,0= yNH3,0/（1- yNH3,0）=0.025/（1-0.15）=0.029，yNH3,0/（1+ yNH3,0）=0.028上式=0.023+0.028=0.051， yNH3,1=0.054实际出口氨含量：yNH3,1= yNH3,1（1- y0,0 Mk,0 / Mk,1）=0.054（1-0.15x9608.161/ Mk,1）式中 Mk,1 = Mk,0-M1 Mk,1=9608.16-192.216=9415.944 Kmol/h yNH3,1=0.054（1-0.15x9608.161/9415.944）=0.046d.A1,1(反算tk,1) 由A106催化剂活性曲线查(1/rNH3)1，(1/rNH3)2当 tk,0=412, yNH3,0=0.029时 (1/rNH3)0 =6.5x10-5(h.m3)/m3当 tk,1=447, yNH3,1=0.054时 (1/rNH3)1 =6.8x10-5(h.m3)/m3(1/rNH3)平1=(1/rNH3)0 +(1/rNH3)1/2=6.646x10-5(h.m3)/m3A1,1 = (1/rNH3)平1 x(yNH3,1- yNH3,0)/ Ef =6.646x10-5x(0.054-0.029)/0.62=0.268 x10-5(h.m3)/m3与假定第一段常数A1相符，故假定温度求tk,1=447正确本段单位长度反应热 Q1=I1/L1 =10445031.82/1500=6963.355KJ/(m.h)第一段催化剂用量Vk，1= A1,1 V01=0.268 x10-5x188319.947=0.505 m3第二绝热床层的计算 进第二绝热床层摩尔流量 ：Mk2= Mk1+ Mk0=9415.944+9608.161=19024.109Kmol/h无惰性气体氨分解基流量：V0,= V2(1- y0,2)1+ yNH3,2/(1- y0,2) x19024.109x22.4(1-0.148)(1+0.125/(1-0.0.148)=18586.554m3/h设第二段出口氨含量为12.5%,则第二绝热床层无惰性气体进出口氨含量：y0NH3,2=0.125/(1-0.148)=0.147 y0NH3,1=0.054氨生成量：M2=Vo,2/22.4(yoNH3,2/(1yoNH3,2)- yoNH3,2-1/(1yoNH3,2-1)M2=18586.554/22.4(0.147/(1+0.147)-0.54/(1+0.54)=240.833Kmol/h假设第二段出口温度为458,查得Cpk,2平=32.756 KJ/(Kmol. ), HT1=55732KJ第二段出口温度核算：tk,2 =M2xHT2/( Mk1Cpk,2平)+ tk,1=240.833x55732/(9415.944x32.756)+447=458.5与假定值相同，计算有效由A106催化剂活性曲线查(1/rNH3)n-1, (1/rNH3)n当tk,1=447时，yNH3,1=0.054时,(1/rNH3)1=6.8x10-5(h.m3)/m3(标)当 tk,2=458.5时，yNH3,2=0.147时, (1/rNH3)2=8.2x10-5(h.m3)/m3(标)(1/rNH3)2平=（(1/rNH3)2(1/rNH3)1）7.5x10-5 (h.m3)/m3(标)第二绝热床层催化剂用量：Vk2= V0,x(1/rNH3) 2平/Ef(y0NH3,2- y0NH3,1)=18586.554x7.5x10-5 x(0.147-0.054)/0.42=0.709 m3设冷激后温度降为380，查表得Cpk2,=31.25 KJ/(Kmol. )出塔气摩尔流量：Mk,2= 19024.109Kmol/h已知冷激气温度：tk,0=188.4,查得Cpk,0=30.948 KJ/(Kmol. )据Mkn*Cpk,n平tk,n+ Mk,0+ Cpk,0* tk,0=tk,nCpk,n(Mkn+Mk0)代入数据19024.109x32.756x458.5+ Mk,0x188.4x30.948=32.756x380(Mk,0+19024.109)解得冷激气量：Mk,09608.161 Kmol/h冷激后氨含量：yNH3,n=( Mkn*yNH3,n+ Mk0*yNH3,0) /( Mkn+ Mk0)yNH3,2=(19024.109x0.125+9608.161x0.025)/(219024.109+9608.161)=0.0914第三段绝热层温度分布计算（n=3）,首先假定催化剂层温度tk,0=487由出第二段气体温度 tk,2=458.5a.查物料数据：第一段平均温度 t平k,31=(tk,3+tk,2)/2=（487+458.5)/2=472.77由t平k,1=472.77，yNH3,2=0.125 查C平pk,3=34.785KJ/(Kmol.) HT3=65437KJ/KmolNH3由联立方程式 A3=Vk/V03=(1/rNH3)平n/ Ef = (yNH3,3- yNH3,2)b.求反应热及生成氨含量：令气体第三段焓升（反应热）I3I3=Mk,2 C平pk,3 (tk,3- tk,2)=M3 xHT3M3 = Mk,2 C平pk,3 (tk,3- tk,2)/HT3=19024.109x34.785(487-4458.5)/65437=287.872 Kmol/hI3=M3xHT3=287.872x65437=18837478.88KJ/hc.求出口氨含量： 由公式yNH3,3/（1+yNH3,3)=22.4M3/ V03+ yNH3,2/（1+ yNH3,2）= 22.4x287.872/188319.947+ yNH3，2/（1+ yNH3,2）=0.034+ yNH3,2/（1+ yNH3,2）由公式yNH3,2= yNH3,2/（1- yNH3,2）=0.147，yNH3,2/（1+ yNH3,2）=0.128上式=0.023+0.128=0.162， yNH3,3=0.193实际出口氨含量：yNH3,3= yNH3,3（1- y2,2 Mk,2 / Mk,3）=0.193（1-0.15x19024.109/ Mk,3）式中 Mk,3 = Mk,2-M3 Mk,3=19024.109-287.872=18736.237Kmol/h yNH3,3=0.193（1-0.15x19024.109/18736.237）0.165d.A3,3(反算tk,3) 由A106催化剂活性曲线查(1/rNH3)3，(1/rNH3)32当 tk,2=412, yNH3,2=0.029时 (1/rNH3)2 =8.2x10-5(h.m3)/m3当 tk,3=447, yNH3,3=0.054时 (1/rNH3)3 =6.85x10-5(h.m3)/m3(1/rNH3)平3=(1/rNH3)2+(1/rNH3)3/2=7.525x10-5(h.m3)/m3A3,3 = (1/rNH3)平3 x(yNH3,3- yNH3,2)/ Ef =7.525x10-5x(0.193-0.147)/0.26=1.331 x10-5(h.m3)/m3与假定第一段常数A3相符，故假定温度求tk,3=487正确本段单位长度反应热 Q3=I3/L3 =18837478.88/3500=5382.13KJ/(m.h)y0,3= （yNH3,3- yNH3,3）/ yNH3,3=（0.193-0.165）/0.193=0.1554V0,3= V3(1- y0,3)1+ yNH3,3/(1- y0,3)= 28812.27x22.4(1-0.1554)(1+0.193/(1-0.1554)= 669661.694m3/h第三段催化剂用量Vk，3= A3,3 V03=1.331 x10-5x669661.694=0.891 m3各段计算结果如下表段数n名称123进口温度tk,n-1,412382.05472.10出口温度tk,n, 447458.5487进口氨含量yNH3,n-1,2.54.612.5出口氨含量yNH3,n,4.612.516.5氨产量M3n,Kmol/h192.216240.833287.872催化剂单位反应热，KJ/(m.h)6963.3555382.132.2 换热器设备工艺与计算：（1）选型 选螺旋板换热器，外壳800x8,中心管150x2.5,螺旋板头数为2，通道宽4m螺旋板厚=3mm，板间距b=4mm, 选螺旋板有效高为0.92m（2） 换热负荷=9608.676x34.131x(521-365)=5.116x107 KJ 热气从内旋，冷气从外经内向外。（3）传热系数计算 通道截面积=6x2x2=0.016m2 通道直径de=2b=2x0.04=0.08m 螺旋体外径 D0=1000-8x2=984mm DH=( D0+ d0)/2=(984+150)/2=567mm冷气体对板传热系数: 0=0.023x（1+3.54de/DH）/d0xRe0.8xPr0.3 =0.023x(9608.676X10.615X0.008/(0.07X0.016)0.8X(31.14X0.07/(0.498X10.615)0.3X(1+3.54X0.008/0.567)=1294.823KJ/(m2.h. )注：由冷气入口温度为188.4，出口温度为458.5 t平=（188.4+458.5）/2=323.45 yNH3=0.025 查Cpm=32.56KJ/Kmol =0.51KJ/(m.h. ) =0.0509 KJ/m.h热气体对板传热系数：t进=447 t出=487t平=（447+487）/2=467 yNH3=0.165 查Cpm=33.475KJ/Kmol =0.48 KJ/(m.h. ) =0.068 KJ/m.hi=0.023x（1+3.54de/DH）/d0xRe0.8xPr0.3 =0.023x0.48/0.08x(9608.676x12.277x0.008/(0.016x0.071)0.8x(33.475x0.068/(0.48x12.277)0.3x(1+3.54x0.08/0.5045)=8826.687 KJ/(m2.h. )总传热系数 取R=0.000196 (m2.h. )/KJ 钢=146.3 KJ/(m.h. )K=1/(1/1294.823+1/8826.687+0.000196+0.0045/146.3)=965.57 KJ/(m2.h. )（4）传热面积F=Q/Ktmtm=(487-478)-(458.5-188.4)/ln(487-478)/ (458.5-188.4)=887.74F=5.116x107/(965.57x887.74)=59.684m22.3 热锅炉设备工艺计算：2.3.1计算条件（1）选卧式U型换热管（2）高压管尺寸24x1.5 d外=0.024m2 d内=0.015m2 d平=0.0195m2（3）热负荷Q=1722601.705 KJ/t NH3（4）产量W=18.939 t NH3/h（5）冷气体压力p=15Mpa（6）气入口温度 t入=360（7）气出口温度 t出=220（8）进气量 V=9998.906x18.939=189369.281m3(标)/h（9）副产蒸气压力p=1.274Mpa（10）软水入口温度 t入=30（11）蒸气饱和温度 t蒸= 管内给热系数的计算:。0.023/d。xRe0.8xPr0.4式中各物性数据取之平均温度 t平=(360+220)=290 p平=15Mpa之值 (1) 压缩系数Z查氮肥（理）表1-1气体的临界常数NH3CH4ArH2N2Yi0.1650.126570.043920.498380.16612Tci,K405.6190.715133.8126.2Pci,Mpa11.3954.6394.8621.2963.393Tcm=yiTci=0.165x405.6+0.12657x190.7+0.04392x151+0.49838x33.8+0.16612x126.2=135.25KPcm=yipci=0.165x11.395+0.12657x4.639+0.04392x4.862+0.49838x1.296+0.16612x3.393=3.89Mpa对比压力 Pr=15/3.89=3.856, 对比温度 Tr=(290+273)/135.25=4.163查氮肥（理）普遍化压缩系数之四得 Z=1.05(2) 混合气体平均分子量 M平=yiMi=0.165x17+0.12657x16+0.04392x40+0.49838x2+0.16612x28=12.235(3) 气体热容 查气体比热容NH3CH4ArH2N2Pi Mpa3.1422.2691.7321.3876.47Cpi KJ/Kmol. 46.24250.23221.08429.09330.702Cp=yiCpi=0.165x46.242+0.12657x50.232+0.04392*21.084+0.49838x29.093+0.16612x30.702=34.513 KJ/Kmol.o C(4) 气体导热系数 高温下含氮混合气体的导热系数，用氮的对比导热系数图进行计算查氮肥（理）临界修正参数NH3CH4ArH2N2Yi0.1650.126570.043920.498380.16612Tci,K405.5239151.233.3126.2Pci,Mpa1803023.1964.8621.5683.393,KJ/(m.h.)0.66960.44690.10680.36870.12866Tcm=yiTci=0.165x405.5+0.12675x239+0.04392x151.2+0.49838x33.3+0.16612x126.2=143.095KPcm=yipci=0.165x18.03+0.12675x23.196+0.04392x4.862+0.49838x1.568+0.16612x 3.393=7.47Mpacm=yiPci=0.165x0.6696+0.12657x0.4469+0.04392x0.1068+0.49838x0.3687+0.16612x0.12866=0.377 KJ/(m.h. )假对比参数Pr=15/7.47=2.008 Tr=(290+273)/141.36=3.98查氮肥（理）导热系数，r=1.2 =rcm=1.2x0.377=0.4524 KJ/(m.h. )(5) 气体粘度查氮肥（理）图1-22,23,25,30,31各组分气体在压力下的粘度NH3CH4ArH2N2NH3Yi0.1650.126570.043920.498380.16612Ci0.971.04110.92i Kg/(m.h)0.0810.0770.1460.0500.106Mi1/24.1246.321.415.29高压下含氨混合气体的粘度yiMi1/2Cii/yiMi1/2yiMi1/2=0.165x4.12+0.12657x4+0.04392x6.32+0.49838x1.41+0.16612x5.29=3.045=(0.165x4.12x0.97x0.081+0.12657x4x1.04x0.077+0.04392x6.32x0.146+0.49838x1.41x0.050+0.16612x5.29x0.92x0.106)/3.045=0.08383Kg/(m.h)(6) 雷诺准数重量流量 WVM平/22.4=189369.281x12.235/22.4=103434.516Kg/h管道截面积，设管道数量91根F=0.785*0.0152*91=0.016m2则重量流速G=w/F=103434.516/0.0161=6.425x106 Kg/(m2.h) Re=doG /=0.015x6.425106/0.08383=1.15x106 Re0.8 =70559.95（7）普兰特准数Pr=Cp/(M)=34.513x0.0838/(0.4524x12.235)=0.5227 Pr0.4=0.771管内给热系数0=0.023x/d0xRe0.8xPr0.4=0.023x0.4524/0.015x70559.95x0.771=37737.386 KJ/(m2.h. )2.3.3 管外给热系数:i=5.848P0.176q0.7 KJ/(m2.h. )式中q=Q/FQ-锅炉热负荷，KJ/h, F-锅炉换热面积，M2, P-蒸气压力，Mpa设锅炉换热面积F=15.0 M2副产1.372Mpa绝热蒸气，代入上式i=5.848x1.3720.176(1722601.705x4.167/15)0.7=58495.663 KJ/(m2.h. )2.3.4传热总系数K:设气相测污垢系数R11.196x104(m2.h. )/KJ设液相侧污垢系数R2=2.0393x10-4(m2.h. )/KJ=0.0045m 钢=146.3 KJ/(m.h. )K=1/(0.0195/(0.015x37737.386)+0.0195/(0.024x58495.663)+1.196x10-4+2.0393x10-4+0.0045/146.3)=4982.586KJ/(m2.h. )2.3.5传热温差tm=(360-194.13)-(220-30)/ln(360-194.13)/ (220-30)=177.662传热面积F=Q/Ktm=1722601.705x18.939/(4982.586x177.66)=36.85m2实取换热面积 F=37 m2按一根U型管8.8m，需列管数n=F/dl=37/(3.14x5.7x8.8)912.4 热交换器设备工艺计算:2.4.1计算条件（1）选列管式挽热器，冷气走壳程，热气走管程（2）列管尺寸142无缝钢管 d外=0.014m2 d内=0.01m2 d平=0.012m2（3）热负荷Q=1597816.349KJ/t NH3（4）产量W=18.939 t NH3/h（5）冷气体压力p=15Mpa（6）冷气入口温度 t入=41.71（7）冷气出口温度 t出=160（8）冷气气量 V=215234.349m3(标)/h（9）热气体压力p=15Mpa（10）热气入口温度 t入=220（11）热气出口温度 t出=112.6（12）热气气量V=189369.281m3(标)/h2.4.2管内给热系数的计算00.023/d0xRe0.8xPr0.8式中各物性数据取之平均温度 t平=(220+74)=147C p平=28.8Mpa之值(1) 压缩系数和体积流量由废锅压缩系数计算知 Tcm=135.25K,Pcm=3.89Mpa对比压力 Pr=15/3.89=3.856, 对比温度 Tr=(166.3+273)/135.25=3.25查氮肥（理）普遍化压缩系数之四得 Z=1.05则 气体体积流量 V=V0Zp0T/(pT0)=189369.281x1.05x0.098x439.3/(15x273)=2090.414m3/h(2) 混合气体平均分子量 M平=12.235(3) 气体热容 查氮肥（理）并计算得Cp=35.933KJ/Kmol. (4) 气体导热系数查氮肥（理）1-88表常压下各组分导热系数NH3CH4ArH2N20i,KJ/(m.h. C)0.14180.19070.08430.81480.1204Mi1/32.5712.5093.4191.2593.037由0m=i0yi Mi1/3/yi Mi1/3计算yi Mi1/3=0.165x2.571+0.12657x2.519+0.04392x3.419+0.49838x1.259+0.16612x3.037=2.0250m=(0.165x2.571x0.148+0.12657x2.519x0.1907+0.04392x3.419x0.0943+0.49838x1.259x0.8148+0.16612x3.037x0.1204)/2.025=0.348 KJ/(m.h. )由前计算 Tcm=141.36K pcm=7.47Mpa 查氮肥（理）普遍化气体对比导热系数，r=/0m=1.2=1.440m=1.2x0.348=0.4176 KJ/(m.h. )(5) 气体粘度查氮肥（理）图1-22,23,25,30,31各组分气体在压力下的粘度NH3CH4ArH2N2Ci0.650.9110.89i Kg/(m.h)0.2070.0750.0140.0420.1008高压下含氨混合气体的粘度=yiMi1/2Cii/yiMi1/2=(0.165x4.12x0.65x0.0207+0.12657x4x0.9x0.075+