合成氨工藝合成工段仿真軟件

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1、合成第一章工藝原理氨的合成是氨廠最后一道工序，任務(wù)是在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和有催化劑存在的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混和氣直接合成為氨。然后將所生成的氣體氨從未合成為氨的混和氣體中冷凝分離出來，得到產(chǎn)品液氨，分離氨后的氫氮氣體循環(huán)使用。一、氨合成反應(yīng)的特點氨合成的化學(xué)反應(yīng)式如下：這一化學(xué)反應(yīng)具有如下幾個特點：（1）是可逆反應(yīng)。即在氫氣和氮氣反應(yīng)生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣。（2）是放熱反應(yīng)。在生成氨的同時放出熱量，反應(yīng)熱與溫度、壓力有關(guān)。（3）是體積縮小的反應(yīng)。（4）反應(yīng)需要有催化劑才能較快的進(jìn)行。二、

2、氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡1、平衡常數(shù)氨合成反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為：=式中p(NH3)、p(H2)、p(N2)-----為平衡狀態(tài)下氨、氫、氮的分壓。由于按合成反應(yīng)是可逆、放熱、體積縮小的反應(yīng)，根據(jù)平衡移動定律可知，降低溫度，提高壓力，平衡向生成氨的方向移動，因此平衡常數(shù)增大。2、平衡氨含量反應(yīng)達(dá)到平衡時按在混和氣體中的百分含量，稱為平衡氨含量，或稱為氨的平衡產(chǎn)率。平衡氨含量是給定操作條件下，合成反應(yīng)能達(dá)到的最大限度。計算平衡常數(shù)的目的是為了求平衡氨含量。平衡氨含量與壓力、平衡常數(shù)、惰性氣體含量、氫氮比例的關(guān)

3、系如下：19地址：北京市朝陽區(qū)安外小關(guān)東里10號院，潤宇大廈610室郵編：100029E-mail:support@besct.com電話：010－64951832網(wǎng)址：www.besct.com式中---平衡時氨的體積百分?jǐn)?shù)-----惰性氣體的體積百分?jǐn)?shù)p-----總壓力-----平衡常數(shù)r------氫氮比例由式可見，溫度降低或壓力升高時，等式右方增加，因此平衡氨含量也增加。所以，在實際生產(chǎn)中，氨的合成反應(yīng)均在加壓下進(jìn)行。一、氨合成動力學(xué)（一）反應(yīng)機(jī)理氮與氫自氣相空間向催化劑表面接近，其絕大部分自外

4、表面向催化劑毛細(xì)孔的內(nèi)表面擴(kuò)散，并在表面上進(jìn)行活性吸附。吸附氮與吸附氫及氣相氫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，一次生成NH、NH2、、NH3。后者至表面脫附后進(jìn)入氣相空間?？蓪⒄麄€過程表示如下：在上述反應(yīng)過程中，當(dāng)氣流速度相當(dāng)大，催化劑粒度足夠小時，外擴(kuò)散光和內(nèi)擴(kuò)散因素對反應(yīng)影響很小，而在鐵催化劑上吸附氮的速度在數(shù)值上很接近于合成氨的速度，即氮的活性吸附步驟進(jìn)行的最慢，是決定反應(yīng)速度的關(guān)鍵。這就是說按得合成反應(yīng)速度是由氮的吸附速度所控制的。（二）反應(yīng)速度反應(yīng)速度是以單位時間內(nèi)反應(yīng)物質(zhì)濃度的減少量或生成物質(zhì)濃度的增加量來表

5、示。在工業(yè)生產(chǎn)中，不僅要求獲得較高的氨含量，同時還要求有較快的反應(yīng)速度，以便在單位時間內(nèi)有較多的氫和氮合成為氨。根據(jù)氮在催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟、氮在催化劑表面成中等覆蓋度、吸附表面很不均勻等條件，捷姆金和佩熱夫?qū)У玫乃俣确匠淌饺缦拢?9地址：北京市朝陽區(qū)安外小關(guān)東里10號院，潤宇大廈610室郵編：100029E-mail:support@besct.com電話：010－64951832網(wǎng)址：www.besct.comW-----反應(yīng)的瞬時總速度，為正反應(yīng)和逆反應(yīng)速度之差、----正

6、、逆反應(yīng)速度常數(shù)----為氫、氮、氨氣體的分壓。（三）內(nèi)擴(kuò)散的影響當(dāng)催化劑的顆粒直徑為1mm時，內(nèi)擴(kuò)散速度是反應(yīng)速度的百倍以上，故內(nèi)擴(kuò)散的影響可忽略不計。但當(dāng)半徑大于5mm時，內(nèi)擴(kuò)散速度已經(jīng)比反應(yīng)速度慢，其影響就不能忽視了。催化劑毛細(xì)孔的直徑愈小和毛細(xì)孔愈長（顆粒直徑愈大），則內(nèi)擴(kuò)散的影響愈大。實際生產(chǎn)中，在合成塔結(jié)構(gòu)和催化層阻力允許的情況下，應(yīng)當(dāng)采用粒度較小的催化劑，以減小被擴(kuò)散的影響，提高內(nèi)表面利用率，加快氨的生成速度。一、影響合成塔操作的各種因素1、影響合成塔反應(yīng)的條件：催化的合成反應(yīng)可用下式表示

7、：在推薦的操作條件下，合成塔出口氣中氨含量約13.9%（分子）沒有反應(yīng)的氣體循環(huán)返回合成塔，最后仍變?yōu)楫a(chǎn)品。（一）溫度：溫度變化時對合成氨反應(yīng)的影響有二方面，它同時影響平衡濃度及反應(yīng)速度。因為合成氨的反應(yīng)是放熱的，溫度升高使氨的平衡濃度降低，同時又使反應(yīng)加速，這表明在遠(yuǎn)離平衡的情況下，溫度升高時合成效率就比較高，而另一方面對于接近平衡的系統(tǒng)來說，溫度升高時合成效率就比較低，在不考慮觸媒衰老時，合成效率總是直接隨溫度變化的，合成效率的定義是：反應(yīng)后的氣體中實際的氨的百分?jǐn)?shù)與所討論的條件下理論上可能得到的氨

8、的百分?jǐn)?shù)之比。(二)壓力：氨合成時體積縮小(分子數(shù)減少)，所以氨的平衡百分?jǐn)?shù)將隨壓力提高而增加，同時反應(yīng)速度也隨壓力的升高而加速，因此提高壓力將促進(jìn)反應(yīng)。(三)19地址：北京市朝陽區(qū)安外小關(guān)東里10號院，潤宇大廈610室郵編：100029E-mail:support@besct.com電話：010－64951832網(wǎng)址：www.besct.com空速：在較高的工藝氣速(空間速度)下，反應(yīng)的時間比較少，所以合成塔出口的氨濃度就不象低空速那樣高