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机械制造及其自动化
Mechanical Manufacturing and Its Automation

二、合成氨系统流程模拟分析

（一）合成氨热力学及动力学基础
1.合成氨热力学

合成氨反应是可逆、放热、体积缩小的反应，化学平衡常数随反应温度的降
低而增大，平衡氨含量随反应压力的增加而增加，合成氨反应式如下：

3 H ( ) g + 1 N ( ) g ↔ NH ( ) g （5-1）
2 2 2 2 3
2.合成塔反应动力学
湖北化肥厂使用的催化剂是亚铁基催化剂，也是中国最先进的A301型催化
剂。该催化剂是浙江工业大学研制的一种低温、低压、高活性的氨合成催化剂，

具有易还原、活性温度低、催化活性（氨净值）高、抗毒性能好和机械强度高等
优点。目前，有很多研究针对A301氨合成催化剂的动力学模型进行研究，这为
合成反应器的设计提供了基础数据。李涛等l5对低温、低压、高活性的A301催化
剂的本征动力学进行研究，建立了Temkin形式的动力学方程，获得了反应的活化

能及指前因子。
（二）合成氨单元模型选择
Aspen Plus主要采用序贯模块法，该方法的基本部分是一些用以描述单元操
作、物性以及系统其他功能的模块（子程序），各种特定的过程系统，可用组

合起来的各种单元模块来描述，序贯模块法对过程系统的模拟，是以单元模块的
模拟计算为基础的，依据单元模块入口的物流信息以及足够的定义单元特性的信
息，可以计算出单元出口物流的信息，序贯模块法就是按照由各种单元模块组成

的过程系统的结构，序贯地对各单元模块进行计算，从而完成该过程系统的模拟
计算。
1.压缩机模型
合成氨工序中合成气压缩机作为一个加压单元，这部分内容采用Compr模型

来模拟压缩机。该模型可模拟多变（正位移）压缩机，计算方法可采用GPSA方
法或AMSE方法。需给出压降变化在此不考虑设备的内部构造参数。
2.换热器模型

合成氨流程中存在很多换热器操作单元。这部分内容使用的换热器主要有两
种，Heater和HeatX。Heater主要用于两股物流进行换热的换热器，需给出口温

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