【正文】 值溫升 = 1 2 5 .6 1 4 .81 0 0 0 .0 8 5 1 0 0a ty ? ??? ? ?℃ 每 1％氨凈值溫升的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為 1415℃，故可用。 1. 入熱 （ 1）氣體帶入熱 Q1 平均分子熱容 Cp 哈爾濱理工大學學士學位論文 26 氣氨未冷凝，采用分壓疊加法，按照《合成氨原料氣的恒壓（真實）比熱》 [3]中算式進行計算。 表 317 水冷器中混合氣體平均熱容計算結(jié)果 （ t=℃ , 12 t=℃ , T=,P=） 組分 yi/含量 Pi/atm Cpi/(KJ/Kmol.℃ ) yiCpi/(KJ/Kmol.℃ ) H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計 1 氣體在 ℃下的真實熱容 , 即 ℃下的真實熱容。 液氨冷凝量 179。 上述冷負荷 的相應氨產(chǎn)量為 。（標）； 與精煉氣的組成相同見表 31。 再在《手冊》附圖 1519外推，查得Δ Cp0=(kmol.℃ )。 哈爾濱理工大學學士學位論文 29 （ 4） 制冷需耗用的液氨量 液氨蒸發(fā)溫度為 20℃，蒸發(fā)壓力為 大氣壓 （表壓），由表 314用內(nèi)插法求得氣氨的焓為 。 Cp=℃ =℃ （ 4）導熱系數(shù)：采用修正對比態(tài)法計算 由《手冊》 [1]附表 171及附圖 1710查得各組分氣體的修正臨界壓力 /修正臨界溫度以及定性溫度（ ℃ ）下的修正臨界導熱系數(shù)，由已知混合氣體各組分的摩爾分數(shù)，一并列于下表 319。 每小時氨耗量 = 每噸產(chǎn)品氨的制冷氨耗量 =? ? 設備計算 計算基準：每小時氨產(chǎn)量 6313kg 水冷器 1. 已知條件 （ 1）設備形式：淋灑式排管冷卻器 （ 2）高壓換熱器 ? 68 ?13 d外 = d內(nèi) = d= (3)熱負荷 Q= (4) 產(chǎn)量 6313kg （ 5）熱氣體進口壓力 大氣壓 （ 6）熱氣體出口壓力 大氣壓 （ 7） 熱氣體進口溫度 ℃ （ 8）熱氣體出口溫度 35℃ （ 9）熱氣體量 m3 (10) 冷卻水壓力 P= （ 11）冷卻水進口溫度 24℃ （ 12）冷卻水出口溫度 40℃ 2. 管內(nèi)給熱系數(shù)的計算 0 .8 0 .40 0 .0 2 3 R e P rd?? ? (34) （ 1）平均溫度 t= 35 ? ? ℃ = 平均壓力 P= 1 7 8 .1 1 7 6 .2 1 7 7 .22? ?大氣壓 哈爾濱理工大學學士學位論文 30 （ 2）平均分子量 M =2?+28?+17?+16?+40?= （ 3）氣體熱熔：采用分壓疊加的算法計算 以進口 /出口氣體溫度的平均溫度（ ℃ ）下的真實分子熱容，作為進口溫度和出口溫度這段范圍內(nèi)的平均分子熱容。 （ 3）氨冷凝熱 Q3 由《手冊》 [1]表 1011，內(nèi)插查得 ℃下， 氨汽化熱 =Q3=?= （ 1）氣體帶出熱 Q4（同冷交換器冷氣體帶入熱 ) Q4= KJ （ 2）液氨帶出熱 Q5 由表 314用內(nèi)插法求得 ℃下，液 氨焓 = Q5=?()= （ 3）液氨蒸發(fā)所移走的熱量 Q6 Q6=(Q1+Q2+Q3)(Q4+Q5)=++ ()= KJ 3. 二級氨冷器進口氣體溫度 t進 （ 1 ）進口氣體量 = 一級氨冷器出口氣量 + 新鮮氣量 = +=179。 液 氨冷凝量： 179。 每噸產(chǎn)品氨的耗冷量 耗冷量 = 10004 2 2 0 7 0 8 . 3 5 6 6 8 5 4 8 . 6 96 3 1 3 . 2 4??KJ/噸氨 二級氨冷器熱量衡算 已知條件： 進口氣體： 循環(huán)氣：與一級氨冷器出口氣體相同。 1. 入熱 （ 1）氣體帶入熱 Q1 （同冷交換器出口氣體帶出熱） Q1= 哈爾濱理工大學學士學位論文 27 （ 2）液氨帶入熱 Q2 （同冷交換器液氨帶出熱） Q2= （ 3）氨冷凝熱 Q3 由《手冊》表 1011，查得 7℃下氨汽化熱 = Q3=?= 2. 出熱 （ 1）氣體帶出熱 Q4 有氣氨冷凝，采用壓力校正法，算得當 t=7℃ , T=279K, P=的平均分子熱容 Cp=（ kmol. ℃）。 一級氨冷氣熱量衡算 已知條件 : 進口氣體：與冷交換器出口熱氣體相同； 出口氣體：壓力 ；溫度 7℃；氣量 179。故用近似算法，即仍采用此一組算式以計算真實熱容，而以 t℃和 0℃的平均溫度下（即 1/2t℃ )算得的氣體真實熱容，作為 t℃下的平均熱容。（標）； 氣體組成與出塔氣體相同見表 32。（標） 1 1 1 0 9 0 9 . 8 4 3 0 . 9 6 ( 1 5 1 . 6 2 6 ) 1 9 2 5 3 6 3 1 . 3 42 2 . 4Q ? ? ? ? ?KJ 2. 氨合成放出的反應熱量 Q2 （ 1） 反應熱（ HR） 由上?；W院《無機化工氣 固相催化反應過程》 [4]，中查得 在 300大氣壓下 HR=+= 在 200大氣壓下 HR=+=哈爾濱理工大學學士學位論文 25 在 145大氣壓下 HR=+= 將此三數(shù)據(jù)繪成曲線，內(nèi)插得在出塔條件下（ 大氣壓，℃）， HR=50781KJ/Kmol （ 2）合成的氨量 合成的氨量 =產(chǎn)氨量 +放空氣中氨量 8 3 1 7 .9 8 1 8 0 .2 1 3 7 9 .3 82 2 .4???Kmol Q2 Q2=50781 = Q1 與 Q2近似相等，系統(tǒng)穩(wěn)定，無需重新假設溫度計算。 假設 :出塔溫度 ℃ 平均溫度 =（ 26+） /2=℃， T=+273= 采用分壓疊加發(fā)計算高壓混合氣體的真實熱容。 氣體組成見表 32。 已知條件： 進塔氣體： 壓力 ；溫度 30℃；氣量 179。 表 314 不同溫度下液氨的焓 哈爾濱理工大學學士學位論文 23 Q6= = 冷交換器熱量平衡見表 315。 表 313 冷交換器進口各純組分氣體的常壓分子熱容 0piC （ t=44℃ , T=317K, P=氣壓） 組分 yi分子分率 Cpi KJ/mol yi cpi Pci大氣壓力 Pci yi 臨界溫度 Tc yi Tc H2 N2 NH3 CH4 Ar iy ?? 00 ip i pC y C?? = cm i icP yp?? = cm i icT yT??= 算式來源 別斯科夫【 4】 《手冊》 附式 1516 《手冊》第 737頁 對比壓力 Pr=P/Pcm=對比溫度 Tr=T/Tcm=317/= 由《手冊》附圖 1519查得 pTC? ? ? KJ/(kmol. ℃ ) 由《手冊》附錄， 0p p pC C C? ? ??=+=℃ 上列計算過程的符號說明： yi—— 混合氣體中各組分的分子分率； 0ipC —— 常壓下，各純組分的平均分子熱容， KJ/kmol. ℃ 0pC —— 常壓下，混合氣體的平均分子熱容， KJ/kmol. ℃ cip —— 各純組分的臨界壓力，大氣壓； 哈爾濱理工大學學士學位論文 22 ciT —— 混合氣體的虛擬臨界溫度， K； cmP —— 混合氣體的虛擬臨界壓力，大氣壓； cmT —— 混合氣體的虛擬臨界溫度， K； rP —— 對比壓力； rT —— 對比溫度； pC? —— 熱容得壓力校正值， kj/kmol. ℃ pC —— 高壓混合氣體的平均分子熱容， kj/kmol. ℃； 熱氣體帶入熱量 Q1 Q1= 1 0 0 8 3 9 . 9 4 3 8 . 1 8 4 4 . 7 7 6 8 1 7 1 5 . 4 32 2 . 4 ? ? ? KJ （ 2）管外，進口冷氣體帶入熱量 Q2 用壓力校正法算得當 t=℃ ,T=,P= 平均分子熱容 Cp= KJ/kmol. ℃； Q2= 1 1 0 9 0 9 . 8 4 4 4 . 8 7 ( 1 5 . 2 6 ) 3 3 9 0 2 5 7 . 3 32 2 . 4 ? ? ? ? ? KJ （ 3）氨的冷凝熱 Q3 設：熱氣體出口溫度為 ℃，熱氣體線冷凝到 ℃，氣氨再冷凝出來。 表 312 冷交換器進出口氣體的組成 氣流組分 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計 管內(nèi)進口熱氣體 1 管內(nèi)出口熱氣體 1 管外進口冷氣體 1 管外出口冷氣體 1 組分 H2 N2 CH4 Ar NH3 KT 哈爾濱理工大學學士學位論文 21 熱氣體中氨冷凝量： 179。（標）。 由《手冊》式（ 7111） ? ??? 111 i iK yK （ 32） 1 0 . 5 2 7 7 8 0 . 1 7 4 2 6 0 . 1 5 9 9 4 0 . 0 3 3 0 2 0 . 1 1 0 0 01 1 . 4 0 7 1 1 . 4 1 1 . 3 0 8 1 1 . 6 6 1 1 . 2 9 1K ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? = K= （ 2）循環(huán)機出口氣體溫度 T出 由《手冊》式（ 7110） K1KPPT ）（入出入出 ?T （ 33） 已知：循環(huán)機進、出 口壓力為 P入 =181大氣壓， P出 =202大氣壓； 循環(huán)機進口氣體的溫度為 T入 =35+273=308K 所以 1. 375 11. 375202=308 = ??出 （ ）℃ 循環(huán)機出口氣溫度為 ℃。 采用分壓 疊加法時由真實分子熱容換算為平均分子熱容有兩種方法： 1. 以某設備進出口溫度下的真實分子熱容，作為進口至出口范圍內(nèi)的平均分子熱容； 2. 以 t℃和 0℃的平均溫度下的真實分子熱容作為 t℃平均分子熱容。 小時氨產(chǎn)量： 6313kg 基準溫度 : 0℃ 液氨的焓：《氮氣工作者手冊》 [1]飽和氨蒸汽表中，液氨的焓 是以 0℃為基準的，故下文中液氨的焓采用此書中的數(shù)據(jù)（摘錄于 174頁）。（標） 出口氣體組成見表 310。（標） 進口氣體組成表 39 。（標） CH4= + =179。（標） ％ 1 成分 H2 N2 CH4 Ar NH3 總計 標米 分率 1 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 則 54 16( 97 18 8 .36 74 38 .8 0)y y ??? 0 . 0 5 4 1 6 8 9 7 4 9 . 5 6 5 1 3 9 . 1 71 0 . 0 5 4 1 6y ???? m179。 表 37 冷交換器出口熱氣體組成 一 級氨冷器物料衡算 進口氣體量及組成同冷交換器出口氣體。 由拉爾遜 布列克公式 87 87 9 10 99 .54 4l og 85 6 42 529 419 ? ? ? ? 由相關(guān)資料查的在該溫度和壓力下，氨在氣相中有霧狀析出，取過飽和度 10％，則液氨上方氣體中的過飽和氨濃度 Ay、 （％）： Ay、 = Ay = = 令：出口氣體中氣氨體積為 ym179。（標） NH3==179。（標） H2==179。（標） 補充氣體組成與精煉氣相同見表 31。（標） 組成見表 32。按相應的倍數(shù)放大得到合成塔各部氣體的量及組成。 （標） 合計 = +=179。（標） N2 = +=179。 哈爾濱理工大學學士學位論文 13 第 3章 合成氨合成工段工藝計算 物料衡算 已知條件 1. 氨合成流程 圖 1. 氨合成工段工藝流程圖 2. 精煉氣成分 精煉氣成分見表 31 表 31 精煉氣成分 成分 H2 N2 CH4 Ar 含量％ 3. 進塔氣中氨含量 3％ 4. 進塔氣中惰性氣體的含量 ％（含氨基） 5. 出塔氣中氨含量 ％ 6. 精煉氣的溫度 35℃ 7. 出水冷氣的溫度