【正文】 (11)水冷器出口氣體(11)水冷器出口液體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3CH4ArH2N2∑（12）氨分離器出口（13）放空氣％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3CH4ArH2N2∑（14）冷交換器熱氣進(jìn)口（15）氨分離器出口液氨％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3CH4ArH2N2∑（16）冷交換器出口液體（17）冷交換器熱氣出口氣體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3CH4ArH2N2∑（17）冷交換器熱氣出口液體（18）氨冷器Ⅰ進(jìn)口氣體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3100CH4ArH2N2∑（18）氨冷器Ⅰ進(jìn)口液體（22）氨冷器Ⅱ進(jìn)口氣體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3100CH4ArH2N2∑（22）氨冷器Ⅱ進(jìn)口液體（19）液氨貯槽出口液體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3100CH4ArH2N2∑100（20）弛放氣（21）液氨貯槽進(jìn)口液體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3CH4ArH2N2∑（1）補(bǔ)充新鮮氣（2）氨冷器Ⅱ出口氣體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3CH4ArH2N2∑（22）氨冷器Ⅰ出口液體（2）氨冷器Ⅱ出口液體％m3/tNH3m3/hKmol/h％m3/tNH3m3/hKmol/hNH3100100CH4ArH2N2∑100100:冷交換器熱量計(jì)算示意圖如下：（1）熱氣進(jìn)口溫度，冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器體出口溫度，由題意知t14=35℃。(0H2)= ﹪=﹪入口液體中氮?dú)夂? m180。出氣，NH3 水冷器出口溫度：35℃ 設(shè)計(jì)裕度：10％二、工藝流程圖：新鮮氣廢熱鍋爐液氨貯槽氨冷器Ⅱ氨冷器Ⅰ冷交換器循環(huán)機(jī)氨分離器水冷器 熱交換器合成塔第二部分 物料計(jì)算和熱量計(jì)算：：入塔氨含量：y5NH3=％。第五章 主要設(shè)備的選擇與計(jì)算（見(jiàn)后）：合成塔內(nèi)件合成塔的選擇主要是觸媒筐和塔內(nèi)換熱器，本著節(jié)約自身的水電和冷凍量消耗同時(shí)提高氨合成反應(yīng)熱的回收品位和利用率本設(shè)計(jì)觸媒筐選用三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件。②冷交換器分離器為外向型旋流板，上部換熱器為列管換熱器和下部氨分離器，將熱氣體在進(jìn)入氨冷器前用冷氣體進(jìn)行冷卻換熱，以回收冷氣體的冷凍量，使入氨冷器的熱氣體預(yù)冷卻，從而節(jié)省冷凍量，同時(shí)分離經(jīng)氨冷后含氨混和氣中的液氨，安徽淮南化工公司發(fā)表與《小氮肥》雜志上的有關(guān)資料表明，該設(shè)備節(jié)能降耗顯著。2．設(shè)計(jì)規(guī)模及特點(diǎn)：本工段生產(chǎn)液氨，生產(chǎn)能力為15萬(wàn)噸液氨/年，與傳統(tǒng)流程相比較，具有節(jié)能低耗的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)串聯(lián)的氨冷器，在低壓下，既減少了動(dòng)力消耗，又保證了合成塔入口氨含量的要求；現(xiàn)具體起來(lái)如下：（1）循環(huán)機(jī)位置：本工段設(shè)置在氨分離系統(tǒng)后，合成塔之前，從而充分利用循環(huán)機(jī)壓縮功，提高進(jìn)合成塔溫度，減少冷量消耗，降低氨冷器負(fù)荷，同時(shí)提高進(jìn)塔壓力，提高合成率，而進(jìn)循環(huán)機(jī)的氨冷量較低，避免了塔后循環(huán)機(jī)流程容易帶液氨而導(dǎo)致循環(huán)機(jī)泄漏。（5）補(bǔ)充氣及放空點(diǎn)位置設(shè)置：補(bǔ)充氣設(shè)置在冷交的二次入口，以便減少系統(tǒng)阻力，并通過(guò)氨冷進(jìn)一步洗脫微量二氧化碳和一氧化碳及氨基甲酸等雜質(zhì)，有利于保護(hù)觸媒防止管道和設(shè)備堵塞。氣體管內(nèi)流動(dòng)，液氨在管外蒸發(fā)，由于氨大量蒸發(fā)吸收了混合氣的熱量，使管內(nèi)氣體進(jìn)一步被冷卻至0℃左右，為降低氨冷器Ⅰ負(fù)荷，進(jìn)入氨冷器Ⅱ繼續(xù)冷卻至15℃左右，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用分離器將液氨分離，分離出的液氨進(jìn)入液氨貯罐，分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至22℃后出冷交換器，然后，氣體經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)，補(bǔ)充壓力至15兆帕，由合成塔的下部進(jìn)入層間換熱器，移走第二絕熱床反應(yīng)熱，冷氣體升溫進(jìn)入第一絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，再入第一、二絕熱床空間（冷激器）由185度左右的冷氣體作冷激氣原與出第一絕熱床的反應(yīng)氣體混合降溫到385度左右，混合后氣體進(jìn)入第二絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨凈值升高，出第二絕熱床氣體進(jìn)入層間換熱器，移走熱量，使冷氣升溫，熱氣體降溫后進(jìn)入第三絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，﹪，再經(jīng)塔內(nèi)下?lián)Q熱器將熱量移走，后進(jìn)入沸熱鍋爐。當(dāng)然設(shè)計(jì)中還存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)。(0NH3)=﹪=﹪入口液體中甲烷含量 m180。 V出= m３。pm +⊿Cpm=+=冷氣體帶入熱量：Ｑ2=V2Cp2t2=(15)(5) 氨冷凝熱：設(shè)熱氣出口溫度為17℃，熱氣體在器內(nèi)由35℃冷卻到17℃然后進(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱ＩNH3=液氨冷凝放出熱量，Q冷=(6) 液氨帶入熱量：查15℃時(shí)液氨比熱容　 CpL=℃液氨帶入熱量　　Q2L=(15)/=(7) 熱氣體帶出熱量：查t14=17℃,P=：C186。Ⅱ=Q2=（5）氣體中液氨帶出熱量 由冷交換器熱量計(jì)算得Q180。合成塔熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支方熱量（KJ）一次氣體進(jìn)口帶入熱量 Q5一次氣體出口帶入熱量 Q6二次氣體進(jìn)口帶入熱量 Q7二次氣體進(jìn)口帶入熱量 Q8反應(yīng)熱 QR熱損失 Q損小 計(jì)小計(jì)：（1）管內(nèi)熱氣體帶入熱量Q8由合成塔熱平衡計(jì)算得Q8=（2）管內(nèi)熱氣體帶出熱量 Qs設(shè) t9=220℃ P=15MPa 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》并計(jì)算得：CP9= KJ/Kmol.℃∴ Q9=V9Cp9t9=(3) 沸熱鍋爐熱負(fù)荷⊿Q=Q9Q8==(4) 軟水量計(jì)算設(shè)沸熱鍋爐加入軟水溫度 t=30℃ P= X查 軟水焓 I1=由熱平衡得：Q=X(I2I1) X=Q/(I2I1)=()=∴ 沸熱鍋爐軟水帶入熱量：Q軟=XI1==蒸汽帶出熱量 Q蒸=+=沸熱鍋爐熱量匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內(nèi)熱氣帶入熱量 Q8管內(nèi)熱氣帶出熱量 Q9軟水帶入熱量 Q軟蒸汽帶出熱量 Q蒸小 計(jì)小 計(jì)： （1）冷氣帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計(jì)算得：Q6=（2）熱氣體帶入熱量 Q9由沸熱鍋爐熱平衡計(jì)算得：Q9=（3）冷氣帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計(jì)算得：Q7=（4）熱氣出口溫度計(jì)算由熱平衡得：Q6+Q9=Q7+Q10Q10=Q6+Q9Q7=+=Q10=V10Cp10t10 ∴ t10=Q10/( V10Cp10)=()=設(shè)t10 =℃ 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》混合氣體熱容按疊加法計(jì)算得：⊿Cpm=Ｃp= C186。NH3,1， y186。NH3,0/（1+ y186。NH3,0= (1/rNH3)0 =()/m3當(dāng) tk,1=447℃, y186。NH3,3/（1+y186。NH3,2= yNH3,2/（1 yNH3,2）=，y186。NH3,3 y186。＝。NH3,2= (1/rNH3)2 =()/m3當(dāng) tk,3=447℃, y186。NH3,2/（1+ y186。NH3,3 y186。NH3,1（1 y0,0 Mk,0 / Mk,1）=（,1）式中 Mk,1 = Mk,0⊿M1 ∴ Mk,1== Kmol/h y186。NH3,0/（1+ y186。NH3,1 y186。pm +⊿Cpm=+=℃∴ Q8=(7)合成塔熱損失根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 Q損=wFw(twtB)設(shè)塔壁溫度 tw=80 ℃ 空氣溫度5 ℃ 塔外壁高h(yuǎn)=15m 外徑D=則 w= tw+=+=∴ Q損=（twtB)=[80(5)]=(8) 合成塔二入溫度計(jì)算將上述數(shù)據(jù)帶入t7溫度計(jì)算式中得：t7=[（++）（+）]/（）=設(shè) t7=160℃查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計(jì)算得：Cp7=℃則 t7=誤差 =（）/160x100﹪=﹪假設(shè)值與實(shí)際值基本相符計(jì)算有效。22+ Q180。pm +⊿Cpm=+=熱氣體帶入熱量：Ｑ14=V14Cp14t14=(4) 冷氣體帶入熱量：查t2=15℃,P=：C186。(0i):將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充 氣補(bǔ)V補(bǔ)， 離開(kāi)該系統(tǒng)的物料有放空氣V放，液氨貯槽弛放氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表：名稱(chēng)NH3CH4ArH2N2氣量補(bǔ)充氣V補(bǔ)放空氣V放弛放氣液氨入塔氣V入出塔氣V出根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求V補(bǔ),V放,V入,V出：循環(huán)回路中氫平衡：V補(bǔ)yH2補(bǔ)=V放yH2放＋V弛yH2弛+3/2V放yNH3放+3/2V弛yNH3弛+3/2LNH3┉┉┉┉┉┉①循環(huán)回路中氮平衡:V補(bǔ)yN2補(bǔ)=V放yN2放＋V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+1/2V弛yNH3弛+1/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉②循環(huán)回路中惰性氣體平衡: V補(bǔ)(yCH4放+yAr放)=Ｖ弛(yCH4放+yAr放)+V弛(yCH4弛+yAr弛)V補(bǔ)(+)=V放(+)+(+) V補(bǔ)= V放+┉┉┉┉┉┉③循環(huán)回路中惰性氣體平衡:V出yNH3V入yNH3入=V放y放+V弛y NH3弛+LNH3= + x + ┉┉┉┉┉┉④循環(huán)回路中總物料體平衡: V入=V出 + V補(bǔ) V放 V弛 LNH3= V出 + V補(bǔ)－┉┉┉┉┉┉⑤聯(lián)立①②③④⑤各式解得：V放= m３。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù).G％=（1+y5NH3）x(y8NH3yNH3分)/(( y8NH3 y5NH3)x(1 yNH3分))=[(1+）x（）]/ [（） x（）]x100％=％％冷交，％.液氨貯槽入口1Kmol液體計(jì)算為準(zhǔn)，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量：m(0i)=L(15)xX15i+L16xX16i= G％x L0x X15i+(1 G％)xX16i= X15i+ X16i混合后入口氨含量：m0NH3=+=混合后入口甲烷含量:m0CH4=+=混合后入口氬含量:m0Ar= +=混合后入口氫含量：m0H2=+=混合后入口氮含量：m0N2=+=液氨貯槽入口液體含量m0NH3m0CH4m0Arm0H2m0N2小計(jì)當(dāng)熱t(yī)=17℃平衡計(jì)算得，平衡常數(shù)P=KNH3KCH