【正文】 度 TTcmr T? (38) 9 體系溫升 cyHy paz Rat )1( )(? ???? (39) 高壓混合氣體的粘度 ?m： ?m=?? My MCy ii itii ? (310) 直管內(nèi)給熱系數(shù) αi =因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。 V14? 、 V24? —液氨。 表 44 放空氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 標(biāo)準(zhǔn)米 3 （ 3） 氨產(chǎn)量 V4 由氣量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 ＋ V0 ① 由于氨合成時(shí)體積減小 V3 ＝ V2 －（ V4 ＋ 11％ V1 ） ② 式中 V0 一補(bǔ)充新鮮氫氮?dú)怏w積，標(biāo)準(zhǔn)米 3。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 由《手冊(cè)》第九章第三節(jié)，考慮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 39。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 考慮過飽和度數(shù) 10%, 則 39。在本章計(jì)算中，有時(shí)混合氣體的溫度低于 30℃ ,查圖時(shí)需外推，所得的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，故本章均一概采用這些熱容圖的原始算式，或與之相應(yīng)的算式而算出熱容值，以資一律。 循環(huán)機(jī)進(jìn)口 氣體溫度為 T入 =35+273=308? ∴ T出 =308? ???????181201 =317? ≈44℃ 循環(huán)機(jī)出口氣溫度為 44℃ 。 對(duì)比壓力 Pr = ??? Pcm 對(duì)比溫度 ??? TT cmr T 由《手冊(cè)》附圖 1519 查得 ??Cp千 焦 /千摩爾 .℃ 由《手冊(cè)》附錄， ???? CCCpPp 0+= 千 焦 /千摩爾 .℃ 上述計(jì)算過程中的符號(hào)說明： yi —混合氣體中各組份的分子分率 ?！? ? ? 1 5 1 3 4 0 3 1 5 1 0 1 32 ??????Q千 焦 ③ 氨的冷凝熱 Q3 設(shè)：熱氣體出口溫度為 ℃ ，熱氣體先冷卻到 ℃ 后，氣氨再冷凝出來。 表 419 合成塔出塔氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計(jì) % 100 氨產(chǎn)量： 標(biāo)準(zhǔn)米 3 放空氣中氨量： 標(biāo)準(zhǔn)米 3 （ 1） 進(jìn)塔氣體溫升吸收的熱量 Q1 ① 平均分子熱容 Cp 進(jìn)塔氣體在進(jìn)塔和出塔溫度的平均溫度下的真實(shí)熱容，即為進(jìn)塔氣體在進(jìn)、出塔這段溫度范圍內(nèi)的平均熱容。 （ 4） 用每 1%氨凈值溫升進(jìn)行校核 每 1%氨凈值溫升 = 1 0 00 8 2 51 0 0 ????? ?y a t℃ 每 1%氨凈值溫升的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為 14～ 15℃ ，故可用。 Ⅱ .Q1 Q1= 5 55 1 1 0 2 5 5 3 ?? = 千 焦 （ 2） 出熱 ① 氣體帶出熱 Q2 Ⅰ . 平均分子熱容 Cp 采用氣體帶入熱中的同樣方法計(jì)算 ， t =35℃ ， ??? ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容 Cp= 千焦 /千摩爾 .℃ Ⅱ .Q2 Q2= ?? = 千 焦 ② 冷卻水移走的熱量 Q3 Q3=Q1—Q2== 千 焦 水冷器的冷卻水用量，參見下文設(shè)備工藝計(jì)算中水冷器部分。 表 423 一級(jí)氨冷器進(jìn)口 氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合 計(jì) % 100 液氨冷凝量 千克 （ 1） 入熱 ① 氣體帶入熱 Q1 （同冷交換器出口熱氣體帶出熱） 30 Q1= 千焦 ② 液氨帶入熱 Q2 （同冷換器液氨帶出熱） Q2=12873 千 焦 ③ 氨 冷凝熱 Q3 由《手冊(cè)》表 1011，查得 7℃ 下氨液化熱 = 千卡 /千克 = 千焦 /千克 Q3=? = 千 焦 （ 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(dāng) t =7℃ ， ??? 280 ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容 Cp= 千 焦 /千摩爾 .℃ Q4= 75 3 6 5 1 4 1 ?? =53886 千 焦 ② 液氨帶出熱 Q5 （包括從冷交換器帶入的液氨及在一級(jí)氨冷器中凝出的液氨）由第174 頁(yè)表用內(nèi)插法求得 7℃ 下液氨焓 = 千 焦 /千克 Q5=? ? 7 9 5 ??? 千焦 ③ 液氨蒸發(fā)所移走的熱量 Q6 Q6 =（ Q1 +Q2 +Q3 ） —（ Q4 +Q5 ） =（ +12873+） —（ 53886+7959） =214914 千 焦 （ 3） 耗冷量 一級(jí)氨冷器的熱量被管外的液氨蒸發(fā)為氣氨吸熱而移走，氣氨送至冷凍工段氨壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮、冷凝為液氨而循環(huán)使用。 表 421 水冷器進(jìn)塔 氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計(jì) % 100 出口氣體：壓力為 大氣壓，溫度 35℃ ，因氨未冷凝而出，故氣量與氣體組成不變。 各純組份氣體高壓下真實(shí)分子熱容，采用 南京化工研究院、上?；W(xué)院《合成氨原料 26 氣的恒壓（真實(shí)）比熱》算式： H2 pH 233 7 8 ?? ????? N2 ppNN 22 6263 ????????? ??? ? NH3 TpppT NHNHNH 333 32323 1016 ??? ????????? CH4 pTT CHT4339263 ???? ???????? Ar ppTArAr TT 6293 ??? ??????? 平均分子熱容 列表計(jì)算如 表 420（ T=,P= 大氣壓） 。 表 416 氨的焓 溫度， ℃ 壓 力 Mpa，絕壓 液氨焓 千 焦 / 千克 氣氨焓 千 焦 /千克 溫度， ℃ 壓 力 Mpa，絕壓 液氨焓 千 焦 / 千克 氣氨焓 千 焦 /千克 30 5 + 25 10 + 20 15 + 1281 15 20 + 10 25 + 5 30 + 0 35 + Q6 = 1 2 8 7 5 5 0 ?? 千 焦 冷交換器熱量平衡 見表 417。 Cp0 —常壓下，混合氣體的平均分子熱容， 千 焦 /千摩爾 .℃ 。 表 414 氣流的氣體組成 組份 氣流 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 管內(nèi)進(jìn)口熱氣體 100% 管內(nèi)出口熱氣體 100% 管內(nèi)進(jìn)口冷氣體 100% 管內(nèi)出口冷氣體 100% 熱氣中氨冷凝量： 千克 （ 1） 入熱 ① 管內(nèi)，進(jìn)口熱氣體帶入熱 Qt Ⅰ 、平均分子熱容 Cp 采用壓力校正法，計(jì)算高 壓混合氣體平均分子熱容。 采用分壓疊加法時(shí)，由真實(shí)分 子熱容換算為平均分子熱容有兩種方法 : (1) 以某一設(shè)備進(jìn)、出口溫度的平均溫度下的真實(shí)分子熱容，作為進(jìn)口至出口溫度范圍內(nèi)的平均分子熱容 。 411 二級(jí)氨冷器 出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 二級(jí)氨冷器出口氣體的組成和氣量，與合成塔進(jìn)口氣體相同。yA二 1. lyA = X = 令：出口氣體中氣氨體積為 y 標(biāo)準(zhǔn)米 3 于是 yy ?? )0 6 0 12 4 4 6 4(= ∴ y ＝ 0 7 6 5 8 6 30 7 6 5 ? ? ＝ 標(biāo)準(zhǔn)米 3 冷交換器中冷凝出來的氨量 =－ = 標(biāo)準(zhǔn) 3? ? = 千克 冷交換器 出口熱氣體組成 見表 48。 表 45 合成塔出口氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) % 100 標(biāo)準(zhǔn)米3 （ 4） 合成塔進(jìn)口氣量 V2 及組成 由氣量平衡 V2 ＝ V3 － V1 － V4 + V0 ＝ ――+1000 ＝ 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合成塔進(jìn)口氣體組成為 ： H2 － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 N2 － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 CH4 － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar － + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 NH3 － － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 15 合計(jì) － + － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 即 塔 出口氣體組成 見表 46。 本工段計(jì)算中全部采用絕壓，為簡(jiǎn)便計(jì)，下文中壓力單位后面的 “絕壓 ”兩字，均略去不再寫。合成工段之前的諸工段的物料計(jì)算，按照小氮肥廠的這種實(shí)際情況，未將氬從氮中分列出來，由于氬在精煉氣等氣體中的含量甚小 (精煉氣中，氬占 %)，對(duì)這些工段的計(jì)算的影響不大。 PrRe (311) 雷諾準(zhǔn)數(shù) Re=?Gdi (312) 管外給熱系數(shù)0 40 dL?? (313) 傳熱系數(shù)mRdaddadKnnmiim ?????? 1 (314) 平均溫度差 mt? =2121 tttt????? (315) 傳熱面積mtKQA ?? (316) 由《手冊(cè)》式 (12413)，當(dāng) Re 大于 6000 時(shí)，螺 旋板換熱器給熱系數(shù)的算式為 PrRe )( nHeDdNu ?? (317) 以上公式均來自《氮?dú)夤ぷ髡呤謨?cè)》。 圖 31 為合成系統(tǒng)示意流程 圖。 未來我國(guó)的合成氨工業(yè)發(fā)展方向：