【文章內(nèi)容簡介】 3 H2， V14,H2=V14= m3 N2， V14,N2=V14= m3 Ar， V14,Ar=V14= m3出器物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17℃，查t=17℃，P==%，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體，取飽和度10%故，y17,NH3=%=%設(shè)熱氣出口氨濃度為a，則： 解得，a= m3則L17,NH3=V14,NH3a== m3冷交換器熱氣出口氣量及組分：其中，NH3，V17NH3= V14NH3L17NH3= = m3CH4，V17,CH4= V14CH4 = m3Ar， V17,Ar=V14Ar= m3H2， V17,H2= V14H2 = m3N2， V17,N2= V14N2=出口總氣量，V17=V14L17NH3= = m3出口氣體各組分：NH3，V17NH3/V17= 100%=%CH4，V17CH4/V17=100%=%Ar， V17Ar/V17=100%=%H2， V17H2/V17= 100%=%N2， V17N2/V17= 100%=% 氨冷器物料計算：進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料V1=其中，CH4 ，V1,CH4==Ar， V1,Ar==H2， V1,H2= = N2， V1,N2= =V2=V18=V17+V1=+= m3進器氣體組分含量，V18,i=V1,i+V17,i NH3， V18,NH3= V17,NH3=CH4， V18,CH4= + =Ar， V18,Ar=+ =H2， V18,H2= += N2， V18,N2= + =注：冷交換器出口的熱氣體的組成yi,17,即為放空氣組成以，yi，13所以有由上式可求得氨冷器氣體組成其中，NH3，y18,NH3=H2，y18,H2 =N2，y18,N2=CH4，y18,CH4 =Ar， y18,Ar= 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量L18=L18,NH3=L17,NH3= m3 進器總物料＝V18+L18= + = 出器物料：已知出器氣體中氨含量為 %，設(shè)出器氣體中氨含量為b m3b/()=%解得，b= 則氨冷器中冷凝液氨量：L′18,NH3=V18,NH3b== 氨冷器出口總液氨量:L2NH3=L18NH3+L′18,NH3=+= 氨冷器出口氣量:V2=V18 L′18,NH3= = 其中，NH3，V2,NH3=CH4，V2,CH4= V18,CH4= m3Ar ，V2,Ar= V18,Ar=H2， V2,H2= V18,H2= N2， V2,N2= V18,N2= 各組分百分含量，y2,i=V2i/V2NH3，y2,NH3=100%=%CH4，y2,CH4=%Ar， y2,Ar=%H2，y2,H2=%N2，y2,N2=出器總物料=V2+L2NH3= + =將氨冷器出口氣體組成歸入表215。表215 氨冷器其出口氣體組成組分NH3H2N2CH4Ar合計進氣口yi，18/%100進氣口氣體含量進氣口液體含量L180000出氣口y2，i/%100出口氣體含量出氣口液體含量L20000 冷交換器物料衡算進出冷交換器熱氣體量，V14=V17= m3進入冷交換器的氣液混合物量為氨冷器出口物量，即，V2= m3冷交換器下部氨分離器分離液氨量，L16=V2V5= = m3校核冷交換器下部氨分離器分離液氨量，取V`2=1 kmol，由氣液平衡計算得： 解得 計算誤差符合要求校核氨分離器分離液氨百分數(shù) 計算誤差 符合要求 液氨貯槽物料計算進貯槽液氨量：馳放氣量：液氨產(chǎn)量： 物料計算結(jié)果匯總將以上的物料計算結(jié)果匯總表于表216。表216 物料計算匯總裝置名稱氣（液）量/m3組 成 /%NH3H2N2CH4Ar新鮮空氣 氨冷凝器出口 冷交換器冷氣出口 (續(xù)）表216 物料計算匯總裝置名稱氣（液）量/m3組 成 /%NH3H2N2CH4Ar合成塔入口 水冷器出口 氨分離器氣體出口 放空氣 冷交換器熱氣入口 氨分離器液氨出口 冷交換器液氨出口 冷交換器熱氣出口 氨冷器入口 產(chǎn)品液氨 馳放氣 液氨貯槽入口 熱量核算 交換器熱量核算(1) 熱氣進口溫度t1 冷交換器的熱氣進口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題目已知條件可知 t1=35℃(2) 冷氣進口溫度 %，故為了保證合成塔入口氨含量，%，設(shè)過飽和度為10%，則在該冷凝器溫度下的平衡氨含量為：查《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》%時的冷凝溫度t2=10℃，故冷氣進口溫度等于10℃(3) 熱氣體帶入熱量 熱氣體在反應(yīng)器內(nèi)處于氨飽和區(qū)內(nèi)，在計算氣體比熱容時先求常壓比熱容，然后用壓力校正的辦法計算實際的氣體比熱容。 由《物理化學》[7]查t=35℃，P=30MPa時的各組分比熱容，見表217。表217 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/Mpa Cp/KJ/(Kmol℃) Cp1=+++=／tNH3熱氣體帶入熱量：Q1=V14Cp1t1/=35/=(4) 冷氣體帶入熱量查t4=10℃，P=，見表218。表218 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/MpaCp/KJ/(Kmol℃)Cp4=++++=(Kmol℃)Q4=V2Cp4t4=(10)/=(5) 氨冷凝熱量設(shè)熱氣體出口溫度為20℃，熱氣體在器內(nèi)由35℃冷卻到20℃，然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱INH3=液氨冷凝放出熱量 Q冷=／20=(6) 液氨帶入熱量查10℃液氨比熱容Cp= KJ/kg℃液氨帶入熱：Q4L=17(10)= KJ/tNH3(7) 熱氣體帶入熱量 查t3= 20℃，P=，17℃的摩爾比熱容并計算，并歸入表219。表219 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=℃熱氣體帶出熱量：Q3=V3Cp3t3=17=(8) 熱氣體中液氨帶出熱查20℃液氨比熱容Cp= ℃Q3L=1717=(9) 冷氣體中分離液氨帶出熱Q2=Q4L=(10) 冷氣體出口帶出熱Q5=Q1+Q4+Q冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+()++()+= 由Q5=V5Cp5t5得，t5=Q5/V5Cp5=Cp5=設(shè)t5=30℃，P=。表220 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp5=++++=(Kmol℃)t5=℃(11) 冷交換器熱量負荷計算ΔQ放=（管內(nèi)熱氣帶入熱+管內(nèi)液氨冷凝熱）（管內(nèi)熱氣帶出熱+管內(nèi)液氨帶出熱） =(+)(+) = 氨冷器熱量核算(1) 氣體帶入熱量Q3由冷交換器計算計算的Q3= KJ/tNH3(2) 氣體中液氨帶入熱量Q3L由冷交換器熱量計算得： Q3L= KJ/tNH3(3) 氨冷器中氣氨冷凝熱查10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》。表1011 氨熱力學性質(zhì)）INH3=Q冷= L′18,NH317INH3=17=(4) 新鮮氣帶入熱量Q1查t1=10℃,P=30MPa壓力下各組分氣體比熱容,并歸入表221。表221 各組分含量，分壓及比熱容 組分H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp(KJ/(Kmol℃))Cp1=+++=(Kmol℃)新鮮氣帶入熱量：Q1=V1Cp1t1=10=氨冷器收入總熱量：Q=Q3+Q3L+Q冷+Q1=+++=(5) 氨冷器入口混合氣溫度t4計算由熱平衡Q4=冷=V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t18=( Q18/ V18)/( Cp18+V18LCp18L/ V18)=[()/ ]/( Cp18+Cp18L/)=( Cp18+)設(shè)t4=20℃，P= 查常壓下各組分氣體比熱容,歸入表222。表222 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp4=++++=(Kmol℃)查t=℃時，Cp4L=(Kmol℃)代入：t4=(+)=，與假設(shè)一致?；旌虾蟀崩淦魅肟跓釟鉁囟?0℃(6) 氣體帶出熱量Q2 由冷交換器熱量計算Q2= kJ/tNH3(7) 氣體中液氨帶出熱量Q2L由冷交換器熱量計算Q2L=(8) 液氨蒸發(fā)吸收熱量Q吸 （冷凍量）由熱平衡計算：Q吸=Q入(Q2+Q2L)=++=查25℃液氨焓INH3L=（由液氨儲槽來）15℃蒸發(fā)蒸氣，INH3=ΔINH3=INH3INH3L==（9） 冷凍量計算 W=Q吸/ΔINH3=將氨冷器進出熱量匯總，見表223。表223 氨冷器進出熱量匯總表進口出口氣體帶入Q2氣體帶出Q2液氨帶入Q2L液氨帶出Q2L氣體中氨冷凝Q冷冷凍量Q吸新鮮氣體帶入Q1總Q入總Q出 循環(huán)機熱量核算(1) 循環(huán)機出口氣體溫度計算 由《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表111 查得循環(huán)氣體中各組分的絕熱指數(shù)如表224。表224 各組分的絕熱指數(shù)組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量y入i 根據(jù)公式， =()+()+ ()+()+() =+++++=K= 其中，T入=30+= K將P出=30 MPa，P入=28MPa代入T出計算式得,==℃℃(2) 氣體帶入熱量由前計算得， Q5= KJ/tNH3(3) 壓縮功為，其中，P1=28MPa，P2=，K=，Z2=，Z1=V1=V0P0T/(P1T0)= (6028)= m3/min將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功計算公式中得：N=壓縮熱，QN=3600N=3600=(4) 氣體帶出熱量由熱平衡得：Q4=Q3+QN= +=Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/V4/t4=(Kmol℃)由t4=30℃ P=30MPa，查常壓下各組分氣體比熱容并計算匯入表225。表225 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=(Kmol℃)將循環(huán)機進出熱量匯人表226。表226 循環(huán)機進出熱量匯總?cè)肟诔隹跉怏w帶入熱量氣體帶出熱量壓縮熱總Q入總Q出 合成塔熱量核算(1) 環(huán)隙溫升t2計算(2) 設(shè)合成塔環(huán)隙高度高度h=，由經(jīng)驗公式知，℃計，則合成塔一出溫度t2為，t2=t1+=36+14=℃。(3) 氣體帶入熱量Q1由前計算Q4=（忽略熱損失）。所以，Q5=Q4=(4) 氣體反應(yīng)熱QR設(shè)合成塔二出溫度365℃，假定氣體在塔內(nèi)先溫升到出口溫度后再進行氨合成反應(yīng)。在壓力P= 下的氣體反應(yīng)熱簡化計算公式為：H=11599+,將t=365℃代入得：H=11599+365=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量ΔVNH3=(標）=則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱，QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q7Q7=(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2得，t2=((Q6+