【文章內(nèi)容簡介】 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。(2)以t℃和0℃的平均溫度下(即℃)的真實(shí)分子熱容作為t℃平均分子熱容。這兩種方法，在本章中根據(jù)不同情況都曾采用，在下文有關(guān)設(shè)備中已分別注明。 (1) 絕熱指數(shù)由《手冊(cè)》附錄常用氣體主耍常數(shù)表中查得，循環(huán)機(jī)出口氣各組份氣體的絕熱指數(shù)可參見表412。表412循環(huán)機(jī)出口氣各組份氣體的絕熱指數(shù)成份H2N2CH4ArNH3由物料衡算，循環(huán)機(jī)出口所組成（與合成塔出口氣相同）可見表413。表413循環(huán)機(jī)出口所組成成份H2N2CH4ArNH3合計(jì)由《手冊(cè)》式（7111） = ∴ = ++++= ∴=(2) 循環(huán)機(jī)出口氣溫度由《手冊(cè)》式（7110） =已知：循環(huán)機(jī)進(jìn)、出口壓力為 =；=。 循環(huán)機(jī)進(jìn)口氣體溫度為 =35+273=308 ∴=308=317≈44℃循環(huán)機(jī)出口氣溫度為44℃。2 . 冷交換器熱量衡算已知條件： 管內(nèi)進(jìn)口熱氣體：，溫度44℃， 管內(nèi)出口熱氣體：， 管內(nèi)進(jìn)口冷氣體：，溫度－℃，管內(nèi)出口冷氣體：，溫度30℃，此四路氣流的氣體組成見表414。表414氣流的氣體組成 組份氣流H2N2CH4ArNH3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：（1） 入熱①管內(nèi)，進(jìn)口熱氣體帶入熱Ⅰ、平均分子熱容 采用壓力校正法，計(jì)算高壓混合氣體平均分子熱容。先計(jì)算混合氣體的常壓平均分子熱容,再進(jìn)行壓力校正而得。各純組份氣體的常壓平均分子熱容，采用別斯科夫算式： H2 ++ 《手冊(cè)》附式（1510） N2 + 《手冊(cè)》附式（1511） NH3 + ① CH4 7957+②Ar 各組份的平均分子熱容見表415（=14℃,=317,=）。表415各組份的平均分子熱容組份 分子分率千焦/千摩爾.℃千焦/千摩爾.℃大氣壓 大氣壓 H2+8+8N2NH3CH4Ar====算式來源別斯科夫《手冊(cè)》附式（1516）《手冊(cè)》第737頁注：①+,用此式算出的氨平均分子熱容的值，與同書中氣體的平均分子熱容表中所列氨的平均分子熱容值不相符。經(jīng)用與之相對(duì)應(yīng)的直實(shí)分子熱容式推導(dǎo)而得平均分子熱容式(即上式〕.用它算出的值，即與同書中平均分子熱容表中的值相符，故予以修正。②別斯科夫原文中，疑有誤差。對(duì)比壓力 =對(duì)比溫度 由《手冊(cè)》附圖1519查得千焦/千摩爾.℃由《手冊(cè)》附錄，+=℃上述計(jì)算過程中的符號(hào)說明：—混合氣體中各組份的分子分率?！合拢骷兘M份的平均分子熱容，千焦/千摩爾.℃?！合拢旌蠚怏w的平均分子熱容，千焦/千摩爾.℃?！骷兘M份的臨界壓力，大氣壓?！病妒謨?cè)》附表111〕；—各純組份的臨界溫度，K，〔《手冊(cè)》附表111〕；—混合氣體的虛擬臨界壓力，大氣壓；—混合氣體的虛擬臨界溫度，； —對(duì)比壓力；—對(duì)比溫度；—熱容的壓力校正值，千焦/千摩爾℃；—高壓混合氣體的平均分子熱容, 千焦/千摩爾℃。Ⅱ、 =千焦② 管外，進(jìn)口冷氣體帶入熱℃，==℃ 千焦③ 氨的冷凝熱設(shè)：℃，℃后，氣氨再冷凝出來。由《手冊(cè)》℃下，氨汽化熱= =千焦（2） 出熱① 管內(nèi)出口熱氣體帶出熱用壓力校正法算得當(dāng)=℃，==℃ =千焦②管外，出口冷氣體帶出熱 用壓力校正法算行當(dāng)=30℃，==℃ =千焦③ 液氨帶出熱℃下，注氨焓=氨的焓見表416。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305+2510+2015+12811520+1025+530+035+=千焦 冷交換器熱量平衡見表417。表417冷交換器熱量平衡入熱千焦出熱千焦f管內(nèi)熱氣體帶入熱管內(nèi)氣體帶出熱管外冷氣體帶入熱管外冷氣帶出熱氨的冷凝熱液氨帶出熱12873合計(jì)合計(jì)收支相等，熱量平衡，℃,可用，不再行試差。3. 合成塔熱量衡算 合成塔熱量計(jì)算，按照蓋斯定律可分兩步進(jìn)行:第一步，假定進(jìn)塔氣體成份不變，而溫度升高至出塔溫度；第二步，在出塔溫度下進(jìn)行氨合成反應(yīng)。即合成塔進(jìn)口氣體溫升(由進(jìn)塔溫度升高至出塔溫度)所吸收的熱量，在不計(jì)熱損失時(shí)，等于氨合成所放出的反應(yīng)熱量。 已知條件: 進(jìn)塔氣體:，溫度30℃，合成塔氣體組成見表418。表418合成塔氣體組成成份H2N2NH3CH4Ar合計(jì)%100出塔氣體：，合成塔出塔氣體組成見表419。表419合成塔出塔氣體組成成份H2N2NH3CH4Ar合計(jì)%100氨產(chǎn)量：放空氣中氨量：（1）進(jìn)塔氣體溫升吸收的熱量① 平均分子熱容 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。假設(shè)：℃平均溫度==℃，采用分壓疊加法計(jì)算高壓混合氣體真實(shí)熱容。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《合成氨原料氣的恒壓（真實(shí)）比熱》算式：H2 N2 NH3 CH4 Ar 平均分子熱容列表計(jì)算如表420（T=,P=）。表420平均分子熱容列表計(jì)算組份 分子分率大氣壓千焦/千摩爾.℃大氣壓H2N2NH30，02500CH4Ar0，03049合計(jì)℃℃，即氣體在30～℃范圍內(nèi)的平均熱容。② 由物料衡算，進(jìn)塔氣量= = 千焦（2） 氨合成放出的反應(yīng)熱量① 反應(yīng)熱（） 由上海化工學(xué)院《無機(jī)化工氣—固相催化反應(yīng)過程》中查得：在300大氣壓下 =千卡/千摩爾在200大氣壓下 =千卡/千摩爾在145大氣壓下 =千卡/千摩爾將此三數(shù)據(jù)繪成曲線，內(nèi)插查得在出塔條件下（，℃）， =12134千卡/千摩爾=② 合成的氨量合成的氨量=產(chǎn)氨量+放空氣中氨量==③ === ，熱量平衡，℃，可用，不再試算。（3） 用氨凈值校核塔內(nèi)溫升由《手冊(cè)》式（9106） 式中：－塔內(nèi)溫升，℃，－出塔氣體中氨含量，%，－氨凈值，%,－偏進(jìn)塔氣體平均分子熱容，千焦/千摩爾℃。 ℃出塔溫度=30+=℃，與假設(shè)相符。（4） 用每1%氨凈值溫升進(jìn)行校核每1%氨凈值溫升=℃每1%氨凈值溫升的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為14～15℃，故可用。已知條件: 進(jìn)塔氣體:，℃，水冷器進(jìn)塔氣體組成見表421。表421水冷器進(jìn)塔氣體組成成份H2N2NH3CH4Ar合計(jì)%100出口氣體：，溫度35℃，因氨未冷凝而出，故氣量與氣體組成不變。（1）入熱① 氣體帶入熱 Ⅰ. 平均分子熱容 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(shí))比熱》中算式進(jìn)行計(jì)算。惟此一組算式，不宜直接從它求得相應(yīng)的平均分子熱容算式。故用近似算法，即仍采用此一組算式以計(jì)算真實(shí)熱容，而以℃和0℃的平均溫度下(即℃)算得的氣體真實(shí)熱容，作為℃下的平均熱容。列表計(jì)算如表422（℃, =,=,=）。 表422水冷器平均分子熱容計(jì)算組份 分子分率大氣壓千焦/千摩爾.℃大氣壓H2N2NH3CH4Ar合計(jì).00℃℃，℃下的平均熱容。Ⅱ. ==（2） 出熱①氣體帶出熱Ⅰ. 平均分子熱容采用氣體帶入熱中的同樣方法計(jì)算，=35℃，==℃Ⅱ. ==②冷卻水移走的熱量 =—==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。已知條件: 進(jìn)塔氣體:，溫度7℃，一級(jí)氨冷器進(jìn)口氣體組成見表423。表423一級(jí)氨冷器進(jìn)口氣體組成成份H2N2NH3CH4Ar合計(jì)%100液氨冷凝量 （1） 入熱① 氣體帶入熱 （同冷交換器出口熱氣體帶出熱） =② 液氨帶入熱 （同冷換器液氨帶出熱） =12873千焦③ 氨冷凝熱由《手冊(cè)》表1011，查得7℃下氨液化熱= ==（2） 出熱① 氣體帶出熱有氣氨冷凝，采用壓力校正法，算得當(dāng)=7℃，==℃ ==53886千焦② 液氨帶出熱 （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頁表用內(nèi)插法求得7℃下液氨焓= =千焦③ 液氨蒸發(fā)所移走的熱量=（++）—（+） =（+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。令氨產(chǎn)量為680千克/小時(shí) ∴耗冷量=214914=427224千焦/小時(shí) 冷凍工段所用氨壓縮機(jī)為4 V ，標(biāo)準(zhǔn)制冷量(蒸發(fā)溫度—15℃，冷凝溫度30℃)為441000千焦/小時(shí)，換算為本設(shè)計(jì)中操作條件下(蒸發(fā)溫度—5℃，冷凝溫度40℃)的制冷量為~6300000千焦/小時(shí)，尚有余力。 每噸產(chǎn)品氨的耗冷量 =6. 二級(jí)氨冷器的熱量衡算已知條件: 循環(huán)氣：與一級(jí)氨冷器出口氣體相同 新鮮氣：，溫度35℃，氣量1000標(biāo)準(zhǔn)米3二級(jí)氨冷器氣體組成見表424。表424二級(jí)氨冷器氣體組成成份H2N2CH4Ar合計(jì)%100出口氣體：與冷交換器進(jìn)口冷氣體相同液氨冷凝量：（1） 入熱① 一級(jí)氨冷器過來的循環(huán)氣帶入熱 （同一級(jí)氨冷器氣體帶出熱） =53886千焦② 精煉鋼段來的新鮮氣帶入熱 ，平均分子熱容 為了與二級(jí)氨冷器內(nèi)的其他氣流用同樣一種方法計(jì)算氣體平均分子熱容，采用壓力校正法，算得當(dāng)=35℃，==℃，再在《手冊(cè)》附圖1519外推，查得=?℃ =+=+=?℃ ==③ 氨冷凝熱由《手冊(cè)》表1011，內(nèi)插查得—℃下，氨汽化熱= ==（2） 出熱① 氣體帶出熱（同冷交換器氣體帶入熱） =－② 液氨帶出熱由第174頁表用內(nèi)插法求得－℃下，液氨焓=－ =（－）=－③ 液氨蒸發(fā)所移走的熱量=（++）—（+）=（53886++）－( —)=369201千焦（3）二級(jí)氨冷器進(jìn)口氣體溫度① 進(jìn)口氣體量=一級(jí)氨冷器出口氣量+新鮮氣量 =+1000=② 進(jìn)口氣體帶入熱=+=53886+=③ 進(jìn)口氣體溫度已知：進(jìn)口氣體壓力P=進(jìn)口氣體溫度用試差法進(jìn)行計(jì)算，設(shè)=℃，T=用壓力校正法，算得=?℃④ 校核進(jìn)口氣體帶入熱 進(jìn)口氣體帶入熱==