【導讀】驟，上述基本步驟組合成為氨合成循環(huán)反應的工藝流程。段是合成氨工藝的中心環(huán)節(jié)。新鮮原料氣的摩爾分數(shù)組成如下：H2. %，N2%，CH4%,Ar%合成操作壓力為31MPa，氨的摩爾分數(shù)達到17%。通過查閱相關文獻和資料，設計了年產(chǎn)三萬噸。及儀表流程圖和設備布置圖。最后對該工藝流程進行了物料衡算、能量。和材質(zhì)進行了選擇。

　　

【正文】 (10)= KJ/tNH3 （ 7）熱氣體帶入熱 查 t3= 20℃， P=， 17℃的摩爾比熱容并計算得： 表 419 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp 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= 17 17=（ 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+Q4LQ3Q3LQ4L=+= Cp5=設 t5=30℃ ,P=： 表 420 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp5= + + + +=(Kmol℃ ) t5=℃ （ 11）冷交換器熱量負荷計算 Δ Q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） =(+)(+) = KJ/tNH3 29 （ 1） 氣體帶入熱量 Q3 由冷交換器熱量計算的 Q= KJ/tNH3 （ 2） 氣體中液氨帶入熱量 Q3由冷交換器熱量計算得： Q3=（ 3） 氨冷器中氣氨冷凝熱 查 10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥長工藝設計手冊》。表 1011 氨熱力學性質(zhì)） INH3=Q冷 =L4 17 INH3= 17 =(4) 新鮮氣帶入熱量 Q1 t1=10℃ ,P=,查壓力下各組分氣體比熱容 : 表 421 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar 氣體含量 各組分分壓 Cp 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+Q=+++=（ 5）氨冷器入口混合氣溫度 t4計算 由熱平衡 Q4=冷 =V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t4=Q4/V4/(Cp4+Cp4L 17/)=(Cp4+) 設 t4=24℃， P= 查常壓下各組分氣體比熱容 : 表 422 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp’ Cp4= + + + +=(Kmol℃ ) 查 t=℃時 Cp4L=(Kmol℃ ) 代入 t4=(33171+)= 與假設一致 混合后氨冷器入口熱氣溫度 24℃ （ 6）氣體帶出熱量 Q2 由冷交換器熱量計算 Q2= 30 （ 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)=++= KJ/tNH3 查 25℃液氨焓 INH3L=（由液氨儲槽來） 15℃蒸發(fā)蒸氣 INH3=（ 9） 冷凍量計算 W=Q吸 /Δ INH3= 表 423 氨冷器進出熱量匯總表 進 出 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)機熱量計算 （ 1） 循環(huán)機出口氣體溫度計算 由《小氮肥廠工藝設計手冊》附表 111 查得循環(huán)氣體 中各組分的絕熱指數(shù)如下： 表 424 各組分的絕熱指數(shù) NH3 CH4 Ar H2 N2 K1 根據(jù)公式 ? ?? 1i i1 KyK 入 =()+()+()+/() =+++++ K= KKPPTT 1??????????入出入出 T入 =30+273=303 K P出 = P入 =28MPa代入得 1. 3 94 11. 3 94)2830 .94( 2?出T==℃39? ℃ （ 2） 氣體帶入熱量由前計算 Q5= 31 （ 3） 壓縮功 1211211 ZZPPK KVPN KK????????????????????? ? P1=28MPa P2= K= Z2= Z1= V1=V0P0T/(P1T0)= (173+39)/273=將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功計算工式中得： N= 壓縮熱 QN=3600N=3600 =(4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得： Q4=Q3+QN=+=625664KJ/tNH3 Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/V4/t4=625664 (Kmol℃ ) 由 t4=39℃ P=，查常壓下各組分氣體比熱容并計算得： 表 425 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp= + + + +=(Kmol℃ ) 表 426 循環(huán)機進出熱量會在匯總 入 出 氣體帶入熱量 氣體帶出熱量 625664 壓縮熱 總 Q入 625664 總 Q出 625664 合成塔熱量計算 （ 1） 環(huán)隙溫升 t2計算 （ 2） 設合成塔環(huán)隙高度高度 h=，由經(jīng)驗公式知，環(huán)隙每米溫升按℃計，則合成塔一出溫度 t2為 , t2=t1+=39+ 14= ℃（ 3） 氣體帶入熱量 Q1由前計算 Q4=（忽略熱損失）。所以 Q1=Q4=（ 4） 氣體反應熱 QR 設合成塔二出溫度 370℃，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。在壓力 P=29。 7MPa 下的氣體反應熱簡化計算公式為： H=11599+, t=370℃代入得： H=11599+ 370=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量Δ VNH3=(標） = 則合成塔內(nèi)反應熱 32 QR=(Hr)Δ VNH3= =(5) 二次入塔氣體帶入熱量 Q2 Q2=(Q1+Q3+Q損 )(QRQ5)=V2Cp2t2 t2=((Q1+Q3+Q損 )(QRQ5))/V1Cp1 (6) 合成塔一出氣體帶出熱量 Q1 查 t=℃ P= 混合氣體熱容： 表 427 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp=(Kmol℃ ) Q1= =(7) 合成塔二出氣體帶出熱量 Q1 當 t=370℃ P= 混合氣體熱容： 表 428 各組分含量，分壓及比熱 容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp1=(Kmol℃ ) Q1= 370= (8) 合成塔熱損失 根據(jù)經(jīng)驗公式 Q損 =awFw(twtb)設塔壁溫度 tw= 62℃ ,空氣溫度 5℃ ,塔外壁高h=14m,外徑 D= 則 aw=+= 62+=(m2h℃ ) ∴ Q損 =(twtb)= 14 [62(5)]= kJ/tNH3 (9)合成塔二入溫度計算 設 t2=190 ℃ , P= 小氮肥廠工藝設計手冊 各組分氣體比熱容并計算得： 表 429 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp2=(Kmol℃ ) t2=℃ ∴合成塔氣體二次入口帶入熱量 Q2=(++)(+)=3092725 33 .288 kJ/tNH3 (10) 合成塔絕熱溫升核算 △ t=Cp1=(NTQy NH Hy NH R 損?? ?? 331 )() Cp =(Cp1+Cp2)/2=(Kmol℃ ) △ t=( (1+) )/ =℃ t1=t2+=℃ 表 430 合成塔熱量平衡匯總表 入 出 一次氣體進口帶入熱 626664 一次氣體進口帶出熱 二次氣體進口帶入熱 二次氣體進口帶出熱 反應熱 熱損失 總 Q入 總 Q出 廢熱鍋爐熱量計算 （ 1）內(nèi)熱氣體帶入熱量 Q1 由合成塔熱平衡計算 Q1=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量 Q2 設 t2=220 C, P=，得混合氣體比熱容： 表 431 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp2=(Kmol℃ ) Q2= 220=(3) 廢熱鍋爐熱負荷 Δ Q=Q2Q1=(4) 軟水量計算 設廢熱鍋爐加入 軟水溫度 t=30,壓力 P=,副產(chǎn) 飽和蒸汽，需 軟水量為 X 軟水焓 I1=Δ Q=X(I2I1) 熱平衡得 X=Δ Q/(I2I1)==蒸汽帶入熱量 Q蒸 =+= 34 表 432 廢熱鍋爐熱量 匯總表 入 出 管內(nèi)熱氣帶入熱量 管內(nèi)熱氣帶出熱量 軟水帶入熱量 蒸汽帶出熱量 總 Q進 總 Q出 軟水帶入熱 Q 水 1634490 蒸汽帶出熱 Q 汽 12069084 熱損失 Q 損 212950 小計 36589006 小計 36589006 熱交換器熱量計算 （ 1）冷氣體帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算 Q1=（ 2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算 Q4=（ 3）冷氣體帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計算 Q2=（ 4）熱氣體出口溫度計算 Q1+Q4=Q2+Q5 熱平衡得 Q5=Q1+Q4Q2=+=Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5/Cp5= 設 t5=℃ P=： 表 433 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp5=(Kmol℃ ) T5=℃ 誤差=()/=% 假設成立 （ 5）熱交換器熱負荷 Δ Q=Q2Q1=Q5Q4==表 434 熱交換器熱量匯總表 入 冷氣帶入熱量 冷氣帶出熱量 熱氣帶入熱量 熱氣帶出熱量 總 Q進 總 Q出 35 水冷器熱量計算 由題知 ,水冷器出口熱氣 體溫度 t2=35℃ ,設氣體先冷卻至 35℃后 ,氨再冷凝。 (1) 熱氣體帶入熱量 Q1由熱交換器熱平衡計算 Q1=(2)氨冷凝熱 查≤小氨肥廠工藝設計手冊≥得 35℃時氨冷凝熱 I=Q冷 =V2 INH3= 16769 = (3)熱氣體帶出熱量 Q2 查 t2=35℃ , P= MPa得混合氣體的比熱容： 表 435 各組分含量，分 壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp2=(Kmol℃ ) 熱 氣 體 帶 出 熱 量 Q2=V2 Cp2 t2= 35955 35=(4)液氨帶出熱量 查 35 ℃液氨比熱容 ,CpL=(kmol℃ ) Q 液 =V2L/ M CpL t2= 35 =(5) 冷卻水量計算 設需要冷卻水量為 W,冷卻上水 ta=30℃ ,冷卻下水 tb=38℃ ,取冷卻水比熱容CpL=則冷卻水吸收量為 Δ Q=Q進 Q出 =(Q1+Q冷 )(Q2+Q液 )= Cp (tbta)1000 W= Δ Q/(1000 Cp (tbta))=(1000 (3830))= 冷卻上水帶入熱量 Q上水 = 1000 30=冷 卻 下 水 帶 入 熱 量 Q 下水 = Δ Q+Q 上水=+=表 436 水冷器熱量匯總表 入 出 熱氣帶入熱量 熱氣帶出熱量 氨冷凝熱 液氨帶出熱量 冷卻上水帶入熱 冷卻下水帶出熱 總 Q進 總 Q出 36 氨分離器熱量核算 氨分離器進出口溫度沒有發(fā)生變化 ,由氣體熱量平衡 , 氨分離器收入熱 ,則 Q1= kJ/tNH3 氨分離器支出熱 氣體放空氣帶走熱量 Q3=V3 Cp3 t3= 35=冷交換器帶入熱量 ,由冷交換器熱平衡計算得： Q4=Q1=Q3+Q4=+=誤差 =()/=% 假設成立 氨分離器液氨帶入熱量等于液氨帶出熱量即 Q1L=Q5L=5 主要設備選型 廢熱鍋爐設備工藝計算 計算條件 (1) 選臥