【導(dǎo)讀】是能源消耗的大戶(hù)，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè),裝置單系列產(chǎn)量最大化三個(gè)階段。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析,未來(lái)合成氨。低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)[1]。方面發(fā)揮重要的作用。現(xiàn)“等壓合成”。實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟一的選擇。日趨成熟和不斷完善。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1米3氣氨重公斤；1米3液氨重公斤。狀況下，一個(gè)體積水能溶解1300個(gè)體積的氨氨的水溶液稱(chēng)為氨水，呈強(qiáng)堿性。要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以。預(yù)計(jì)2020年產(chǎn)量將達(dá)。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量的%和%。國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)石油和鋼鐵。生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。裝置,耗資數(shù)十億元。生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。

　　

【正文】 27 熱量衡算 冷交換器熱量衡算 （ 1） 熱氣進(jìn)口溫度 冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題意知 t1=35℃ （ 2） 冷氣進(jìn)口溫度 為了保證合成塔入口氨含量在 %，出氨冷器氣體的氨含量必須小于或等于 %，設(shè)過(guò)飽和度為 10%，則在該冷凝溫度下的平衡氨含量為 yNH3= 100%=% 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖平衡氨含量為 %時(shí)的冷凝溫度 t2=10℃ ，故冷氣進(jìn)口溫度等于 10℃ （ 3） 熱氣體帶入熱量 熱氣體在器內(nèi)處與氨飽和區(qū)內(nèi)，計(jì)算氣體比熱容時(shí)先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的辦法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容。 查 t=35 ℃， P= 時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得： 表 417 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℃ ) 熱氣體帶入熱量 Q1=V1Cp1t1= 35=(4)冷氣體帶入熱量 查 t4=10℃， P= 時(shí)各組分比熱容并計(jì)算得： 表 418 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℃ ) （ 5）氨冷凝 熱 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(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱 INH3=液氨冷凝放出熱量 Q 冷 = 20 = KJ/tNH3 （ 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 28 （ 7）熱氣體帶入熱 查 t3= 20℃， P= 時(shí)的各組分在常壓下， 17℃的 摩爾比熱容并計(jì)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冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+=4Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5Cp5=489324 Cp5=設(shè) 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(fù)荷計(jì)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 （ 1） 氣體帶入熱量 Q3 由冷交換器熱量計(jì)算的 Q= KJ/tNH3 29 （ 2） 氣體中液氨帶入熱量 Q3由冷交換器熱量計(jì)算得： Q3=（ 3） 氨冷器中氣氨冷凝熱 查 10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》。表 1011 氨熱力學(xué)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 +Q1 =+++ =（ 5）氨冷器入口混合氣溫度 t4計(jì)算 由熱平衡 Q4=冷 =V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t4=Q4/V4/(Cp4+Cp4L 17/)=(Cp4+) 設(shè) 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(shí) Cp4L=(Kmol℃ ) 代入 t4=(33171+ )= 與假設(shè)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(jì)算 Q2=（ 7）氣體中液氨帶出熱量 Q2L由冷交換器熱量計(jì)算 Q2L= 30 （ 8）液氨蒸發(fā)吸收熱量 Q吸 （冷凍量） 由熱平衡計(jì)算 Q吸 =Q入 (Q2+Q2L) =++= KJ/tNH3 查 25℃液氨焓 INH3L=（由液氨儲(chǔ)槽來(lái)） 15℃蒸發(fā)蒸氣 INH3=Δ INH3=INH3INH3L==（ 9） 冷凍量計(jì)算 W=Q吸 /Δ INH3= 表 423 氨冷器進(jìn)出熱量匯總表 進(jìn) 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(jī)熱量計(jì)算 （ 1） 循環(huán)機(jī)出口氣 體溫度計(jì)算 由《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)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(jì)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(jì)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(jī)進(jìn)出熱量會(huì)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(jì)算 （ 1） 環(huán)隙溫升 t2計(jì)算 （ 2） 設(shè)合成塔環(huán)隙高度高度 h=，由經(jīng)驗(yàn)公式知，環(huán)隙每米溫升按℃計(jì)，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(jì)算 Q4=變化（忽略熱損失）。所以 Q1=Q4=（ 4） 氣體反應(yīng)熱 QR 設(shè)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(jìn)行氨合 成反應(yīng)。在壓力 P=29。 7MPa 下的氣體反應(yīng)熱簡(jiǎn)化計(jì)算公式為： H=11599+, t=370℃代入得： H=11599+ 370=由物料平衡計(jì)算知氨產(chǎn)量Δ VNH3=(標(biāo)） = 32 則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 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(dāng) 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(yàn)公式 Q損 =awFw(twtb)設(shè)塔壁 溫度 tw= 62℃ ,空氣溫度 5℃ ,塔外壁高h(yuǎn)=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(jì)算 設(shè) t2=190 ℃ , P= 小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 各組分氣體比熱容并計(jì)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 33 Cp2=(Kmol℃ ) t2=℃ ∴合成塔氣體二次入口帶入熱量 Q2=(++)(+) = 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(jìn) 口帶入熱 626664 一次氣體進(jìn)口帶出熱 二次氣體進(jìn)口帶入熱 二次氣體進(jìn)口帶出熱 反應(yīng)熱 熱損失 總 Q入 總 Q出 廢熱鍋爐熱量計(jì)算 （ 1）內(nèi)熱氣體帶入熱量 Q1 由合成塔熱平衡計(jì)算 Q1=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量 Q2 設(shè) 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(fù)荷 Δ Q=Q2Q1=(4) 軟水量計(jì)算 設(shè)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 34 軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=Δ Q=X(I2I1) 熱平衡得 X=Δ Q/(I2I1)=廢熱鍋爐帶入熱量 Q軟 =XI1= =蒸汽帶入熱量 Q蒸 =+=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(jìn) 總 Q出 熱交換器熱量計(jì)算 （ 1）冷氣體帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計(jì)算 Q1=（ 2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計(jì)算 Q4=（ 3）冷氣體帶出熱量 Q7由合成塔 熱平衡計(jì)算 Q2=（ 4）熱氣體出口溫度計(jì)算 Q1+Q4=Q2+Q5 熱平衡得 Q5=Q1+Q4Q2=+=Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5/Cp5= 設(shè) 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(shè)成立 （ 5）熱交換器熱負(fù)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 35 總 Q進(jìn) 總 Q出 水冷器熱量計(jì)算 由題知 ,水冷器出口熱氣體溫度 t2=35℃ ,設(shè)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(jì)算 Q1=(2)氨冷凝熱 查≤小氨肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)≥得 35℃時(shí)氨冷凝熱 I=Q冷 =V2 INH3= 16769 =式中