【導(dǎo)讀】個(gè)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到預(yù)期效果。設(shè)計(jì)中涉及到大量參數(shù)，包括溫度，壓力，平衡常數(shù)，密度，黏度，飽和蒸汽壓等。有氨廠，最高年產(chǎn)量不超過(guò)50kt。此外，在上海還有一個(gè)電解水制。氫生產(chǎn)合成氨、硝酸的小型車(chē)間。近年來(lái)合成氨工業(yè)發(fā)展很快，大型化、低能耗、用低位熱能等方面上。目前合成氨產(chǎn)量規(guī)模以中國(guó)大陸、俄羅斯、美國(guó)、印度等

　　

【正文】 () () () () () () (1108) () 操作線計(jì)算 : 進(jìn)塔氣體的焓： 35℃時(shí)干半水煤氣的分子熱容為 kmol/(kg℃ ) 35℃時(shí)蒸汽壓及蒸汽的焓分別為： 2HOP= 105 Pa i = kcal/kg I1= 2218 0 .9 3HO PHOP i C tP P M? ? ?? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 = 0 .0 5 6 2 0 7 1 87 .4 8 0 .0 5 6 2 0 7 1 9 .1 5?? + 35 = kcal/(kg℃ ) = kJ/kg 出塔水溫 : t2=95 ℃ 出塔氣體的焓：氣體在 128 ℃ 時(shí)的蒸汽壓及蒸汽的焓分別為 PH2O= 105 Pa ； i= kJ/kg 半水煤氣在 128℃ 時(shí)的比熱容 Cp= kJ/(kg k)(干氣 ) I2 =22HOHOPPP? ｘ 18M +Cpt (5) = x + 128 = kcal/kg = kJ/kg 進(jìn)水溫度 : t1=125℃ 以（ I1,t2）為一點(diǎn)（ A），（ I2， t1）為另一 點(diǎn)（ B）聯(lián)接兩點(diǎn)的直線即為飽和塔的操作線。 塔板數(shù)計(jì)算 利用平衡曲線表中數(shù)據(jù)在 it圖中畫(huà)出平衡線和操作線并在平衡線及操作線間作梯級(jí)，由此得飽和塔理論塔板為 9 塊（圖 3） 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 0200400600800100012001400160080 90 100 110 120 130tI 圖 31 塔板計(jì)算圖 填料高度計(jì)算 理論板當(dāng)量高度取 m 填料層高度： H== m 實(shí)取 14 m 全塔阻力降計(jì)算 由 LGWW ( GL?? )1/2= 實(shí)際空塔速度 W 實(shí) =24Vp? = 24 ?? = m/s ∴ 2 0. 2w GLig?? ?? ???????= 4 .5 32 1 6 1 .0 6 80 .3 7 3 0 .2 4 79 .8 19 3 6 .5 4?? ? ?= 由 [1]中關(guān)聯(lián)圖 1114查得 ⊿ P/=13mmH2O/m(填料 ) 總阻力降： ⊿ P=13 == kPa 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 熱水塔計(jì)算 已知條件：塔板：填料塔 50 瓷矩鞍環(huán)填料 低變氣組成： 表 33低變氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar % 平均操作壓力： 10 5 MPa[ kg/cm2] 入塔氣體溫度： 132℃ 出塔氣體溫度： 95℃ 入塔水溫： 95℃ 出塔水溫： 125℃ 入塔干氣流量： 18. 89= kg/h 入 塔蒸汽量： 18= kg/h 變換氣的平均分子量： 進(jìn)氣口中濕含量 (汽 )/kmol(干氣 )= kg(汽 )/kg(干氣 ) 進(jìn)水流量： 18= kg/h 出水流量： 18 塔徑計(jì)算 因熱水塔進(jìn)口溫度最高，濕含量大，塔徑按進(jìn)口條件計(jì)算 設(shè)塔內(nèi)填料阻力 15mmH2O/m填料 空塔速度 計(jì)算 LGWW ( GL?? )1/2 WL= kg/h WG=+= kg/h VL= kg/m3 操作狀態(tài)下入口氣量 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 V=(+) 273132273? = m3/h VG=水的粘度 95℃時(shí)μ = mPaS 50瓷矩鞍環(huán) Ф=216 Ψ=1000/= 則 LGWW ( GL?? )1/2= 2/1)( = 由 [1]中 1114關(guān)聯(lián)圖查得 ⊿ P=15mmH2O/m 填料時(shí) 02gw?? Li?? ??????? = 02 216 ?? . = 0 ∴ w0= m/s 氣體流量： V=D= 4OVW? = ?? = m 實(shí)取 m 。 理論板數(shù)計(jì)算 平衡線計(jì)算由 [1]中（ 464）計(jì)算 90～ 130℃變換氣（濕）的焓，如下 表 34 理論板數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù) 溫度 ℃ 蒸汽熱焓 i Kcal/kg 飽和蒸汽壓 PH2O 干氣比熱容 Cp Kcal/(kg℃ ) PPH2O 105Pa PH2O/(PPH2O) 飽和氣濕含量 x=22HOHOPPP? x18M kg/kg（氣） 飽和氣熱含量 x=cpt+xi kcal/kg(Jj/kg) 90 （ ） 95 () 100 () 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 105 () 110 202() 115 () 120 () 125 (1481) 130 () 操作線計(jì)算 : 進(jìn)塔氣體的焓 : 130℃時(shí)干氣的熱容 Cp= kcal/(kmol℃ ) 蒸汽焓及蒸汽壓為 i= kcal/kg PH2O=10 5 Pa I1= ? + 132 = kcal/kg = kJ/kg 排水溫度 125℃ 出塔氣體的焓 干變換氣在 95℃的熱容： Cp= kcal/(kmol℃ ) 蒸汽在 95℃ 時(shí)的焓及飽和蒸汽壓分別為： I= kcal/kg P= 105 Pa I2= ? + 95 = kcal/kg = kJ/kg 進(jìn)水溫度： t2=℃ 塔板數(shù)計(jì)算 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 以 I1,t2為一點(diǎn)（ C）以 I2,t1為一點(diǎn)（ D）連接這兩點(diǎn)即為操作線在平衡線與操作線之間作梯級(jí)得理論板為 6塊。020040060080010001200140016001800202080 90 100 110 120 130 140TI 圖 32 填料層高度計(jì)算 取等板高度 m 則填料層高度： H= 6=9 m 全塔阻力計(jì)算 LGWW ( GL?? )1/2= 實(shí)際空塔速度 W 實(shí) =24VD? = ??= m/s 02gw?? Li?? ??????? = ???? = 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 41 由關(guān)聯(lián)圖查得 ⊿ P/=9mmH2O/m 填料 總壓力降：⊿ P=9 9=81mmH2O= kPa 中變爐計(jì)算 已知條件 ： 平均操作 壓力 : 527. 3 10 [ 7. 45 / ]P a kgf cm? 一段進(jìn)口溫度 : 420c? 一段出口溫度 : 516c? 二段進(jìn)口溫度 : 400c? 二段出口溫度 : ? 一段干半水煤氣流量（氧氣化合成水而造成的體積變化略去不計(jì)） : 噸氨消耗半水煤氣量為 3500 Nm3 干半水煤氣流量 3500103 4 ???? Nm3/h 濕半水煤氣流量 = 3/Nm h 進(jìn)一段氣體成分如下： 表 35 進(jìn)一段氣體成分 成分 CO2 CO H2O H2 % 出一段氣體中 CO含量 % 二段氣體流量： 9 8 8 4 5 8 3 ?? Nm3/h 進(jìn)二段的氣體成分如下： 表 36 進(jìn)二段的氣體成分 成分 CO H2O CO2 H2 % 出二段氣體中 CO含量 % 觸媒用量計(jì)算 第一段觸媒用量計(jì)算 : 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 一段平均溫度： 42 0 51 6 4682 c? ?? 由圖 411（文獻(xiàn) [1]）查得 Kp=，圖 441（文獻(xiàn) [1]）查得 436c? 時(shí)常壓下反應(yīng)速度常數(shù) 1k =9500 當(dāng)操作壓力為 2/kgf cm （表）時(shí)由 [1]中圖 451 查得校正值 ?? ? 436c? 操作壓力為 2/kgf cm （表）時(shí)，反應(yīng)速度常數(shù) 1k =9500 20330?? 由 [1]中式（ 498）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間 02l n l n2 w n u q u qKp lluqkq w n u qll l???????? ? ? ??? ??? ? ? （ 14） 0 .1 5 4 9 0 .0 3 5 5 0 .1 1 9 4n ? ? ? 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ?6 . 4 0 5 0 . 1 5 4 9 0 . 4 9 4 9 0 . 0 4 0 . 1 9 6 7 4 . 3 9 8 7pu k A B C D? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6 . 4 0 5 0 . 1 5 4 9 0 . 4 9 4 9 0 . 0 4 0 . 1 9 6 7 0 . 4 8 3 2pv k A B C D? ? ? ? ? ? ? ?224 4 . 3 9 8 7 4 5 . 4 0 5 0 . 4 8 3 2 2 . 9 8 3 6lq u w v? ? ? ? ? ? ? ? 06 . 4 0 5 2 5 . 4 0 5 0 . 1 1 9 4 4 . 3 9 8 7 2 . 9 8 3 6 4 . 3 9 8 7 2 . 9 8 3 6l n l n2 0 3 3 0 2 . 9 8 3 6 2 5 . 4 0 5 0 . 1 1 9 4 4 . 3 9 8 7 2 . 9 8 3 6 4 . 3 9 8 7 2 . 9 8 3 6? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ??????? = 10?? h 由式（ 499）（文獻(xiàn) [1]）計(jì)算觸媒體積 : 9 8 8 4R1 ???? ? m3 第二段觸媒用量計(jì)算 二段平均溫度 4 0 0 4 1 6 .7 4 0 8 .42 c? ?? 由 [1]中圖 411查得 ? 時(shí)，常壓反應(yīng)速度常數(shù) 1k =6800 當(dāng)操作壓力為 /kgf cm （表）時(shí)由圖 451查得校正值 ?? 當(dāng)操作壓力為 /kgf cm （表） 溫度為 ? 時(shí)反應(yīng)速度常數(shù) 1k =6800 14552?? 由 [1]中 498 式中計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間 0 .0 3 5 5 0 .0 2 8 0 .0 1 7 5n ? ? ? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 43 1 ? ? ? ? ?1 0 . 9 9 5 0 . 0 3 5 5 0 . 4 2 3 8 0 . 1 4 5 9 0 . 2 8 9 5 5 . 4 8 5 4u ? ? ? ? ? 1 0 . 9 9 5 0 . 0 3 5 5 0 . 4 2 3 8 0 . 1 4 5 9 0 . 2 8 9 5 0 . 1 2 3 2v ? ? ? ? ? ? 25 . 4 8 5 4 4 9 . 9 9 5 0 . 1 2 3 2lq ? ? ? ?= 01 0 . 9 9 5 2 9 . 9 9 5 0 . 0 1 7 5 5 . 4 8 5 4 5 . 0 1 6 5 . 4 8 5 4 5 . 0 1 6l n l n1 4 5 5 2 5 . 0 1 6 2 9 . 9 9 5 0 . 0 1 7 5 5 . 4 8 5 4 5 . 0 1 6 5 . 4 8 5 4 5 . 0 1 6? ? ? ? ? ? ???? ? ???? ? ? ? ? ? ??? = 104 h 由 [1]中式 499計(jì) 算觸媒體積 0 0