【正文】 =()+()+()+() =+++++K= T入=30+273=303 KP出= P入=28MPa代入得 ==℃℃（2） 氣體帶入熱量由前計(jì)算 Q5=（3） 壓縮功 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/tNH3Q4=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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=++++=(Kmol℃)表426 循環(huán)機(jī)進(jìn)出熱量會(huì)在匯總?cè)氤鰵怏w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，℃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=（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ΔVNH3=(標(biāo)）=則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q2Q2=(Q1+Q3+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2t2=((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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=(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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp1=(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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(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+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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(Kmol℃)Q2=220=(3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷ΔQ=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=, 飽和蒸汽，需軟水量為X軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=ΔQ=X(I2I1)熱平衡得 X=ΔQ/(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=V5Cp5t5t5=Q5/V5/Cp5=設(shè)t5=℃ P=：表433 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp5=(Kmol℃)T5=℃誤差=()/=% 假設(shè)成立（5）熱交換器熱負(fù)荷ΔQ=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(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=V2INH3=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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(Kmol℃)熱氣體帶出熱量Q2=V2Cp2t2=3595535=(4)液氨帶出熱量查35 ℃液氨比熱容,CpL=(kmol℃) Q液=V2L/MCpLt2 =35 =(5) 冷卻水量計(jì)算設(shè)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ΔQ=Q進(jìn)Q出=(Q1+Q冷)(Q2+Q液)=ΔQ=WCp(tbta)1000 W=ΔQ/(1000Cp(tbta)) =(1000(3830))=冷卻上水帶入熱量Q上水=100030=冷卻下水帶入熱量Q下水=ΔQ+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(jìn)總Q出 氨分離器熱量核算氨分離器進(jìn)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=V3Cp3t3=35=冷交換器帶入熱量,由冷交換器熱平衡計(jì)算得： Q4= Q1=Q3+Q4=+=誤差=()/=% 假設(shè)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(shè)備選型 廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算 計(jì)算條件(1) 選臥式U型換熱管(2) 高壓管尺寸 Φ24 ,d外 = m,d內(nèi) = ,d = m.(3) 熱負(fù)荷: Q= kJ/tNH3(4) 產(chǎn)量: W= tNH3/h(5) 氣體壓力 P平均 = MPa(6) 氣體入口溫度 t=370 ℃(7) 氣體出口溫度 t出= 220 ℃(8) 軟水入口溫度 t水= 30 ℃(9) 副產(chǎn)蒸汽壓力 p= MPa(10) 進(jìn)氣量 V = m3/h(11) 進(jìn)水量 W = kg/h 官內(nèi)給熱系數(shù)α計(jì)算 α=式中λ 導(dǎo)熱系數(shù)kJ /(mh ℃) α 給熱系數(shù)kJ /(mh ℃)式中各數(shù)據(jù)均取之平均溫度290℃ t=(360+220)/2 =290 ℃壓力p= (305kg/cm3)之值。 （1）壓縮系數(shù)Z 查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)表11 氣體的臨界常數(shù)：表51 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1Tc1,K151Pc1, MPaTcm==++151++=Pcm==++++=對(duì)比壓力Pr==對(duì)比溫度Tr== （290+ 273）/=查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)圖由Pr = ,Tr = 查Z = （2）混合分子量==17+16+40+2+28=（3）氣體比熱Cp：表52 氣體的比熱容NH3CH4ArH2N2Cp1,kJ/kmol.℃Cp==++++= kJ /(kmo176。C)（4） 導(dǎo)熱系數(shù)高壓下含氨混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，用氮的對(duì)比導(dǎo)熱系數(shù)圖進(jìn)行計(jì)算表53 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1T11,K239 Pc1,MPakJ/(. ℃)Tcm’==+239+++=P’cm=++++=求假對(duì)比參數(shù) Pr’=p/ P’cm= Tr’=T/T’cm=(290+273)/=由 Pr′，Tr′查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè), 得= =.==(mh ℃)（5）氣體的粘度 查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)各組分氣體壓力下的粘度。高壓下含氨混合氣體的粘度由下式計(jì)算=+4+++==+4+1+1+(mh)(6) 雷諾準(zhǔn)數(shù)重量流量=V/=管道截面積，設(shè)管道數(shù)量 182 根F = 182 =則重量流速 G=W/F=(m2h) Re=d0G/= =（7）普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=Cp/M=()= = 管內(nèi)給熱系數(shù)α0α0==()= kJ /(hm2℃) 管內(nèi)給熱系數(shù)αi計(jì)算αi= /(hm2℃)式中q = Q/ FQ————鍋爐熱負(fù)荷，kJ/hF ————鍋爐換熱面積，m2P ————蒸汽壓力， Mpa設(shè)鍋爐換熱面積 F = 36m2，帶入上式αi=() = kJ/(hm2℃) 總傳熱系數(shù)K 計(jì)算設(shè)氣象側(cè)污垢系數(shù) R = 104 (m2h1℃)/kJ液相側(cè)污垢系數(shù) R=105 (mh℃)/KJ鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)λ鋼= /(m2h℃ )總傳熱系數(shù) K= == kJ/(hm2℃) 平均傳熱溫差m Δt 計(jì)算管內(nèi)氣體溫度 370℃ → 220 ℃管內(nèi)軟水 ℃←30℃Δtm==℃ 傳熱面積F== / ( )= 實(shí)際選換熱面積為60m2按一根U型管7m計(jì)，需列管數(shù)n==60/(7)=182根表54 主要設(shè)備及工藝條件一覽表型號(hào)尺寸t入t出換熱面積列管數(shù)廢熱鍋爐U型換熱器Φ24 436022091熱交換器列管式換熱 器Φ14 2(殼程)(殼程)(殼程)2200220（管程）（管程）（管程）水冷器淋洗灑式排管冷卻器Φ6813（熱氣）35（熱氣）（熱氣）5030（冷卻水）38（冷卻水）（冷卻水）冷交換器列管式換熱 器Φ14 335（管程）20（管程）（熱氣）215010(殼程)30(殼程)29（冷氣）氨冷器立式氨冷器Φ19 320（管程）10（管程）（熱氣）21170025(殼程)15(殼程)其中：熱氣體走管程，冷氣體走殼程。6 環(huán)境保護(hù)與安全措施合成氨合成工段生產(chǎn)中的廢氣主要有：合成放空氣、弛放氣、壓縮放空氣、鍋爐煙氣等；廢水分為合成冷卻廢水及鍋爐排出污水兩大部分，主要污染物是氨氮。氨廠環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容是做好三廢治理，即對(duì)生產(chǎn)過程中的廢氣、廢液、廢渣進(jìn)行物化處理，使之達(dá)到國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，消除對(duì)環(huán)境的污染或把這種污染降到最低限度；且不向廠外轉(zhuǎn)移污染。 化學(xué)沉淀—A/ O 工藝處理合成氨廢水① 預(yù)處理階段采用化學(xué)沉淀法, 即在廢水中加入硫酸亞鐵, 將氰化物轉(zhuǎn)化為無毒的鐵氰絡(luò)合物(pH = 7. 5～10. 5) 。監(jiān)測(cè)進(jìn)水pH 值為8. 26 (在7. 5～10. 5 之間) ,符合要求。② 生化處理階段采用了傳統(tǒng)的生物脫氮方法