【正文】 ——按流道基準(zhǔn)截面積計(jì)算的管間流體重量流速，千克/米小時(shí) 上式中，當(dāng)量直徑應(yīng)采用計(jì)算壓降中的[見(jiàn)《手冊(cè)》表1221中第五項(xiàng)]，換器中除列管外，還具有一根中心管，在計(jì)算時(shí)需予以計(jì)入，即 米式中 ——中心管外徑，米；管間流道基準(zhǔn)截面積S，按下列諸式計(jì)算：由《手冊(cè)》式（1245）式中 S——介子外殼和盤形擋板之間的環(huán)形截面積，米；由《手冊(cè)》式（1246）， 式中 ——兩塊擋板 的截面積，米； D——平均直徑，米；D由《手冊(cè)》式（1248） =?小時(shí)?C（3）傳熱系數(shù)K管內(nèi)、管間的傳熱系數(shù)相差不多，故用平均直徑計(jì)算傳熱系數(shù)和傳熱面積。由《手冊(cè)》式（12135），管內(nèi)、外的污垢系數(shù)的選?。汗軆?nèi)為潔凈氣體，帶有小量油污，由《手冊(cè)》表1213，取管內(nèi)污垢熱阻小時(shí)℃/千焦；管外為潔凈氣體，帶有微量油污和小量液氨，取管外污垢熱阻/千焦； ∴K=由《手冊(cè)》式（1216），管內(nèi) 管外30C （1）計(jì)算傳熱面積A （按中經(jīng)計(jì)算） （2）實(shí)際傳熱面積按管子中經(jīng)計(jì)算，254根；實(shí)際傳熱面積=備用系數(shù)= ∴可用 一級(jí)氨冷器1．已知條件（1）設(shè)備型式臥式，殼體殼體內(nèi)有直立的管狀聯(lián)箱兩根，在聯(lián)箱管上再焊接U形列管。U形列管自上面下，層疊排列。聯(lián)箱和U形管內(nèi)走高壓氣體，液氨在管外蒸發(fā)。臥式一級(jí)氨冷器示意圖見(jiàn)圖43圖43臥式一級(jí)氨冷器示意圖1——U形列管，2——管型聯(lián)箱，3——高壓氣體進(jìn)口管，4——高壓氣體出口管（2）氣體壓力 進(jìn)口 ； 出口 。（3）氣體溫度 進(jìn)口 ； 出口7C。 (4)液氨蒸發(fā)溫度 5C（，表壓）；（5）氣量 （6）氣體組成：組份H2N2NH3CH4Ar合計(jì)%100（7）熱負(fù)荷 214914（1）管內(nèi)高壓混合氣體物性數(shù)據(jù)①定性溫度與定性壓力 平均溫度= 平均壓力=②平均分子量③導(dǎo)熱系數(shù)采用修正對(duì)比狀態(tài)計(jì)算，算得③ 粘度采用修正平方根規(guī)律法計(jì)算，算得⑤平均熱容C采用壓力校正法計(jì)算（計(jì)算方法，見(jiàn)熱量衡算），算得 C=C=C（2）管內(nèi)給熱系數(shù).設(shè)：管內(nèi)氣體為湍流，采用直管湍流下的算式。由《手冊(cè)》式（1238），氣體重量流速 G Re10000,屬湍流 Pr (3)管外給熱系數(shù)由《制冷機(jī)及制冷設(shè)備》307頁(yè)所載，克魯西林公式 式中 q ——單位面積熱負(fù)荷，千焦/米小時(shí)；C——常數(shù)?？唆斘髁止降腃值隨液氨蒸發(fā)溫度而變化，見(jiàn)表430。表430C值隨液氨蒸發(fā)溫度的變化蒸發(fā)溫度，℃30201001020C由表中內(nèi)插，算得蒸發(fā)溫度5C時(shí)，C=考慮設(shè)備和管道的冷損失10%則 Q==設(shè)：需用傳熱面積為10米則 ∴(4)傳熱系數(shù)K由《手冊(cè)》式（12135），K=管內(nèi)、外的污垢熱阻的選取：管內(nèi)為潔凈氣體，由《手冊(cè)》表1213，去管內(nèi)污垢熱阻R=；管外為液氨，液氨中有循環(huán)氣帶入的小量油污，由《化工設(shè)計(jì)》，1970年增刊（三）傳熱，153頁(yè)附表，取管外污垢熱阻R=由《手冊(cè)》式（1216）， 管內(nèi) 管外 55C A=（按管子中經(jīng)計(jì)算）與假設(shè)的10米相近，可用。（按中經(jīng)計(jì)算），為了統(tǒng)一規(guī)格，以利于設(shè)備制造，故選用二級(jí)氨冷器的規(guī)格作為一級(jí)氨冷器，因此一級(jí)氨冷器留有較大余地。 二級(jí)氨冷器（1）設(shè)備型式： 臥式 規(guī)格與一級(jí)氨冷器相同。（2）氣體壓力： 進(jìn)口 ； 出口 ；（3）氣體溫度： 進(jìn)口 出口 （4）液氨蒸發(fā)溫度25C(，表壓)；（5）（6）二級(jí)氨冷氣氣體組成見(jiàn)表431。 表431二級(jí)氨冷氣氣體組成組份H2N2NH3CH4Ar合計(jì)%100（7）熱負(fù)荷369201（1）管內(nèi)高壓混合氣體物性數(shù)據(jù)①定性溫度與定性壓力 平均溫度= 平均壓力=②平均分子量 ③導(dǎo)熱系數(shù)采用修正對(duì)比狀態(tài)法計(jì)算，算得 ④粘度采用修正平方根規(guī)律法計(jì)算，算得 ⑤平均熱容C采用壓力校正法計(jì)算，得 C(2) 管內(nèi)給熱系數(shù)設(shè)：管內(nèi)氣體為湍流，采用直管湍流下的公式。由《手冊(cè)》式（1238） 氣體重量流速 G 10000屬湍流； (3) 管外給熱系數(shù)由《制冷機(jī)及制冷設(shè)備》307頁(yè)所載克魯西林公式 由克魯西林附表中，內(nèi)插算得蒸發(fā)溫度25C時(shí)，C=考慮設(shè)備和管道的熱損失10%則 Q==807324千焦/小時(shí)設(shè)：需用傳熱面積為14米。則 ∴(4) 傳熱系數(shù)K由《手冊(cè)》式（12135），管內(nèi)、外的污垢熱阻的選?。汗軆?nèi)為潔凈氣體，由《手冊(cè)》表1213，取管內(nèi)污垢熱阻；管外為液氨，帶有小量油污，取管外污垢熱阻: 由《手冊(cè)》式（1216）， 管內(nèi) 管外 25C25C （1）計(jì)算傳熱面積A （按中徑計(jì)算）與假設(shè)的14米相近，可用（2）實(shí)際傳熱面積U型管，自上面下的層疊排列，共45根（每層一根）。實(shí)際傳熱面積=（按中經(jīng)計(jì)）實(shí)際傳熱面積大于計(jì)算傳熱面積，所以可用。按外徑計(jì)的實(shí)際傳熱面積=，設(shè)備圖紙上。 合成塔 合成塔計(jì)算包括兩部分，即觸媒筐和熱交換器。觸媒筐計(jì)算，主要是隨著觸媒床高度自上面下地逐漸計(jì)算其相應(yīng)的溫度分布和氨濃度分布，用動(dòng)力學(xué)方程和傳熱方程的聯(lián)立微分方程組米求解。在《小氨肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，采用近似逐段差分法（近似地將微分看成差分）用手算求解，計(jì)算工作量很大，且有一定的誤差。本計(jì)算的觸媒筐部分，與上海化工學(xué)院協(xié)作，用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。熱交換器是螺旋板式，另用手算方法計(jì)算之。 觸媒筐用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)，所用的計(jì)算公式絕大部分與手算時(shí)相同。上?；W(xué)院已將所用的計(jì)算公式、關(guān)于計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)所用計(jì)算方法以及電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算程序，匯編在《單管并流式氨合成塔觸媒筐計(jì)算程序說(shuō)明》這份資料中。下面摘錄其中第一部分計(jì)算公式，用以說(shuō)明觸媒筐的計(jì)算步驟，并提供給采用手算的同志使用（不宜于用手算的個(gè)別公式，將在有關(guān)部分指出改用其它簡(jiǎn)捷方法）；其次，列出本計(jì)算中已知條件（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備）；最后，列出電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果。本計(jì)算中的觸媒筐為單管并流型，分別對(duì)兩種工況進(jìn)行計(jì)算：①工況（Ⅰ），是與全廠性計(jì)算配套的年產(chǎn)5000噸合成氨的工況，進(jìn)塔氣量11950標(biāo)準(zhǔn)米/時(shí)，%；②工況（Ⅱ），合成塔年產(chǎn)6000噸的工況，進(jìn)塔氣量13570標(biāo)準(zhǔn)米/時(shí)，%。其已知條件與計(jì)算結(jié)果將分別列表說(shuō)明。上?；W(xué)院在編制電子計(jì)算機(jī)計(jì)算程序時(shí)，參考了該校和南京化工研究院合編的《三套管氨合成塔模擬程序》（上?；W(xué)院情報(bào)，1976，10月）。本計(jì)算中觸媒筐計(jì)算部分不再注明資料來(lái)源，需要時(shí)請(qǐng)參閱《三套管氨合成塔模擬程序》。 圖44單管并流式氨合成塔觸媒筐示意圖在計(jì)算過(guò)程中，將觸媒筐分為三個(gè)截面：L平面，即觸媒零米平面；L平面，即絕熱層底端面；L平面，即冷管冷卻層底端面。觸媒層氣體溫度t、冷管內(nèi)氣體溫度、上升管內(nèi)氣體溫度和氨濃度在這三個(gè)截面上相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，參見(jiàn)下面的邊界條件。在邊界條件中：觸媒層氣體溫度和冷管內(nèi)氣體溫度都用下標(biāo)0表示進(jìn)口，下標(biāo)end表示出口。上升管內(nèi)氣體溫度則用下標(biāo)end表示進(jìn)口，下標(biāo)0表示出口，見(jiàn)圖44所示的單管并流式氨合成塔觸媒筐示意圖。（1） 流程簡(jiǎn)述氣體由換熱器出來(lái)，溫度為，沿上升管向上流動(dòng)，經(jīng)觸媒床加熱到達(dá)L平面，氣體溫度為，然后匯入上環(huán)管，此時(shí)溫度為。接著氣體沿冷管向下流動(dòng)經(jīng)觸媒床加熱到達(dá)L平面（，為計(jì)算方便，視下環(huán)管在L平面），氣體溫度為，然后匯入下環(huán)管再進(jìn)中心管，氣體出中心管折入觸媒層到達(dá)L平面時(shí)，氣體溫度為，因中心管傳熱面較小，故不計(jì)氣體在中心管溫升，同時(shí)略去氣體在下環(huán)管內(nèi)溫度變化，所以在L平面，此時(shí)氣體氨含量為氣體進(jìn)入觸媒床，邊向下流動(dòng)，邊進(jìn)行反應(yīng)，到達(dá)觸媒床地面L平面，氣體溫度為，氨含量為，然后再入換熱器。邊界條件：在L平面： 在L平面： 在L平面: 在上述邊界條件中，、為已知值。在本計(jì)算中，觸媒層零米處的數(shù)據(jù)為：觸媒層高度L為零；%；觸媒層進(jìn)口溫度而異，在工況（Ⅰ）中，在工況（Ⅱ）中，,(時(shí)之情況，參閱206頁(yè)注)（2） 數(shù)學(xué)模型和計(jì)算公式 內(nèi)部換熱式（或內(nèi)冷式）催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)所需要的觸媒填量和換熱面積是相互聯(lián)系和相互制約的，不能分別求出，故要用聯(lián)立方程組來(lái)求解。這聯(lián)立方程組包括表征反應(yīng)速度的動(dòng)力學(xué)微分方程和表征內(nèi)部換熱的傳熱的轉(zhuǎn)熱微分方程。計(jì)算時(shí)，對(duì)預(yù)定的設(shè)備尺寸和空速，算出沿觸媒層的溫度分布和濃度分布。在計(jì)算中，電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行多次試差（手算時(shí)則入工進(jìn)行試差），直到塔出口氨濃度和氨產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)為止。計(jì)算內(nèi)容包括三個(gè)部分：絕熱層計(jì)算；冷管冷卻層計(jì)算；計(jì)算的校核和氨產(chǎn)量計(jì)算。最后列出符號(hào)表。① 絕熱層微分方程組： (1) (2)式中 l ——觸媒床層軸向距離，米； ——反應(yīng)速度常數(shù)，大氣壓； 其余參數(shù)，見(jiàn)符號(hào)表。 方程（1）中FA的計(jì)算： (3) 式中 P——?dú)怏w總壓，大氣壓； K——氨合成反應(yīng)平衡常數(shù)。 方程（1）中W的計(jì)算： (4) (5) 式中 ——進(jìn)塔氣體氨分解基衡分子流量，千摩爾/小時(shí)； ——絕熱層有效截面積，米； 方程（3）中，氣體中各組份瞬時(shí)含量與進(jìn)塔氣體中起始含量之間的關(guān)系: (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) 方程（2）中，的計(jì)算： 反應(yīng)熱是壓力和溫度的函數(shù)，在200大氣壓將反映熱與溫度的關(guān)系，用最小二乘方方法歸納為下式： （14） 方程（2）中，的計(jì)算：氣體混合物在加壓下恒壓熱容，可按各組份分壓及系統(tǒng)溫度T時(shí)單組份恒壓熱容即該組分在氣體混合物中分子分率之乘積加和來(lái)計(jì)算，即 （15） (16) (17)T500K時(shí)， （18） T500K時(shí)， (19)+ (20) + (21)方程（3）中，平衡常數(shù)K的計(jì)算：高壓下，K是溫度、壓強(qiáng)及氣體組成的函數(shù)。 (22)式中 K——當(dāng)P時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)（僅為溫度的函數(shù)）。 (23) —— (24)式中 ——分別為氨、氮、氫的逸度系數(shù)，其值與溫度、壓強(qiáng)、組成有關(guān)，由右式計(jì)算： (25) 式中 各系數(shù)數(shù)值如表432。表432氨、氮、氫的逸度系數(shù)組份H2N2