【導(dǎo)讀】驟，上述基本步驟組合成為氨合成循環(huán)反應(yīng)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?jǐn)?shù)組成如下：H2. %，N2%，CH4%,Ar%合成操作壓力為31MPa，氨的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到17%。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，設(shè)計(jì)了年產(chǎn)三萬(wàn)噸。及儀表流程圖和設(shè)備布置圖。最后對(duì)該工藝流程進(jìn)行了物料衡算、能量。和材質(zhì)進(jìn)行了選擇。

　　

【正文】 0 0 100 100 m3 0 0 0 kmol 0 0 0 新鮮補(bǔ)充氣⑴ 摩爾分?jǐn)?shù) % 0 100 m3 0 866763900 kmol 0 馳放氣組成 20 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3 kmol 液氨貯槽進(jìn)口液體21 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3 kmol 產(chǎn)品液氨19 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3 kmol 3 能量衡算 根據(jù)已知條件和物料衡算結(jié)果，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行能量衡算。從回路中任何一個(gè)設(shè)備開(kāi)始計(jì)算均可?，F(xiàn)從合成塔開(kāi)始，逐次對(duì)各單元設(shè)備進(jìn)行能量衡算。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 合成塔能量衡算 計(jì)算基準(zhǔn)：以小時(shí)產(chǎn)量 (單位為 kmol/h)為基準(zhǔn)。溫度基準(zhǔn)為 O℃ (熱力學(xué)溫度 K，計(jì)算中涉及的溫度實(shí)為溫差 )。 熱平衡式： 式中： Q3， Q4， Q5， Q6 均為顯熱，需熱容數(shù)據(jù)。計(jì)算中先按常壓下求取，然后再進(jìn)行壓力校正。 (利用普遍化熱容差校正圖 ) (1)合成塔一次入塔氣帶入熱量 Q3 根據(jù)合成塔一次入氣③， , 求得 ) (2)合成塔二次入塔氣帶入熱量 Q5 由已知 t5= 180℃， p5= MPa 求得 (3)合成塔一次出塔氣帶出熱量 Q4 由已知 t4= 50℃， p4= MPa 求得 (4)合成塔二次出塔氣帶出熱量 Q6 由已知 t6= 360℃， p6= 30 MPa 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 求得 (5)合成反應(yīng)熱 QR 反應(yīng)熱數(shù)值，由《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》查圖?。? HR=由物料衡算知，塔內(nèi)反應(yīng)生成氨為 則合成反應(yīng)熱為 熱平衡．減差值為熱損失 占總收入熱 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此數(shù)據(jù)是合理的。 合成塔內(nèi)溫升核算： 由于二次入塔溫度為 180℃，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后，溫度升高后的數(shù)值，應(yīng)為出口氣體溫度。 按下速公式進(jìn)行核算 式中： 為進(jìn)出口平均摩爾定壓熱容； ，氨凈值； ,入塔氣量。 則 與設(shè)定的出口溫度 360℃相差無(wú)幾，可以認(rèn)為計(jì)算正確。 表 合成塔能量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /KJ h1 項(xiàng)目 熱量 / 一次入塔氣 Q3 3189132 一次入塔氣 Q4 5199379 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 二次入塔氣 Q5 18236953 二次入塔氣 Q4 34954516 反應(yīng)熱 QR 20970573 熱損失 Q 損 2242763 小計(jì) 42396658 小計(jì) 42396658 廢熱鍋爐能量衡算 圖 廢熱鍋爐能量平衡示意圖 通過(guò)衡算，可求得廢熱鍋爐熱負(fù)荷，從而可知生產(chǎn)蒸汽量。 (1)入口氣帶入熱 Q6 (2)出口氣帶出熱 Q7 按前速方法求取摩爾定壓熱客 Cp， m 由 t7=250， p7= MPa 求得 Q7= 24306972kJ/h (3)廢熱鍋爐熱負(fù)荷 (4)可副產(chǎn)蒸汽量 設(shè)定軟水溫度為 90，其焓，飽和蒸汽壓力為 MPa(絕 )，其焓 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 如考慮 2%的熱 損失，則由熱平衡，可求得蒸汽量： 軟水帶入熱量為 1634490kJ/h 蒸汽帶出熱量為 12069084kJ/h 熱損失為 表 廢熱鍋爐能量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 進(jìn)爐熱氣 Q6 34954516 出爐熱氣 Q7 24306972 軟水帶入熱 Q 水 1634490 蒸汽帶出熱 Q 汽 12069084 熱損失 Q 損 212950 小計(jì) 36589006 小計(jì) 36589006 熱交換器能量衡算 冷、熱氣體的熱量，已有三項(xiàng)由合成塔和 廢熱鍋爐的能量衡算確定。此處計(jì)算目的是確定出口熱氣體的溫度 t8。 (1)冷氣體 (即合成一次出塔氣 )帶入熱量 圖 熱交換器能量平衡示意圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 (2)冷氣體 (即合成二次入塔氣 )帶出熱量 (3)熱氣體 (即廢熱鍋爐來(lái)氣 )帶入熱量 (4)熱氣體出口帶出熱量 根據(jù)此值，按顯熱計(jì)算，求得出口溫度為 115℃。 表 熱交換器能量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 合成一次出塔氣 Q4 5199379 去合成二次入塔氣 Q5 18236953 廢熱鍋爐來(lái)氣 Q7 24306972 熱氣出口去軟水預(yù)熱器 Q8 11269398 小計(jì) 29506351 小計(jì) 29506351 軟水預(yù)熱器能量衡算 通過(guò)衡算，可以算出可能回收的熱量和可預(yù)熱的軟水量作為鍋爐給水。 (1)熱氣體 (從熱交器來(lái)氣 )帶入熱量 (2)熱氣體 (去水冷卻器 )帶出熱量 設(shè)定溫度為 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 軟水預(yù)熱器能量平衡示意圖 通過(guò)計(jì)算和查圖，求得 算得 (3)熱負(fù)荷 (可回收的熱量，忽略熱損失 ) (4)軟水量 假定來(lái)水溫度為 25℃，預(yù)熱到 90℃，則軟水量 除供給廢熱鍋爐外，還可送出。 軟水帶入熱： 1219252kJ/h 軟水帶出熱： 4389310kJ/h 表 軟水預(yù)熱器能量平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 熱交換器來(lái)氣 Q8 11269389 去水冷器的氣 Q9 8099261 軟水帶入熱 1219252 軟水帶出熱 4389310 小計(jì) 12488641 小計(jì) 12488571 水冷卻器和氨分離器能量衡算 通 過(guò)能量衡算，可求出水冷移出的熱量和冷卻水消耗量。 假定氨分離器無(wú)溫度和熱量變化，忽略熱損失，故與水冷器作為一個(gè)系統(tǒng)計(jì)算，并假定水冷器為套管冷卻囂。 (l)氣體帶入熱 Q9 由軟水預(yù)熱器計(jì)算得 (2)氣體帶出熱 由物料衡算知?dú)怏w量為 算得： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 (3)液氨帶出熱 由手冊(cè)查得 35℃時(shí)，液氨比熱容為 (kg K) 由物料衡算知氨分離器，液體排出量每小時(shí)為 其中氨量為 ，溶解的氣體為 算得液體帶出熱： 而溶解氣帶出熱： 總帶出熱： (4)液氨冷凝放出熱 由手冊(cè)查得，氨的冷凝熱為 算得： (5)冷卻水移出熱 Q 水 (6)需要冷卻水量 W 取冷卻水溫度為 25℃，升高到 35℃。則 表 水冷卻器能量匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 熱氣體帶入熱 Q9 8099261 氣體出口帶出熱 Q11 3223486 氨冷凝放熱 Q 凝 4023044 液體出口帶出熱 Q17 625188 冷卻水移出熱 Q 水 8273631 小計(jì) 12122305 小計(jì) 12122305 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算 (1)循環(huán)壓縮機(jī)出口溫度計(jì)算 可以認(rèn)為 是絕熱壓縮過(guò)程，出口氣體溫度會(huì)因壓縮而升高。 己知入口氣體溫度為 35 入口壓力為 MPa 出口壓力為 MPa 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 由手冊(cè)查得各組分的絕熱指數(shù)以及進(jìn)氣組成列入下表 : 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 摩爾分?jǐn)?shù) 絕熱指數(shù) 混合氣體的絕熱指數(shù)，按下述公式計(jì)算。 K= (2)進(jìn)口氣體帶入熱 Q13 由物料衡算知，氨分離器來(lái)氣有部分放空，進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)的氣量每小時(shí)為 。 摩爾定壓熱容與氨分出口的相同 計(jì)算得 (3)出口氣帶出熱 Ql4 經(jīng)計(jì)算： 則 (4)絕熱壓縮提供能 (5)絕熱功校核 按下述公式計(jì)算壓縮功率： 已知： 查得： 進(jìn)口氣體實(shí)際狀態(tài)的流量應(yīng)為 所以 折成每小時(shí)的熱量： 結(jié)果 此誤差不大，可以認(rèn)為計(jì)算是平衡的，實(shí)際壓縮功率應(yīng)為 715984/3600= 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 冷交換器與氨冷器能量衡算 現(xiàn)將兩個(gè)設(shè)備作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行能量衡算對(duì)象。 圖 冷交換器與氨冷器能量平衡示意圖 能量平衡式： 過(guò)程中，氨冷器使循環(huán)氣中的氨大部分被液化，液化放出熱量 Q 液 ，通過(guò)衡算，可 求得氨冷器的冷凍量。 (1)熱氣體 (循環(huán)機(jī)來(lái) )帶入熱 Q14 經(jīng)計(jì)算和查圖，摩爾定壓熱容 ．， 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 算得 (2)新鮮補(bǔ)充氣帶入熱 Q1 經(jīng)查圖，摩爾定壓熱容 計(jì)算得： (3)氣體 (去合成塔 )帶出熱 Q3 由合成塔熱衡算知 (4)氨的冷凝熱 Q 液 查手冊(cè)在 ℃下，氨的冷凝熱為 。 由物料衡算結(jié)果，液氨量為 。 經(jīng)計(jì)算： (5)液氨帶出熱 Q18 冷交排出的液氨濃度為 %，其余為溶解的其他氣體，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，均計(jì)入液氨中。液量為 。故 從手冊(cè)可得 ℃時(shí)，液氨比熱容為 (kgK) 計(jì)算得： (6)由液氯蒸發(fā)移出的熱量 Q 冷 (7)冷凍液氨量 G 查 25℃時(shí)液氨的焓值 15℃時(shí)氣氨的焓值 冷凍氨量 表 冷交換器和氨冷器熱平衡匯總表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 循環(huán)氣帶入熱 Q14 3669353 循環(huán)氣帶出熱 Q3 3189132 新鮮補(bǔ)充氣 Q1 982020 液氨帶出熱 Q18 70146 氨冷凝熱 Q 液 4296959 液氨蒸發(fā)移出熱 Q 冷 5829334 小計(jì) 8948320 小計(jì) 8948320 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 合成全系統(tǒng)能量平衡匯總 根據(jù)上述計(jì)算，全系統(tǒng)的能量平衡示意圖 圖 全系統(tǒng)能量平衡示意圖 其中的各項(xiàng)熱量說(shuō)明 : (1)氨冷凝熱 QY包括水冷器中和 氨冷器中的氨冷凝熱。 (2)放空氣帶出熱 Q12，由氨分后與入循環(huán)機(jī)的氣體的熱量之差確定。 (3)由氨分離器和冷交換器排出液氨熱量 Ql7和 Q18作為支出項(xiàng)。包括了弛放氣和產(chǎn)品氨的熱量。 (4)熱損失項(xiàng) Q 損 ，包括已計(jì)入的合成塔熱損失 (實(shí)際上包括計(jì)算誤差在內(nèi) )和油分離器的熱損失， (循環(huán)機(jī)出口 44℃，油分出口為 42℃ )后者由 Q14和 Q14確定其差為 則 (5)其他各項(xiàng)均為各單元設(shè)備計(jì)算結(jié)果。 現(xiàn)將各項(xiàng)熱平衡匯總?cè)缦卤怼? 表 能量平衡匯總表 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 項(xiàng)目 熱量 /kJ h1 新