【正文】 上述冷負(fù)荷 214914 千焦 的相應(yīng)氨產(chǎn)量為 千克 令氨產(chǎn)量為 680 千克 /小時(shí) ∴ 耗冷量 =214914 ? =427224 千 焦 /小時(shí) 冷凍工段所用氨壓縮機(jī)為 4 V 型，標(biāo)準(zhǔn)制冷量 (蒸發(fā)溫度 —15℃ ，冷凝溫度 30℃ )為 441000 千焦 /小時(shí)，換算為本設(shè)計(jì)中操作條件下 (蒸發(fā)溫度 —5℃ ，冷凝溫度 40℃ ) 31 的制冷量為 ~6300000 千焦 /小時(shí)，尚有余力。 表 422 水冷器 平均分子熱容 計(jì)算 組份 yi 分子分率 Pi 大氣壓 Cpi 千 焦 /千摩爾 .℃ py cii 大氣壓 H2 N2 NH3 CH4 Ar 29 合計(jì) 1??yi .00 ??pi ?? Cy pii 氣體在 ℃ 下的真實(shí)熱容 千 焦 /千 摩爾 . ℃ ，即 ℃ 下的平均熱容。 （ 1） 入熱 ① 氣體帶入熱 Q1 Ⅰ . 平均分子熱容 Cp 氣氨未冷凝，采用分壓疊加法，按照《合成氨原料氣的恒壓 (真實(shí) )比熱》中算式進(jìn)行計(jì)算。 2 53 9 )( 1 2 1 3 4)0 2 ( ??? ???? t℃ 出塔溫度 =30+=℃ ，與假設(shè)相符。 表 420 平均分子熱容 列表計(jì)算 組 份 yi 分子分率 Pi 大氣壓 Cpi 千焦 /千摩爾 .℃ py cii 大氣壓 H2 N2 NH3 0， 02500 CH4 Ar 0， 03049 合計(jì) 1??yi ??pi ?? Cy pii 進(jìn)塔氣體在平均溫度 ℃ 下的真實(shí)熱容 千 焦 /千摩爾 .℃ ，即氣體在 30～℃ 范圍內(nèi)的平均熱容。 表 418 合成塔氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計(jì) % 100 出塔氣體：壓力為 大氣壓，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合成塔出塔 氣體組成 見(jiàn)表 419。 表 417 冷交換器熱量平衡 入熱 千 焦 出熱 千 焦 f 管內(nèi)熱氣體帶入熱 Q1 管內(nèi)氣體帶出熱 Q4 管外冷氣體帶入熱 Q2 管外冷氣帶出熱 Q5 氨的冷凝熱 Q3 液氨帶出熱 Q6 12873 25 合計(jì) 合計(jì) 收支相等，熱量平衡，故假設(shè)的管內(nèi)熱氣體出口溫度 ℃ ,可用，不再行試差。 Ⅱ 、 Q1 Q1= 2 0 3 6 8 3 9 4443 2 2 4 6 4 ??? 千焦 ② 管外，進(jìn)口冷氣體帶入熱 Q2 用壓力校正法算得當(dāng) ?t ℃ ， ??? ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容Cp = 千 焦 /千摩爾 Pci —各純組份的臨界壓力，大氣壓 。 ② 別斯科夫原文中，式中第三項(xiàng)為 ? 2610t? ，疑有誤差，經(jīng)推導(dǎo)而校正為 ? 2610t? 。先計(jì)算混合氣體的常壓平均分子熱容 Cp0,再進(jìn)行壓力校正而得 Cp。 表 413 循環(huán)機(jī)出口所組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) yi 由《手冊(cè)》式（ 7111） 11?K =??1Kyi i ∴ 11?K = ? + ? + ? + ? + ? = ∴ ? = (2) 循環(huán)機(jī)出口氣溫度 T出 由《手冊(cè)》式（ 7110） T出 =T入 ???????? ?入出PP KK 1 已知：循環(huán)機(jī)進(jìn)、出口壓力為 P入 = 大氣壓 ； P出 = 大氣壓。(2)以 t℃ 和 0℃ 的平均溫度下 (即 2t ℃ )的真實(shí)分子熱容作為 t℃ 平均分子熱容。 《手冊(cè)》附錄中，載有各純組份氣體在高壓下的真實(shí)分子熱容的圖，其中氨的真實(shí)分子熱容的溫度范圍的下限為 30℃ 。 6. 冷凝的總氨量 19 ++= 標(biāo)準(zhǔn)米 3 或 ++= 千克 7. 精煉氣消耗定額 1000?= 標(biāo)準(zhǔn)米 3/千克 = 標(biāo)準(zhǔn)米 3/噸氨 熱量衡算 計(jì)算基準(zhǔn) :1000 標(biāo)準(zhǔn)米 3 精煉氣 小時(shí)氨產(chǎn)量 :680 千克 基準(zhǔn)溫度 :0℃ 液氨的焓 :《氮?dú)夤ぷ髡呤謨?cè)》 (54 頁(yè) )飽和氨蒸汽表中，液氨的焓是以 0℃ 為基準(zhǔn)的，故下文中液氨的焓，采用此書(shū)中的數(shù)據(jù) (摘錄于 174 頁(yè) )。 表 410 二級(jí)氨冷器 進(jìn)口氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 (2) 出口 設(shè) :二級(jí)氨冷器出口溫度為－ ℃ , T=, P = 大氣壓。 表 48 冷交換器出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 17 設(shè) ： 一級(jí)氨冷器出口溫度為 7℃ , T=280K, P = 大氣壓。 (1) 進(jìn)口 進(jìn)口熱氣體量 =V3 － V1 =－ = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 進(jìn)口熱氣體組成為 H2 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 N2 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 CH4 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Ar － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 16 NH3 － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合計(jì) － = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 即 冷交換器進(jìn)口氣體組成 可 見(jiàn)表 47 表 47 冷交換器進(jìn)口氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 (2) 出口 用試算法在下面的冷交換器熱量衡算中先進(jìn)行試差，從而決定熱氣體出口溫度為℃ , T=, P = 大氣壓。 表 46 塔出口所體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 （１ ) 進(jìn)口與合成塔出口氣體相同 (２ ) 出口 設(shè)：水次器出口溫度為 35℃ ? =308K， ? = 大氣壓 由《氮?dú)夤ぷ髡呤謨?cè)》中拉爾遜一布列克經(jīng)驗(yàn)公式 ： logyA=+－ 式中 ： yA—液氨上方氣體中的平衡氨濃度， %； ? —混合氣體的壓力，大氣壓； ? —混合氣體的絕對(duì)溫度， ? 。 放空氣量為： V1 = 1 9 2 9 )0 0 2 9 . 0 1 4 2 01 0 0 0 ??（ = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 所以放空氣組成如 表 44。 2． 精煉氣成份可參見(jiàn)表 41. 3． 進(jìn)塔氣中氨含量： % 4． 出塔氣中氨含量： 11% 5． 出塔氣中惰性氣體含量： % 6． 精煉氣溫度： 35℃ 7． 壓力 :循環(huán)機(jī)出口 Mpa，其余各點(diǎn)壓力見(jiàn)示意流程圖 8． 氣體在液氨中的溶解量忽略不計(jì)，熱 (冷 )損失亦忽略不計(jì)。 表 42 將 Ar 從 N2 中分列出來(lái)后的精煉氣組成 成份 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米 3 % 100 (二 ) 已知條件 1. 氨合成流程 氨合成流程圖可參見(jiàn)圖 4 1 0 . 9 3 2 57 8 .1 7 8 .1?? 12 圖 4 1 氨合成流程圖 1—合成塔， 2—水冷器， 3—水冷后氨分離器， 4—循環(huán)機(jī)， 5—油分離器， 6—一級(jí)氨冷器， 7—一級(jí)氨分離器， 8—二級(jí)氨冷器， 9—冷交換器； V0 —新鮮氫氮?dú)猓?V1 —放空氣， V2 —進(jìn)塔氣， V3 —出塔氣 。但至合成工段，循環(huán)氣中的氬含量上升至 3%左右，若不從氮中分出來(lái)，將導(dǎo)致較大的誤差，故合成工段按照氮、氬分 開(kāi) .將氬計(jì)入惰性氣體進(jìn)行計(jì)算。但是，只要我們能充分認(rèn)識(shí)這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。 《制冷機(jī)及制冷設(shè)備》克魯西林公式管外給熱系數(shù) Cq?? (318) 由上?；W(xué)院：螺旋板式熱交換器設(shè)計(jì)與計(jì)算 , 1972； Ф500 微碳純鐵單管并流氨合成塔內(nèi)件計(jì)算說(shuō)明書(shū)， 1973 有： 螺旋總?cè)?shù) N=21)(2 200 ?? ?? bdD ? ? (319) 每塊板的平均圈數(shù) n= mN (320) 每塊板的平均長(zhǎng)度 )()(4)( 2 bnbnl nd n ?????? ?????? (321) 10 環(huán)保及安全要求 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。 氣體在液氨中的溶解量忽略不計(jì)，熱 (冷 )損失亦忽略不計(jì) 。 圖 31 為合成系統(tǒng)示意流程 圖 1—合成塔， 2—水冷器， 3—水冷后氨分離 器， 4—循環(huán)機(jī)， 5—油分離器， 8 6—一級(jí)氨冷器， 7—一級(jí)氨分離器， 8—二級(jí)氨冷器， 9—冷交換器； V0 — 新鮮氫氮?dú)猓?V1 — 放空氣， V2 — 進(jìn)塔氣， V3 — 出塔氣 。氨合成的原料為碳化煤球，由于本設(shè)計(jì)書(shū)是對(duì)合成氨的合成系統(tǒng)的工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)，其原料為由 精煉工段來(lái)的精煉氣 。 。最近，我國(guó)天然氣的開(kāi)發(fā)已進(jìn)入了一個(gè)新階段，目前已探明的天然氣儲(chǔ)量達(dá) 15276 億立方米。 產(chǎn)品多樣化當(dāng)今，從制氨用合成氣出發(fā)，在制取合成氨的同時(shí)，聯(lián)產(chǎn)甲醇和碳一化產(chǎn)品，已成為資源綜合利用的有效途徑。新建單系列投資比雙系列可降低 20%。在與國(guó)際接軌后，具備與國(guó)際合成氨產(chǎn)品 的能力，今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性 [12]。 發(fā)展前景 我國(guó)的氮肥工業(yè)自 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)，不斷發(fā)展壯大。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有 10%~20%，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程 [10]。甲烷化法是在催化劑存在下使少 量 CO、 CO2 與 H2 反應(yīng)生成 CH4 和 H2O 的一種凈化工藝，要求入口原料氣