【正文】 7MPa 下的氣體反應(yīng)熱簡化計算公式為： H=11599+, t=370℃代入得： H=11599+ 370=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量Δ VNH3=(標(biāo)） = 30 則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 QR=(Hr)Δ VNH3= =(5) 二次入塔氣體帶入熱量 Q2 Q2=(Q1+Q3+Q損 )(QRQ5)=V2Cp2t2 t2=((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 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp=(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 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp1=(Kmol℃ ) Q1= 370= (8) 合成塔熱損失 根據(jù)經(jīng)驗公式 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)合成塔二入溫度計算 設(shè) t2=190 ℃ , P= 小氮肥廠工藝設(shè)計手冊 各組分氣體比熱容并計算得： 表 429 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp 31 Cp2=(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=(NTQy NH Hy NH R 損?? ?? 331 )() Cp =(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 廢熱鍋爐熱量計算 （ 1）內(nèi)熱氣體帶入熱量 Q1 由合成塔熱平衡計算 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 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp2=(Kmol℃ ) Q2= 220=(3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷 Δ Q=Q2Q1=(4) 軟水量計算 設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度 t=30,壓力 P=,副產(chǎn) 飽和蒸汽，需 軟水量為 X 32 軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=Δ Q=X(I2I1) 熱平衡得 X=Δ Q/(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 熱交換器熱量計算 （ 1）冷氣體帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算 Q1=（ 2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算 Q4=（ 3）冷氣體帶出熱量 Q7由合成塔 熱平衡計算 Q2=（ 4）熱氣體出口溫度計算 Q1+Q4=Q2+Q5 熱平衡得 Q5=Q1+Q4Q2=+=Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5/Cp5= 設(shè) t5=℃ P=： 表 433 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp5=(Kmol℃ ) T5=℃ 誤差 =()/=% 假設(shè)成立 （ 5）熱交換器熱負(fù)荷 Δ Q=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 33 總 Q進(jìn) 總 Q出 水冷器熱量計算 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。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)。 查 t=35 ℃， P= 時的各組分比熱容并計算得： 表 417 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp1= + + + + =(Kmol℃ ) 熱氣體帶入熱量 Q1=V1Cp1t1= 35=(4)冷氣體帶入熱量 查 t4=10℃， P= 時各組分比熱容并計算得： 表 418 各組 分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp4= + + ++ =(Kmol℃ ) （ 5）氨冷凝 熱 設(shè)熱氣體出口溫度為 20℃，熱氣體在器內(nèi)由 35℃冷卻到 20℃，然后進(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱 INH3=液氨冷凝放出熱量 Q 冷 = 20 = KJ/tNH3 （ 6）液氨帶入熱量查 10℃液氨比熱容 Cp= KJ/kg℃ 液氨帶入熱： Q4L= 17 (10)= KJ/tNH3 26 （ 7）熱氣體帶入熱 查 t3= 20℃， P= 時的各組分在常壓下， 17℃的 摩爾比熱容并計算得： 表 419 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp= + + + +=℃ 熱氣體帶出熱量： Q3=V3Cp3t3= 17=（ 8）熱氣體中液氨帶出熱 查 20℃液氨比熱容 Cp= ℃ Q3L= 17 17=（ 9） 冷氣體中分離液氨帶出熱 Q2=Q4L=（ 10）冷氣體出口帶出熱 Q5=Q1+Q4+Q冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+=4Q5=V5Cp5t5 t5=Q5/V5Cp5=489324 Cp5=設(shè) t5=30℃ ,P=： 表 420 各組分含量，分壓及比熱容 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cp5= + + + + =(Kmol℃ ) t5=℃ （ 11）冷交換器熱量負(fù)荷計算 Δ Q放 =（管內(nèi)熱氣帶入熱 +管內(nèi)液氨冷凝熱） （管內(nèi)熱氣帶出熱 +管內(nèi)液氨帶出熱） =(+)(+) = KJ/tNH3 （ 1） 氣體帶入熱量 Q3 由冷交換器熱量計算的 Q= KJ/tNH3 27 （ 2） 氣體中液氨帶入熱量 Q3由冷交換器熱量計算得： Q3=（ 3） 氨冷器中氣氨冷凝熱 查 10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥長工藝設(shè)計手冊》。 即 V8=V9=V10= m3 水冷器物料計算 進(jìn)器物料：水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10入 = m3 出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計算得氣液比(V/L)=,有如下方程 : V11出 /L11出 =(V/L)= ┉┉┉┉┉┉① V11出 +L11出 =L10入 = ┉┉┉┉┉┉② 將 V11出 = 帶入②得 : L11出 = m3 V11出 = m3 18 出口氣體組分由 V11i=V11出 y11i得 : 其中， NH3 V11NH3= %= CH4 V11CH4= % = Ar V11Ar= % = H2 V11H2= % = N2 V11N2= % = 出 口液體各組分由 L11i=V8iV11i 其中， NH3 L11NH3= = CH4 L11CH4= = Ar L11Ar= = H2 L11H2= = N2 L11N2= = 氨分離器物料計算 進(jìn)器物料：氨分離器進(jìn)器總物料等于水 冷器出口氣液混合物總物料 即 V11=V11出 +L11出 = + = m3 出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進(jìn)行分離，分別得到氣體和液體 出器氣體 V12＝ V11出 ＝ m3，出器液體 L15＝ L11出 ＝ m3 氨分離器出口氣體放空 V13= m3 其中， NH3 V13NH3= % = CH4 V13CH4= % = Ar V13Ar= % = H2 V13H2= % = N2 V13N2= % = 冷交換器物料計算 進(jìn)器物料：進(jìn)器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量 V14=V12V13= = m3 其中， NH3 V14NH3= % = m3 CH4 V14CH4= % = m3 Ar V14Ar= %= m3 H2 V14H2= % = m3 N2 V14N2= % = m3 出器物料（熱氣）： 設(shè)熱氣出口溫度 17℃ 查 t=17℃ ,P= 氣相平衡氨含量 y NH3=﹪，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體。 V 出 = m３ 。 圖 42 系統(tǒng)示意圖 由前計算數(shù)據(jù)如下表： 表 415 各組分的含量 名稱 NH3 CH4 Ar H2 N2 氣量 補(bǔ) 充氣 V 補(bǔ) 放空氣 V 放 弛放氣 液氨 入塔氣 V 入 出塔氣 V 出 根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求 V 補(bǔ) ,V 放 ,V 入 ,V 出 ： 循環(huán)回路中氫平衡： V 補(bǔ) yH2補(bǔ) =V 放 yH2放 ＋ V 弛 yH2弛 +3/2V 放 yNH3放 +3/2V 弛 yNH3弛 +3/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉① 循環(huán)回路中氮平衡 : V 補(bǔ) yN2補(bǔ) =V 放 yN2放 ＋ V 弛 yN2弛 +1/2V 放 yNH3放 +1/2V 弛 yNH3弛 +1/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉② 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 : V 補(bǔ) (yCH4放 +yAr放 )=V 弛 (yCH4放 +yAr放 )+V 弛 (yCH4弛 +yAr弛 ) V 補(bǔ) (+)=V 放 (+)+(+) 17 V 補(bǔ) = 放 + ┉┉┉┉┉┉③ 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 :V 出 yNH3V 入 yNH3入 =V 放 y 放 +V 弛 y NH3弛 +LNH3 出 入 = 放 + ┉┉┉┉┉┉④ 循環(huán)回路中總物料體平衡 : V 入 =V 出 + V 補(bǔ) V 放 V 弛 LNH3= V 出 + V 補(bǔ) － V 放= V 出 + V 補(bǔ) － V 放 ┉┉┉┉┉┉⑤ 聯(lián)立①②③④⑤各式解得： V 放 = m３ 。(0i)≈ M180。(0H2)= 100﹪ =% 入口液體中氮?dú)夂? m180。(0CH4)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氬含量 m180。(0i)=L(21i)/L(21): 入口液體中氨含量 m180。 液氨貯槽入口 1Kmol 液體計算為準(zhǔn)，即 L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(15)X15i+L16X16i = G％ L0X15i+(1 G％ )X16i =+ 混合后入口氨含量： m0NH3= + = 混合后入口甲烷含量 : m0CH4= + = 混合后入口氬含量 : m0Ar= + = 混合后入口氫含量： m0H2= + = 混合后入口氮含量： m0N2= + = 表 411 液氨貯槽入口液體含量 m0NH3 m0CH4 m0Ar m0H2 m0N2 小計 當(dāng) t=17℃， P= 時，計算得熱平衡常數(shù)： 表 412 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 170 540 575 620 根據(jù)氣液平衡 L(i)=m(0i)/