【正文】 1， NH3=（ ） = d. 由 A1,1算 tk,1， 由 A106 催化劑活性曲線查3312(1 / ) , (1 / )NH NHrr 當 ,0 412kt ? ℃ , 300, ?。0， NH3） 由公式 y186。0， NH3） =+ y186。1， NH3)=⊿33001 0 1 0 , 0 ,/ / (1 )N H N HM V y y?? =+ y186。0， NH3——— 為扣除了惰性氣體的第 n 段催化劑進出計算氨含量 b.計算反應熱和生成氨的含量：設(shè)氣體第一段反應熱 ⊿ I1為 ⊿ I1=Mk,0 C 平 pk,1 (tk,1 tk,0)=⊿ M1 x⊿ HT1 則 ⊿ M1=Mk,0C 平 pk,1(tk,1tk,0)/⊿ HT1 =(447412)/54340= Kmol/h ⊿ I1=⊿ M1⊿ HT1=54340=： 由公式 y186。 （ 1）進合成塔氣體成分： NH3 % ， CH4 12% ， N2 % ， H2 % ,Ar 3% 進合成塔氣體摩爾流量： V1= m3/h 則 MK0= Kmol/h 無惰性氣體的分解基流量： 31 ?， 0,1 0,1== 1 0,1(1Vy??） 3 0 ,1[1+ / (1 ]NHyy? ）= 1613818. 59 1 0. 15 [1 0. 027 / (1 0. 15 )]??（ ）= m3/h 把該催化層分為三段，每段的尺寸 見表 41： 表 41 段數(shù) n 1 2 3 小計 高度 ⊿ Ln,mm 1600 2400 3200 7200 催化劑用量⊿ Vkn,m3 催化劑活性系數(shù) Ef （ 2）分段計算： ① 計算第 1 段絕熱層溫度 分布 ， 令 催化劑層溫度為 ,0 413kt ? ℃ ，假定 第一段氣體的溫度為 ,1 446kt ? ℃ a. 根據(jù)查物料數(shù)據(jù)：第一段的平均溫度為, 0 , 1( ) / 2kkt t t??平 k,1 = ( 4 1 3 4 1 6 ) / 2 4 2 4 .5??℃ 根據(jù) = k,1 ℃ ，31, ?查 3 1 .0 6 / (m o lC K J?平 pk,1 ℃ ) ⊿,1 5 4 3 4 0 /TH K J K m o l? 3NH 由聯(lián)立方程式 A1=⊿3 3 3000 1 ,1 , 0/ (1 / ) / ( )K N H f N H N HnV V r E y y? ? ?平 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 28 里面 ⊿KV—————— 是 第 n1 段 到 n 段催化劑用量 01V—————— 為入塔氨分解基無惰性氣體體積流量 3(1/ )NH nr 平———— 為第 n 段進出口反應速度倒數(shù) Ef——————— 為催化劑活性系數(shù) y186。 當 t14=35 ℃ ， P= 時，各組分 氣體含量及比熱容見表 313： 表 313 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp14=++++=3 KJ/(Kmol℃ ) 熱氣體帶進的熱量 Q14=V14Cp14t14=35= KJ/tNH3 （ 4）冷氣體帶進的熱量 當 t2=10℃ ， P= 時，各組分的 氣體含量及比熱容見表 314： 表 314 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp2=++++= KJ/(Kmol℃ ) 熱氣體帶進來的熱量 Q2=V2Cp2t2=(10)= KJ/tNH3[14] （ 5）氨冷凝熱 假定熱氣出口的溫度為 20℃ ，熱氣體由 35℃ 冷卻至 20℃ ，再進行氨冷凝，查資料得氨冷凝熱 INH3=，所以液氨冷凝時放出的熱量為 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 25 Q冷 =20= KJ/tNH3 （ 6）液氨帶進的熱量 查資料得當溫度為 10℃ 時，液氨的 比熱容為 Cp= KJ/kg℃ 液氨帶進的熱量 Q2L=17(10)= KJ/tNH3 （ 7）熱氣體帶進的熱量 當 t17=17℃ 時 ， 各組分在常壓下，摩爾比熱容 為 ： 表 315 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp=++++= KJ/Kmol℃ 熱氣體帶出的熱量： Q17=V17Cp3t3=17= KJ/tNH3 （ 8）熱氣體中液氨帶出 來的 熱 量 當溫度為 20℃ 時，液氨的比熱容 Cp= ℃ Q17L=1717= KJ/tNH3 （ 9） 冷氣體中分離的液氨帶出的熱 量 Q16=Q2L= KJ/tNH3 (10)冷氣體出口帶出的熱量 Q3=Q14+Q2+Q冷 +Q2LQ17Q17LQ2L = + （ ）=Q3=V3Cp3t3 得 t3=Q3/V3Cp3= Cp5=假定 t3=30℃ ,P=，各組分 常壓下比熱容 見表 316： 表 316 各組分含量，比熱容 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣體含量 Cp Cp3=++++= KJ/(Kmol℃ ） t3=≈30℃ 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 26 冷交換器熱量平衡匯總見表 317： （ 11）冷交換器熱量負荷計算 ΔQ 放 =（管內(nèi)熱氣帶進的熱量 +管內(nèi)液氨的冷凝熱量） （管內(nèi)熱氣帶出的熱量 +管內(nèi)液氨帶出的熱量） =（ +） （ +） = KJ/tNH3 表 317 冷交換器熱量平衡匯總表 收方 熱量（ KJ） 支方 熱量（ KJ） 管內(nèi)熱氣體帶進的熱量 Q14 管內(nèi)熱氣體帶出的熱量 Q17 管外冷氣體帶進的熱量 Q2 管內(nèi)液氨帶出的熱量 Q17L 管內(nèi)液氨的冷凝熱量 Q冷 管外液氨帶出的熱量 Q16 管外液氨散熱 Q2L 管外冷器帶出的熱量 Q3 小計 小計 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 27 第 4 章 主要的設(shè)備選型與計算 合成塔催化劑層設(shè)計 選擇三段絕熱的冷激間冷式內(nèi)件，就在這個基礎(chǔ)上來進行合成塔中催化層的設(shè)計，根據(jù)給定的參數(shù)確定催化劑的用量和尺寸等工藝參數(shù)，再根據(jù)一定的操作條件確定催化層的溫度 、產(chǎn)量、濃度。 （ 2）冷氣進口溫度 因為合成塔入口的氨 含量為 %，所以氨冷器的氣體中，氨的含量必定小于或等于 %，假定飽和度是 10%，那么可計算出此冷凝溫度下的平衡量為 yNH3=(1+) 100%=% 當平衡氨含量為 %時，它的冷凝溫度為 t2=10℃ ，那么冷氣進口溫度為 10℃ [10]。 根 據(jù)上面計算數(shù)據(jù)得下表： 表 311 各組分含量 名稱 NH3 CH4 H2 N2 Ar 氣量 入塔氣 V 入 出塔氣 V 出 補充氣 —— V 補 放空氣 V 放 弛放氣 液氨 由物料平衡和元素組分平衡求 V 入 、 V 出 、 V 補 、 V 放 循環(huán)回路中氮平衡 : V 補 yN2 補 =V 放 yN2放 ＋ V 弛 yN2弛 +1/2V 放 yNH3放 +1/2V 弛 yNH3弛 +1/2LNH3 循環(huán)回路中氫平衡： 3232 23= 3 / 2 3 / 2 3 / 2 NHH N HH H N HV y V y V y V y V y L? ? ?弛 弛 弛 弛補 補 放 放 放 放 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 :V 出 yNH3 出 － V 入 yNH3 入 =V 放 y 放 +V 弛 y NH3 弛 +LNH3 出 － 入 = V 放 + 弛 + 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 : V 補 (yCH4 補 +yAr 補 )=V 弛 (yCH4 放 +yAr 放 )+V 弛 (yCH4 弛 +yAr弛 ) V 補 （ +） = V 弛 （ +） +（ +） V 補 = V 弛 + 循環(huán)回路中總物料體平衡 : V 入 =V 出 + V 補 V 放 V 弛 LNH3= V 出 + V 補 V 放 聯(lián)立 以上方程 解得： V 入 = m3 ； V 出 = m3 ； V 補 = m3 ； V 放 = m3 合成塔物料計算 入塔物料： V5= m3 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 15 其中 NH3： V5， NH3= %= m3 CH4： V5， CH4=12%= m3 H2： V5， H2=%= m3 N2： V5， N2=%= m3 Ar： V5， Ar= 3%= m3 熱交換器和冷氣的進出口 物料等于合成塔入塔物料 ： 則 V5=V6=V7= m3 出塔物料 V8= m3 其中 NH3： V8， NH3= 16%= m3 CH4： V8， CH4=%= m3 H2： V8， H2=%= m3 N2： V8， N2=%= m3 Ar： V8， Ar= %= m3 合成塔中生產(chǎn)的氨含量： ΔVNH3=V8， NH3V5， NH3 === 廢 熱 鍋 爐 進 出 口 物 料 ， 熱 交 換 器 進 出 口 物 料 等 于 合 成 塔 出 塔 物 料 。 假定液氨貯槽入口的液體為 1Kmol，則記為 L0=1Kmol，那么入口的液體混合后2020 屆畢業(yè)設(shè)計 11 組分含量為： m(0i)= 15 5 16 16iiL X L X?= 0 1 5 1 6% (1 % )iiG L X G X?? = X15i + X16i 混合后入口氨的含量： m0， NH3=+= 混合后入口甲烷的含量： m0， CH4=+= 混合后入口氫的含量： m0， H2=+= 混合后入口氮含量： m0， N2=+= 混合后入口氬的含量： m0， Ar=+= 表 37 液氨貯槽入口液體含量 m0， NH3 m0， CH4 m0， H2 m0， N2 m0， Ar 小計 當 t=17℃ ， P= 時，可得到熱平衡常數(shù)如下： 表 38 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KH2 KN2 KAr 170 575 620 540 由氣液平衡 L(i)= ( 0, ) ( )/ [1 ( / ) ]iim V L k? ,設(shè) (V/L)=,代入得： 出口液體中氨的含量： LNH3= 330, / [1 ( / ) ]N H N Hm V L k?? = (1+)= Kmol 出口液體中甲烷的含量： LCH4= 440, / [1 ( / ) ]C H C Hm V L k?? =( 1+170)= Kmol 出口液體中氫氣的含量： LH2= 220, / [1 ( / ) ]HHm V L k?? =(1+575)= Kmol 出口液體中氮氣的含量： LN2= 220, / [1 ( / ) ]NNm V L k?? =(1+620)= Kmol 出口液體中氬的含量： LAr= 0, / [1 ( / ) ]A r A rm V L k?? =(1+540)= Kmol L 總 = 3 4 2 2N H C H H N A rL L L L L? ? ? ?= Kmol V = 1L?總 ==， 39。 流 進 的 這 兩 種 液 體 的 百 分 比 大 約 值 ， 就 是 水 冷 后 分 離 出 的 液 氨 占 總 量 的 百 分 數(shù)?，F(xiàn)在 回收利用反應熱的方法有