【正文】 （1）壓縮系數(shù)Z 查氮肥工藝設(shè)計手冊表11 氣體的臨界常數(shù)：表51 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1Tc1,K151Pc1, MPaTcm==++151++=Pcm==++++=對比壓力Pr==對比溫度Tr== （290+ 273）/=查氮肥工藝設(shè)計手冊圖由Pr = ,Tr = 查Z =（2）混合分子量==17+16+40+2+28=（3）氣體比熱Cp：表52 氣體的比熱容NH3CH4ArH2N2Cp1,kJ/kmol.℃Cp==++++= kJ / (kmo176。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ΔVNH3=(標(biāo)）=則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q2Q2=(Q1+Q3+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2t2=((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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=(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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp1=(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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(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+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N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(Kmol℃)Q2=220=(3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷ΔQ=Q2Q1=(4) 軟水量計算設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30,壓力P=, 飽和蒸汽，需軟水量為X軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=ΔQ=X(I2I1)熱平衡得 X=ΔQ/(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=V5Cp5t5t5=Q5/V5/Cp5=設(shè)t5=℃ P=：表433 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp5=(Kmol℃)T5=℃誤差=()/=% 假設(shè)成立（5）熱交換器熱負(fù)荷ΔQ=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=：表417 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3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=：表418 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3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（7）熱氣體帶入熱 查t3= 20℃，P=，17℃的摩爾比熱容并計算得：表419 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp=++++=℃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=1717=（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=+=Q5=V5Cp5t5t5=Q5/V5Cp5=489324Cp5=設(shè)t5=30℃ ,P=：表420 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp5=++++=(Kmol℃)t5=℃（11）冷交換器熱量負(fù)荷計算ΔQ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（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 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)= ┉┉┉┉┉┉①V11出+L11出=L10入= ┉┉┉┉┉┉② 將 V11出=②得: L11出= m3 V11出= m3 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= = 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=% = 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= % = m3CH4 V14CH4= % = m3Ar V14Ar= %= m3H2 V14H2= % = m3N2 V14N2= % = m3 出器物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17℃ 查 t=17℃,P= 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NH3CH4ArH2N2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(+)+(+) V補(bǔ)=+ ┉┉┉┉┉┉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 = + ┉┉┉┉┉┉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m0NH3m0CH4m0Arm0H2m0N2小計當(dāng)t=17℃，P=，計算得熱平衡常數(shù)：表412 各組分的平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN2170540575620 根據(jù)氣液平衡L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設(shè)(V/L)=,代入上式得: 出口液體氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L)kNH3] =(1+)= Kmol 出口液體甲烷含量：LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)kCH4] =(1+170)= Kmol 出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L)kAr] =(1+540)= Kmol 出口液體氫氣含量：LH2=m0H2/[ 1+(V/L)kH2] =(1+575)= Kmol 出口液體氮?dú)夂浚篖N2=m0N2/[ 1+(V/L)kN2]