【正文】 每噸產(chǎn)品氨的耗冷量 0 7 4 21 0 0 02 1 4 9 1 4?= 千 焦 /噸氨 6. 二級(jí)氨冷器的熱量衡算 已知條件 : 循環(huán)氣：與一級(jí)氨冷器出口氣體相同 新鮮氣：壓力 大氣壓，溫度 35℃ ，氣量 1000 標(biāo)準(zhǔn)米 3 二級(jí)氨冷器 氣體組成 見(jiàn)表 424。 表 423 一級(jí)氨冷器進(jìn)口 氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合 計(jì) % 100 液氨冷凝量 千克 （ 1） 入熱 ① 氣體帶入熱 Q1 （同冷交換器出口熱氣體帶出熱） 30 Q1= 千焦 ② 液氨帶入熱 Q2 （同冷換器液氨帶出熱） Q2=12873 千 焦 ③ 氨 冷凝熱 Q3 由《手冊(cè)》表 1011，查得 7℃ 下氨液化熱 = 千卡 /千克 = 千焦 /千克 Q3=? = 千 焦 （ 2） 出熱 ① 氣體帶出熱 Q4 有氣氨冷凝，采用壓力校正法，算得當(dāng) t =7℃ ， ??? 280 ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容 Cp= 千 焦 /千摩爾 .℃ Q4= 75 3 6 5 1 4 1 ?? =53886 千 焦 ② 液氨帶出熱 Q5 （包括從冷交換器帶入的液氨及在一級(jí)氨冷器中凝出的液氨）由第174 頁(yè)表用內(nèi)插法求得 7℃ 下液氨焓 = 千 焦 /千克 Q5=? ? 7 9 5 ??? 千焦 ③ 液氨蒸發(fā)所移走的熱量 Q6 Q6 =（ Q1 +Q2 +Q3 ） —（ Q4 +Q5 ） =（ +12873+） —（ 53886+7959） =214914 千 焦 （ 3） 耗冷量 一級(jí)氨冷器的熱量被管外的液氨蒸發(fā)為氣氨吸熱而移走，氣氨送至冷凍工段氨壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮、冷凝為液氨而循環(huán)使用。 Ⅱ .Q1 Q1= 5 55 1 1 0 2 5 5 3 ?? = 千 焦 （ 2） 出熱 ① 氣體帶出熱 Q2 Ⅰ . 平均分子熱容 Cp 采用氣體帶入熱中的同樣方法計(jì)算 ， t =35℃ ， ??? ， ? = 大氣壓時(shí)的平均分子熱容 Cp= 千焦 /千摩爾 .℃ Ⅱ .Q2 Q2= ?? = 千 焦 ② 冷卻水移走的熱量 Q3 Q3=Q1—Q2== 千 焦 水冷器的冷卻水用量，參見(jiàn)下文設(shè)備工藝計(jì)算中水冷器部分。 列表計(jì)算如表 422（ ?t ℃ , t?21 = t?21 ,T = ,P = 大氣壓） 。惟此一組算式，不宜直接從它求得相應(yīng)的平均分子熱容算式。 表 421 水冷器進(jìn)塔 氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計(jì) % 100 出口氣體：壓力為 大氣壓，溫度 35℃ ，因氨未冷凝而出，故氣量與氣體組成不變。 （ 4） 用每 1%氨凈值溫升進(jìn)行校核 每 1%氨凈值溫升 = 1 0 00 8 2 51 0 0 ????? ?y a t℃ 每 1%氨凈值溫升的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為 14～ 15℃ ，故可用?！?。 ② Q1 由物料衡算，進(jìn)塔氣量 = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 Q1= )( ???? 千焦 （ 2） 氨合成放出的反應(yīng)熱量 Q2 ① 反應(yīng)熱（ HK? ） 由上?；W(xué)院《無(wú)機(jī)化工氣 —固相催化反應(yīng)過(guò)程》中查得： 在 300 大氣壓下 HK? = 1 2 0 9 5 52 1 1 5 9 92 1 1 5 9 9 ????? t 千卡 /千摩爾 27 在 200 大氣壓下 HK? = 1 2 1 2 1 6 2 1 6 2 3 ????? t 千卡 /千摩爾 在 145 大氣壓下 HK? = 1 2 1 6 5 57 7 1 7 3 27 7 1 7 3 2 ????? t千卡 /千摩爾 將此三數(shù)據(jù)繪成曲線，內(nèi)插查得在出塔條件下（ 大氣壓， ℃ ）， HK? =12134 千卡 /千摩爾 = 千焦 /千摩爾 ② 合成的氨量 合成的氨量 =產(chǎn)氨量 +放空氣中氨量 = ? = 千摩爾 ③ Q2 Q2= ? = 千 焦 Q1 =Q2 ，熱量平衡，故假設(shè)的出塔溫度 ℃ ，可用，不再試算。 各純組份氣體高壓下真實(shí)分子熱容，采用 南京化工研究院、上海化工學(xué)院《合成氨原料 26 氣的恒壓（真實(shí)）比熱》算式： H2 pH 233 7 8 ?? ????? N2 ppNN 22 6263 ????????? ??? ? NH3 TpppT NHNHNH 333 32323 1016 ??? ????????? CH4 pTT CHT4339263 ???? ???????? Ar ppTArAr TT 6293 ??? ??????? 平均分子熱容 列表計(jì)算如 表 420（ T=,P= 大氣壓） 。 表 419 合成塔出塔氣體組成 成份 H2 N2 NH3 CH4 Ar 合計(jì) % 100 氨產(chǎn)量： 標(biāo)準(zhǔn)米 3 放空氣中氨量： 標(biāo)準(zhǔn)米 3 （ 1） 進(jìn)塔氣體溫升吸收的熱量 Q1 ① 平均分子熱容 Cp 進(jìn)塔氣體在進(jìn)塔和出塔溫度的平均溫度下的真實(shí)熱容，即為進(jìn)塔氣體在進(jìn)、出塔這段溫度范圍內(nèi)的平均熱容。 已知條件 : 進(jìn)塔氣體 :壓力 大氣壓 ，溫度 30℃ ，氣量 標(biāo)準(zhǔn)米 3 合成塔 氣體組成 見(jiàn)表 418。 3. 合成塔熱量衡算 合成塔熱量計(jì)算，按照蓋斯定律可分兩步進(jìn)行 :第一步，假定進(jìn)塔氣體成份不變，而溫 度升高至出塔溫度；第二步，在出塔溫度下進(jìn)行氨合成反應(yīng)。 表 416 氨的焓 溫度， ℃ 壓 力 Mpa，絕壓 液氨焓 千 焦 / 千克 氣氨焓 千 焦 /千克 溫度， ℃ 壓 力 Mpa，絕壓 液氨焓 千 焦 / 千克 氣氨焓 千 焦 /千克 30 5 + 25 10 + 20 15 + 1281 15 20 + 10 25 + 5 30 + 0 35 + Q6 = 1 2 8 7 5 5 0 ?? 千 焦 冷交換器熱量平衡 見(jiàn)表 417?！? ? ? 1 5 1 3 4 0 3 1 5 1 0 1 32 ??????Q千 焦 ③ 氨的冷凝熱 Q3 設(shè)：熱氣體出口溫度為 ℃ ，熱氣體先冷卻到 ℃ 后，氣氨再冷凝出來(lái)?！??！病妒謨?cè)》附表 111〕 ； Tci —各純組份的臨界溫度， K，〔《手冊(cè)》附表 111〕 ； Pcm —混合氣體的虛擬臨界壓力，大氣壓 ； Tcm —混合氣體的虛擬臨界溫度， ? ； Pr —對(duì)比壓力 ； Tr —對(duì)比溫度 ； Cp? —熱容的壓力校正值，千 焦 /千摩爾 Cp0 —常壓下，混合氣體的平均分子熱容， 千 焦 /千摩爾 .℃ 。 對(duì)比壓力 Pr = ??? Pcm 對(duì)比溫度 ??? TT cmr T 由《手冊(cè)》附圖 1519 查得 ??Cp千 焦 /千摩爾 .℃ 由《手冊(cè)》附錄， ???? CCCpPp 0+= 千 焦 /千摩爾 .℃ 上述計(jì)算過(guò)程中的符號(hào)說(shuō)明： yi —混合氣體中各組份的分子分率 。經(jīng)用與之相對(duì)應(yīng)的直實(shí)分子熱容式推導(dǎo)而得平均分子熱容式 (即上 式〕 .用它算出的值，即與同書(shū)中平均分子熱容表中的值相符，故予以修正。各純組份氣體的常壓平均分子熱容 Cpi0，采用別斯科夫算式： H2 +? 310? t +? 2610t? 《手冊(cè)》附式（ 1510） N2 +? 310? t ? 2610t? 《手冊(cè)》附式（ 1511） NH3 +? 310? t ? 2610t? ① CH4 7957+? 310? t ? 2610t? ② Ar 22 各組份的 平均分子熱容 Cp見(jiàn)表 415（ t =14℃ ,T =317K ,P = 大氣壓） 。 表 414 氣流的氣體組成 組份 氣流 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 管內(nèi)進(jìn)口熱氣體 100% 管內(nèi)出口熱氣體 100% 管內(nèi)進(jìn)口冷氣體 100% 管內(nèi)出口冷氣體 100% 熱氣中氨冷凝量： 千克 （ 1） 入熱 ① 管內(nèi)，進(jìn)口熱氣體帶入熱 Qt Ⅰ 、平均分子熱容 Cp 采用壓力校正法，計(jì)算高 壓混合氣體平均分子熱容。 循環(huán)機(jī)進(jìn)口 氣體溫度為 T入 =35+273=308? ∴ T出 =308? ???????181201 =317? ≈44℃ 循環(huán)機(jī)出口氣溫度為 44℃ 。 表 412 循環(huán)機(jī)出口氣各組份氣體的絕熱指數(shù) 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 Ki 由物料衡算，循環(huán)機(jī)出口所組成（與合成塔出口氣相同） 可見(jiàn)表 413。這兩種方法，在本章中根據(jù)不同情況都曾采用，在下文有關(guān)設(shè)備中已分別注明。 采用分壓疊加法時(shí)，由真實(shí)分 子熱容換算為平均分子熱容有兩種方法 : (1) 以某一設(shè)備進(jìn)、出口溫度的平均溫度下的真實(shí)分子熱容，作為進(jìn)口至出口溫度范圍內(nèi)的平均分子熱容 。在本章計(jì)算中，有時(shí)混合氣體的溫度低于 30℃ ,查圖時(shí)需外推，所得的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，故本章均一概采用這些熱容圖的原始算式，或與之相應(yīng)的算式而算出熱容值，以資一律。有時(shí)，在同 一設(shè)備中會(huì)有處于和不處于氨飽和區(qū)的幾種氣體同時(shí)出現(xiàn)，為了避免采用兩種不同的熱容計(jì)算法而引起誤差，就統(tǒng)一采用壓力校正法 (如冷交換器等）。 高壓混合氣體平均分子熱容的計(jì)算方法： 本計(jì)算書(shū)中，在混合氣體中的氣氨未冷凝時(shí)，采用分壓疊加法，即先算出高壓下真實(shí)分子熱容，再換算為平均分子熱容，在有氣氨冷凝時(shí)，因處于氨飽和區(qū)內(nèi)，則采用壓力校正法，即先算出常壓下平均分子熱容，再換算為高壓下平均分子熱容。 411 二級(jí)氨冷器 出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 二級(jí)氨冷器出口氣體的組成和氣量，與合成塔進(jìn)口氣體相同。 由拉爾遜 —布列克公式 logyA=+－ = yA= 考慮過(guò)飽和度數(shù) 10%, 則 39。 表 49 一級(jí)氨冷器 出口熱氣體組成 成份 H2 N2 CH4 Ar NH3 合計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)米3 % 100 (1) 進(jìn)口 進(jìn)口氣體量 = 一級(jí)氨冷器出口氣量 + 新鮮氣量 H2 + = 標(biāo)準(zhǔn)米 3 N2 + = 標(biāo)準(zhǔn)