【正文】 在壓力 P= ， t=310℃ 下的氣體反應(yīng)熱簡(jiǎn)化計(jì)算公式為： H=11599+=11599+310=由物料平衡計(jì)算知氨產(chǎn)量 ΔVNH3=(標(biāo) )= 則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 QR=(Hr)ΔVNH3==(1) 合成塔一出氣體帶出熱量 Q7 查 t=70℃ P= 混合氣體熱容： 表 各組分含量，分壓及比熱容 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 Cp Cp7=++++ =(Kmol℃ ) Q7=70=(2) 合成塔二出氣體帶出熱量 Q9 當(dāng) t=310℃ P= 混合氣體熱容： 表 各組分含量，分壓及比熱容 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 Cp 28 Cp9=++++= (Kmol℃ ) Q9=310= (3) 合成塔熱損失 由經(jīng)驗(yàn)公式 Q損 =awFw(twtb)設(shè)塔壁溫度 tw= 71℃ ,空氣溫度 6℃ ,塔外壁高 h=, 外徑 D= 則 aw=+=71+=(m2h℃ ) ∴ Q損 =(twtb)=[71(6)]= kJ/tNH3 (4)合成塔二次入口帶入熱量 Q8=Q7+Q9+Q損 QrQ6=++= 2367211kJ/tNH3 表 合成塔熱量平衡匯總表 入 出 一次氣體進(jìn)口帶入熱 Q6 一次氣體出口帶出熱 Q7 二次氣體進(jìn)口帶入熱 Q8 2367211 二次氣體出口帶出熱 Q9 反應(yīng)熱 Qr 熱損失 Q損 總 Q入 總 Q出 廢熱鍋爐熱量計(jì)算 (1)熱氣體帶入熱量等于合成塔二次出口帶出熱量 即 Q9=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量 Q10 設(shè) t2=210 C, P=，得混合氣體比熱容： 表 各組分含量，分壓及比熱容 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 Cp Cp10=++++= (Kmol℃ ) Q10=210=(3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷 ΔQ=Q9Q10==(4) 軟水量計(jì)算 29 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 由 軟水焓 I1=X=ΔQ/(I2I1)=()=廢熱鍋爐帶入熱量 Q軟 =XI1==蒸汽帶入熱量 Q蒸 =Q軟 +ΔQ=+=表 廢熱鍋爐熱量匯總表 入 出 管內(nèi)熱氣帶入熱量 Q9 管內(nèi)熱氣帶出熱量 Q10 軟水 帶入熱量 Q軟 蒸汽帶出熱量 Q蒸 總 Q進(jìn) 總 Q出 熱交換器熱量計(jì)算 (1)冷氣體帶入熱量等于合成塔一次出口帶出熱量即 Q7=(2)熱氣體帶入熱量等于廢熱鍋爐管內(nèi)熱氣帶出熱量即 Q10=(3)冷氣體帶出熱量等于合成塔二次入口帶入熱量 Q8=2367211kJ/tNH3 (4)熱氣體帶出熱量 即 Q10+Q7=Q8+Q11 Q11=Q10+Q7Q8=+=Q11=V11Cp11t11 t11=Q11/V11/Cp11=℃ Cp11=(Kmol℃ ) 設(shè) t11=110℃ P=： 表 各組分含量，分壓及比熱容 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 Cp Cp11=++++44. 214= (Kmol℃ ) 查《小氮肥長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表 159的 △ CPm=(Kmol℃ ) C6=Cpm+△ CPm=38,337KJ/(Kmol℃ ) 誤差 =()/=% 假設(shè)成立 30 (5)熱交換器熱負(fù)荷 ΔQ=Q8Q7=Q10Q11==表 熱交換器熱量匯總表 入 出 冷氣帶入熱量 Q7 冷氣帶出熱量 Q8 2367211 熱氣帶入熱量 Q10 熱氣帶出熱量 Q11 總 Q進(jìn) 總 Q出 31 第 四 章 設(shè)備的計(jì)算與選型 有 了 物料衡算和熱量衡算 我們就可以對(duì)換熱器進(jìn)行 工藝計(jì)算 已知條件 (1)熱負(fù)荷 Q=(2)產(chǎn)量 W=(3)冷氣體壓力 P=1Mpa，熱氣體壓力 P= (4)冷氣體入口溫度 t 冷 入 =46℃ ，冷氣體出口溫度 t 冷 出 =100℃ (5)熱氣體入口溫度 t 熱 入 =210℃ ，熱氣體出口溫度 t 熱出 =110℃ (6) 冷氣體氣量 V=， 熱氣體氣量 V= m2/h 計(jì)算并初選換熱器規(guī)格 選用立式列管式換熱器，材質(zhì)為 16MnR，冷氣體走殼程，熱氣體走管程。 由 t4=27℃ P=，查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得： 27 表 各組分含量，分壓及比熱容 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 氣體含量 各組分分壓 Cp Cpm=++++=56KJ/(Kmol℃ ) 查《小氮肥長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表 159的 △ CPm=(Kmol℃ ) C6=Cpm+△ CPm=(Kmol℃ ) 則 Q6=V6CP6T6=27247。 即 V9=V10=V11= 17 表 合成塔一次出口 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 1138. 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 表 合成塔二次出口 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 水冷器物料計(jì)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 V11 入 = 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(jì)算得氣液比 (V/L)=,有如下方程 : V12 出 /L12 出 =(V/L)= (36) V12 出 +L12 出 =L11 入 = (37) 將 V12 出 = 出 帶入 ② 得 : L12 出 = m3 V12 出 = m3 出口氣體組分由 V12i=V1 出 y12i 得 : 其中， NH3 V12NH3=%= CH4 V12CH4=% = Ar V12Ar=% = H2 V12H2=% = N2 V12N2=% =1691,506m3 出口液體各組分由 L12i=V9iV12i 其中 ， NH3 L12NH3= = CH4 L12CH4= = Ar L12Ar= = 18 H2 L12H2= = N2 L12N2= 1691,506= 表 水冷器出口氣體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 140858. kmol/h 表 水冷器出口液體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 氨分離器物料計(jì)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 V12=V12 出 +L12 出 = + = 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 V13＝ V12 出 ＝ m3，出器液體 L16＝ L12 出 ＝ m3 氨分離器出口氣體放空 V14= m3 其中， NH3 V14NH3=% = CH4 V14CH4=% = Ar V14Ar=% = H2 V14H2=% = N2 V14N2=% = 19 表 放空氣 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3 /h kmol/h 表 氨分離器出口氣體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 138671. kmol/h 表 氨分離器出口液氨 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 冷凝塔物料計(jì)算 循環(huán)氣量 =氨分離器出口氣體物料 放空氣量 V15=V13V14= = m3 其中， NH3 V15NH3= % = m3 CH4 V15CH4= % = m3 H2 V15H2= % = m3 N2 V15N2= % = m3 補(bǔ)充新鮮氣物料 V1= m3 其中， CH4 V1CH4= = m3 Ar V1Ar= = m3 H2 V1H2= = N2 V1N2= = 20 冷凝塔入塔物料 =循環(huán)氣量 +補(bǔ)充氣量 進(jìn)器氣體組分含量 V3i=V15i+V1i NH3 V3NH3= V15NH3= CH4 V3CH4= + = Ar V3Ar= + = H2 V3H2=+= N2 V3N2= + = V3(進(jìn)器氣體物料 )=V15+V1= + = 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(jì)算熱氣出口冷凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體。 V 出 = 。 (如上頁(yè)圖 ) 由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表： 表 各組分的含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) 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 (31) 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 (32) 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) = 放 + (33) 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 + (34) 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 16 = V 出 + V 補(bǔ) － V 放 (35) 聯(lián)立 (31)(32)(33)(34)(35)各式解得： V 放 = m３ 。(18i)≈ m180。(18H2)= 100﹪ =% 入口液體中氮?dú)夂? m180。(18CH4)=100﹪ =﹪ 入口液體中氬含量 m180。(18i)=L(18i)/L(18): 15 入口液體中氨含量 m180。 液氨貯槽入口 1Kmol液體計(jì)算為準(zhǔn)，即 L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(16)X16i+L17X17i= G%L0X16i+(1 G%)X17i=+ 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