【正文】 h1) 支 方 (kJh1 ⒋ 氨分離器液氨帶入熱量 Q74等于液氨帶出熱量 Q75 Q74 = Q75 = Q63 = kJh1 ⒉ 由分離器帶出往去氫回收車間的熱量 Q72 Q72 = = 183(+35) = kJh1) 支方 (kJh1 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 = 120100065 = 32604000 kJh1 ⒌ 水冷器熱負(fù)荷 △ Q △ Q = Q61+Q 冷 Q62Q 液 = + = kJh1 ⒋ 液氨帶出熱量 Q63 查 35℃ 液氨比熱容 Cpl= kJ(kmolh1 ⒊ 熱氣體帶出熱量 Q62 F14 = F3+F15 = 183+928 = 1111 kmolh1 ⒉ 氨冷凝熱 Q 冷 查《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 101 得 35℃ 時(shí)氨冷凝熱 I= kJh1) 支方 (kJ ⒌ 氣 —?dú)鈸Q熱器的熱負(fù)荷 △ Q = Q53Q54 = Q52Q51= = kJh1 ⒋ 由氣 —?dú)鈸Q熱器出來所 帶熱量 Q54 由熱平衡 Q 得 Q51+Q53 = Q52+Q54 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 29 Q54 = Q51+Q53Q52 = + = ∵ F13 = 1758 kmolh1 Q52 = Q32 = 20760882 kJK)1 Q51 = ℃ t9 = 2031(+25)= kJh1 ,YH2,9,10 = ％ ,YNH3,9,10 = ％ YN2,9,10 = ％ ， YO2,9,10 = ％ ,YAr,9,10 = ％ 表 415 氣 —?dú)鈸Q熱器中的氣體在不同溫度下的 因子 物料 a b103 c107 25℃ 144℃ H2 NH3 N2 O2 ⒈ 由冷凝塔進(jìn)氣 —?dú)鈸Q熱器的熱量 Q51 ℃ = ％ +％ +％ + ％ = kJh1) 支 方 (kJh1 蒸汽帶入熱量 Q 蒸 = = kJkg1 由熱平衡 △ Q = X(I2I1) X = △ Q/(I2I1) = () = kgh1 ⒋ 脫氧量計(jì)算 設(shè)廢鍋加入脫氧水溫度 t=30 ℃ ,壓力 P= MPa,副產(chǎn) MPa 的蒸汽需脫氧水量計(jì)算 X 查得脫氧水焓 I1 = kJK)1 ∴ Q42 = ℃ T12 = 1758(220+) = kJh1, YH2,12 = ％ YNH3,12 = ％ ,YN2,12 = ％ , YO2,12 = ％ , YAr,12 = ％ 表 413 220℃ 時(shí)氣體出廢鍋的 因子 物料 a b103 c107 220℃ H2 NH3 N2 O2 ℃ = ％ +％ +％ + ％ = kJh1) 由氣 —?dú)鈸Q熱器進(jìn)入合成塔氣體熱量 Q32 20760882 從合成塔出來的氣體帶出的熱量 Q31 39212809 由冷凝塔直接帶進(jìn)的熱量 Q33 10％合成塔的熱損失 補(bǔ)充氣 F2的熱量 Q34 小 計(jì) H2與 N2合成放出的熱量 Q35 小 計(jì) 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 27 對(duì)廢鍋?zhàn)鳠崃亢馑? ⒈ 合成塔進(jìn)廢鍋氣體帶進(jìn)熱量 Q41 Q41 = Q31 = 39212809 kJh1 表 412 合成塔熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1 ⒍ 令合成塔的熱損失為 5％，即 Q 損 = 5％ Q 總 [Q32+Q33+Q34+Q35] = Q31 + Q 損 [Q32+Q33+Q34+Q35](15％ ) = Q31 [(2615F8)10222+7275F8++] = 39212809/ 2947F8 = 1722480 F8 = kmolmol1 647 kmolmol1 3H2 + N2 —→ 2NH 3 kJkmol1 P ── 壓力 atm T ── 溫度 K 令合成塔的工作壓力為 30 MPa=296 atm,溫度為 500℃ = K, 代入式子可得： △ HF = Kcal/Kmol = 56207 kJh1 ⒋ 補(bǔ)充氣 F2的熱量 Q34 ℃ = 78％ +21％ = ∴ Q34 = ℃ t 補(bǔ) = 44(25+)= kJh1 ⒉ 由氣 —?dú)鈸Q熱器進(jìn)入合成塔氣體熱量 Q32 F10 = F9 = F8 = ％ +％ +％ +％ = 26 Q32 = () t10 = ()(+120) = ()10222 = 20760882 kJ(molh1) 氣體帶入冷凝塔的熱量Q21 18361253 經(jīng)冷凝塔往氨冷器帶出的熱量 Q23(t=23℃ ) 7879296 從循環(huán)機(jī)往氨冷器氣體帶入的熱量 Q22 經(jīng)冷凝塔往合成塔氣體 帶出的熱量 Q24 小 計(jì) 小 計(jì) 對(duì)合成塔作熱量衡算 ∵ F7 = F8+F9 , YH2,7,8,9 = ％ , YNH3,7,8,9 = ％ ,YN2,7,8,9 = ％ , YO2,7,8,9 = ％ , YAr,7,8,9 = ％ . 又 ∵ F11 = F12 = F13 = F14 = F15+F3+F4 = 928+647+183 = 1758 kmolh1 ∴ 氣體的溫度 t = Q24/ = () = ≈ 25 ℃ 這與假設(shè)的溫度一致，故滿足要求 t = 25 ℃ 表 410 冷凝器熱量平衡匯總表 收 方 (kJK)1 Q24 = Q21+(Q22Q23) = 18361253+() = kJh1 ⒋ . 經(jīng)冷凝塔往合成塔氣體帶出的熱量 Q24 令 t = 25℃ ,(25℃ ) = kJ(molh1 ⒊ 經(jīng)冷凝塔往氨冷器帶出的熱量 Q23(t=23℃ ) F16 = 928 kmol(mol 假設(shè)冷凝塔出口的溫度為 t22=25 ℃ ,t16=47℃ ,t11=23 ℃ F16 = 928 kmolh1 ⒉ 從循環(huán)機(jī)往氨冷器氣體帶入的熱量 Q22 令 F15=F16=F5=928kmolh1) 氣體帶入熱量 Q11 18991491 氣體帶出熱量 Q12 18361253 氨冷凝時(shí)放出熱量 Q14 686870 冷凝的液氨氣體帶出熱量 Q13 小 計(jì) 19678361 積累量 熱損失 小 計(jì) 對(duì)冷凝塔作熱量衡 算 已知 F6 = kmolh1 表 48 氨冷器熱量平衡匯總表 收 方 ((kJ ⒍ 氨冷器冷凍量的計(jì)算： 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 23 氨冷器用 33 ℃ 的液氨為冷凝液，其流量為 F15，令其氣液混合溫度約為 1℃ ，則有： △ I△ NH3(1 ℃ )I△ NH3(33 ℃ ) = = kJh1 ⒌ 由 ∑Q帶入 ∑Q帶出 = Q 積累 Q11Q12Q13 = = ≈Q14 = 686870 kJK)1 Tc = ℃ = K Pc = Mpa = atm 表 47 不同溫度時(shí)的 Tbr和 I T(℃ ) 33 1 23 Tbr I(KJ/Kg) 1411 Tbr = T/TC ∴△ INH3 = INH3(27℃ )INH3(33℃ )= 1411 = kJh1 ⒋ 氨冷時(shí)放出的熱量 Q14 由公式： I = [Tbr(ln(Pc1))/()] R = calK)1 Q12 = ,2 = = 18361253 kJh1 YH2,6 = 2642(264226421％ ) = ％ YNH3,6 = 2642％ /= ％ YN2 = 2642％ YO2 = 2642％ /= ％ YAr = ％ ％ ％ ％ = ％ 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 22 表 46 0℃ 時(shí)進(jìn)口氣體的 CP..M 值 因子 物料 a b103 c107 0℃ H2 NH3 N2 O2 = CpH21/H2,6+CpN2YN2,6+,6++ = ％ +％ +++0 = kJh1 令其過程損失的熱量為輸入的 ％ 故進(jìn)口氣體帶入熱量 Q11=19991043(％ ) =18991491 kJ(mol 進(jìn)氨冷器組分含兩部分， F1和 F5，即 F17=F1 + F5=2642 kmolh1,YH2,3=60％ ,YN2,3=26％ ,YO2=5％ ,YNH3,3=6％ ,YAr=3％；一部分往循環(huán)機(jī)，F(xiàn)15=928 kmolh1，此氣體 分 為 兩 部 分 。 F3──循環(huán)氣或氫回收的流量 Nm3h1。h1 = Nm3h1 F1──進(jìn)入合成系統(tǒng)的新氣流量 Nm3h1。h1= Nm3h1 ⑦ 把 ⑦ 代入 ⑤ 式，可得： F2=44kmolh1為基準(zhǔn)，進(jìn)行物料衡算 ⒊ 合成系統(tǒng)總圖 ⒋ 以元素和物質(zhì)列出原子矩陣 表 44 原子矩陣 元素 物質(zhì) N2 H2 O2 Ar N 2 0 0 0 H 0 2 0 0 O 0 0 2 0 Ar 0 0 0 1 ⒌ 根據(jù)元素守恒列式，求各流量 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 19 對(duì) H： 2F1－ 2F3－ 3F3 = F43 ① 對(duì) N： 2F1 + 2F2 – 2F3－ F3 = F41 ② 對(duì) O: 2F2 – 2F3 = 0 ③ F4 = 647 kmol 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 17 工藝流程方框圖 高壓機(jī) 氨冷囂 冷凝塔氣 氣換熱囂合成塔 水冷器 分離器新鮮氣 新鮮氣有液氨的高壓混合氣 循環(huán)氣氣體 氣液混合混合氣體循環(huán)氣 氨氨 圖一 襄樊學(xué)院 2021屆學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì) （ 論文 ） 報(bào)告紙 18 第四章 工藝計(jì)算 物料衡算 新鮮氣流量的確定 ⒈ 計(jì)算依據(jù) 表 41 進(jìn)合成系統(tǒng)新鮮氣組成 組 成 N2 H2 Ar/CH3 合 計(jì) mol％ 20 64 16 100 表 42 空氣組成 組 成 N2 O2 Ar 合 計(jì) mol％ 78 21 1 100 表 43 循環(huán)氣組成 合 成 N2 H2 O2 NH3 Ar/CH3 合 計(jì) mol％ 26 60 5 6 3 100 ⒉ 計(jì)算基準(zhǔn) ⑴ 生產(chǎn)任務(wù) 年產(chǎn)八萬噸的合成氨，取一年 300 天為基準(zhǔn)，則 80000/y = 80000/（ 30024） ≈ ≈11t/h= 647 kmol 氨的高壓混合氣，自氨冷器出來，進(jìn)入冷凝塔下部的氨 分離器，分離液氨 ,除氨后的混合氣，再經(jīng)過冷凝塔上部的熱交換器與循環(huán)機(jī)氣體換熱，二次出冷凝塔。對(duì)于壓力在 15 MPa 的合成氨廠，一般應(yīng)控制在%左右。壓力高，氨合成反應(yīng)速度快，進(jìn)口氨含量可適當(dāng)控制高一些；壓力低，為保持一定的反應(yīng)速度，進(jìn)口氨含量可適當(dāng)控制低一些。但將進(jìn)口氨含量降 的過低，會(huì)導(dǎo)致冷凍功耗增加過多，經(jīng)濟(jì)上并不可取。冷凝溫度越低，分離效果越好，則進(jìn)塔氣體中氨含量也就越低。在生產(chǎn)中，一般要保持新鮮氣中含惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)在 %~%