【正文】 出來氣體換熱后，設有副線氣流分成四 股，其 中二股 作為冷凝氣分別從塔頂進入菱形分布器和層間換熱器，一股為塔底副線，另一股進入合成塔下部二次入口與一次入口氣體混合，通過下部熱交換器與管內氣體換熱 后 與塔底副線氣混合 ，由內中心管進入第一軸 層反應，反應后氣體與塔頂引入 的 第一冷凝氣混合進入第二軸向層反應氣體進入層間換熱器管內與第二冷凝氣換熱降低氣體溫度進入徑向層，第二冷凝氣換熱后提高自身溫度進入外中心管與內中心管，氣體混合進入第一軸向層，徑向層自里向外徑向流出，通過整個觸媒層進入下部換熱器管內，與管外換熱后出塔進入廢鍋爐，與脫氧水換熱副產品， 的蒸汽 ,氣體溫度降低到 217 ℃ 以下 ,進入氣 氣換熱器 ,氣流經與管外氣體換熱器降溫后進入水冷器 ,后進入循環(huán)機 ,補充壓力 ,經濾油器除去油圬后 ,進入冷凝塔上部的熱交換器 ,出熱交換器后與新鮮氣混后開始下一個循環(huán) 。h1 ⑵ 計算基準 本計算中以 kmolh1 ④ 由 ③ 式得： F2 = F3/ ⑤ 把 ⑤ 代入 ② 得： – = F4 ⑥ 把 ④ 分別代入 ① ， ⑥ 兩式后，再由 ⑥ ① 可得： F3=183kmolh1= Nm3h1 ⑧ 把 ⑦ 代入 ⑥ 式，可得： F1 = 1714 kmol F2──空氣的流量 Nm3h1。 計算反應的轉化率 x ⑴ 化學反應方 程式 N2 + 3H2 → 2NH 3 ⑵ H2轉化率的計算 X = 反應消耗的 H2的量 /未反應時 H2的總量 = [(F1 – F3)/F1]100％ = [(1714 – 183)/1714]100％ = 90％ 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 20 熱量衡算 計算依據(jù)： 圖 41 計算依據(jù) 對氨冷器的熱量衡算 從氨分離器出來的氣體： F15=F1+F2F3F4=1714+44183647 = 928kmol 一 部 分 往 氫 回 收 車 間 ， 流 量 F3 = 183kmolh1,YH2,15=60％ ,YN2,15=26％ ,YO2,15=5％ ,YAr,15=3％ ,YNH3,1=6％。h1 YH2,17 =(F1YH2,1+F5YH2,5)/(F1+F5)= (1714+928)/(1714+928)= ％ YN2,17 = (F1YN2+F5YN2,5)/(F1+F5)= ％ YO2,17 = F5(F1+F5)= ％ 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 21 YNH3,17 = F5(F1+F5)= ％ YAr,17 = ％ ％ ％ ％ = ％ ⒈ 氣體帶入熱量 Q11 F17中的 ％氨中有 1％被冷凝，由 公式 =a+bT+cT2計算 進口氣體 : 表 45 23℃ 時進口氣體的 值 因子 物料 a b103 c107 23℃ H2 NH3 N2 O2 = CPH,H2YH2,17+CPN2YN2,17+,17+,17+,17 = +++ = JK)1 ∴ Q’11 = F17 = 2642(23+) = 19991043 kJh1 ⒉ 氣體帶出熱量 Q12 令帶出氣體時的溫度為 0℃ F6 = F17F171 ％ = kmol(molh1 ⒊ 冷凝的液氨帶出熱量 Q13 = = 2642240= kJ(molkg1 Q14 = F1317 = 686870 kJh1 ∴ 假設的進口溫度 t1 = 23 ℃ ,t2 = 0 ℃ 滿足條件。kg1 F15 = Q 吸 /△ INH3 = 686870/ = kgh1) 支 方 (kJh1 , H2,6 = ％ , YNH3,6 = ％ , YN2,6 = ％ , YO2,6 = ％ , YAr,6 = ％ ⒈ 氣體帶入冷凝塔的熱量 Q21 Q21 = Q12 = 18361253 kJh1，在冷凝塔中，主要的是循環(huán)機過來的氣體進入冷凝塔，與從氨冷器出來的氣體進行熱交換，由于在 此期間氨氣的蒸發(fā)量和冷凝量都很小，故忽略氨的蒸發(fā)量和冷凝量。h1 表 49 氣體出冷凝塔是不同溫度時的 因子 物料 a b103 c107 23℃ 47℃ H2 NH3 N2 O2 ℃ = 60％ +6％ +26％ +5％ = kJK)1 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 24 Q22 = ℃ t= 928(+47)= kJh1 ℃ = 60％ +6％ +26％ +5％ = kJK)1 Q23 = 928(+23) = 7879296 kJ(molh1F7 = F6 = kmolh1) 支 方 (kJh1 YH2,11 = (2860％ +18360％ )/1758 = ％ 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 25 YO2,11 = (928+183)5％ /1758 = YNH3,11= [647+(928+183)6％ ]/1758 = ％ YN2,11 = (928+183)26％ /1758 = ％ YAr,11 = ％ ％ ％ ％ = ％ 表 411 氣體進合成塔是不同溫度時的 因子 物料 a b103 c107 25 350℃ H2 NH3 N2 O2 ⒈ 從合成塔出來的氣體帶出的熱量 Q31 = ％ +％ +％ +％ = kJK)1 Q31 = ,11t11= 1758(350+) = 39212809 kJh1 ⒊ 由冷凝塔直接帶進的熱量 Q33 Q33 = (F8/F7)Q22 =(F8/) = 7275 F8 KJ/h = kJh1 ⒌ H2與 N2合成放出的熱量 Q35 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 26 加壓下氨合成反應熱效應計算式 △ HF = [++106/T3] 103T2+ △ HF ── 氨合成反應熱 kcalkmol1 = kJmol1 2 kmol 56207 kJh1 Q35 Q35 = 56207647 = kJh1 ∴ F9 = F7 F8 = = ≈2031 kmolh1) 支 方 (kJh1 ⒉ 從廢鍋帶出氣體的熱量 Q42 令 t12 = 220 ℃ , F12 = F11 = 1758 kmol(kmolh1 ⒊ 廢熱鍋爐熱負荷 △ Q = Q42Q41= = kJkg1 蒸汽焓 I2 = kJh1 ∴ 廢熱鍋脫 氧水帶入熱量 Q 脫 = XI1 = 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 28 = kJh1 表 414 廢熱鍋爐熱量匯總表 收 方 (kJh1) 合成塔進廢鍋爐 Q41 39212809 廢鍋爐帶出的熱量 Q42 脫氧水帶入熱量 Q 脫 蒸汽帶出熱量 Q 蒸 小計 小計 對氣 —氣換熱器作熱量衡算 F9 = 2031 kmol(kmolh1 ⒉ 由氣 —氣換熱器往合成塔的氣體 帶出熱量 Q52 F10 = F9 = 2031 kmolh1 ⒊ 由廢鍋進氣 —氣換熱器 帶進的熱量 Q53 Q53 = Q42 = kJh1 ∴ 設 t13 = 144℃ ,即 417K 時，查表計算 ℃ ℃ = ％ +％ +％ +％ = 由 Q54 = t13 = Q54/()= (1758)= = ℃ 這與假設 144℃ 基本一致，符合條件。h1 表 416 氣 —氣換熱器熱量匯總表 收方 (kJh1) 由冷凝塔進氣 —氣換熱器熱量 Q51 由氣 —氣換熱器往合成塔帶出熱量 Q52 20760882 由廢鍋進氣 —氣換熱器熱量 Q53 由氣 —氣換熱器出來所帶熱量 Q54 小 計 小 計 對水冷器作熱量衡算 令水冷器出口氣體溫度為 35℃ ,氣體先冷卻到 35℃ 后，氨再冷卻 ⒈ 由氣 —氣換熱器往水冷器所帶熱量 Q61 Q61 = Q54 = kJkg1 Q 冷 = F4MINH3 = 64717 = kJh1 YH2,14 = 60％ , YNH3,14 = 6％ , YN2,14 = 26％ ,YO2,14 = 5％ ,YAr,14 = 3％ 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 30 表 417 35℃ 下水冷器中出口氣體的 因子 物料 a b103 c107 35℃ H2 NH3 N2 O2 = 60％ +6％ +26％ +5％ = kJK)1 Q62 = = 1111(+35) = 9829002 kmolkg1 Q 液 = 6471735 = kJh1 ⒍ 冷卻水量計算 令冷卻水上進口溫度為 ta=15 ℃ ，冷卻水出口溫度為 tb=65 ℃ ，取冷卻水比熱容 Cpl= kJ/kg,令冷卻水流量為 W，則 △ Q = WCpl(tbta)1000 由 W = △ Q/[1000Cp(tbta)]= [1000(6515)] =120 m3 冷卻水進口帶進熱量 Q 進 = 120100015 = 7524000 kJh1 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 31 表 418 水冷器熱量平衡匯總表 收方 (kJh1) 氣 —氣換器 → 水冷器帶入熱量 Q61 熱氣體帶出熱量 Q62 9829002 氨冷凝熱 Q 冷 冷卻水進口帶進熱 Q 進 7524000 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 32604000 小 結 小 結 對氨分離器作熱量衡量 氨分離器進出口溫度沒有發(fā)生變化，由氣體熱量平衡 ⒈ 由水冷器 → 分離器帶進熱量 Q71 Q71 = Q62 = 9829002 kJh1 ⒊ 由分離器 → 循環(huán)機帶出熱量 Q73 Q73 = = 928(+35)= kJh1 表 419 氨分離器熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1) 由水冷器 → 分離器帶進熱量 Q71 9829002 由分離器帶出往去氫回收車間的熱量 Q72 氨分離器液氨帶入熱量 Q74 由分離器 → 循環(huán)機帶出熱量 Q73 小 計 KJ/h 液氨帶出熱量 Q75 小 計 循環(huán)機熱量衡算 ⒈ 循環(huán)機出口氣體溫度計算，由《小氮肥廠工藝設計手冊》附表 111 查得循環(huán)氣中各組分的絕熱指數(shù)如下 襄樊學院 2021屆學士學位設計 （ 論文 ） 報告紙 32 表 420 絕熱指數(shù) 物料 NH3 Ar H2 N2 O2 K1 根據(jù)公式 1/(K1) = ∑Yλi/(Ki1) = ()+()+()+() +()= K = (K1)/K =