【正文】 進口溫度等于15℃（3）熱氣體帶入熱量，熱氣體在器內(nèi)處于氨飽和區(qū)，計算氣體比熱容時先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的方法計算實際的氣體比熱容：查t14=35℃,P=：C186。pm=查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表111各組分臨界參數(shù)如下表組分H2N2CH4ArNH3Ｔc(K)Pc(atm)Tcm=++++=Pcm=++++= atmTrm=(35+)/=,Prm=()=查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表158 ⊿Cpm=由壓力校正法：Ｃp14= C186。pm +⊿Cpm=+=熱氣體帶入熱量：Ｑ14=V14Cp14t14=(4) 冷氣體帶入熱量：查t2=15℃,P=：C186。pm=Tcm=++++= KPcm=++++= atm=Trm= T/Tc= (15+)/=,Prm=P/Pc=查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表158 ⊿Cpm=由壓力校正法：Ｃp2= C186。pm +⊿Cpm=+=冷氣體帶入熱量：Ｑ2=V2Cp2t2=(15)(5) 氨冷凝熱：設(shè)熱氣出口溫度為17℃，熱氣體在器內(nèi)由35℃冷卻到17℃然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱ＩNH3=液氨冷凝放出熱量，Q冷=(6) 液氨帶入熱量：查15℃時液氨比熱容　 CpL=℃液氨帶入熱量　　Q2L=(15)/=(7) 熱氣體帶出熱量：查t14=17℃,P=：C186。pm=Tcm=++++=Pcm=+++ + = atmTrm= T/Tc= (17+)/=,Prm=P/Pc=()=查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》附表158 ⊿Cpm=由壓力校正法：Ｃp= C186。pm +⊿Cpm=+=熱氣體帶出熱量：Ｑ17=V17Cp17t17=(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查17℃時液氨比熱容　 CpL=℃液氨帶入熱量　　Q71= V17LCp17Lt17=(9) 冷氣體帶入熱量：Q16=Q2L=(10) 冷氣體帶出熱量：Q3=Q14+Q2+Q冷+Q2LQ17Q17LQ2L=+()++()()=∵t3=Q3/(V3Cp3)=( Cp3)=設(shè)　t3=22℃查P=：Cp3= KJ/Kmol. ℃t3=≈22℃冷交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內(nèi)熱氣體帶入熱量 Ｑ14管內(nèi)熱氣體帶出熱量Ｑ17管外冷氣體帶入熱量 Ｑ2管內(nèi)液氨帶出熱量Ｑ17L管內(nèi)液氨冷凝熱 Ｑ冷管外液氨帶出熱量Ｑ16管外液氨散熱?。?L管外冷氣帶出熱量Ｑ3小 計小 計(11) 冷交換器熱量負荷計算：⊿Ｑ放＝（管內(nèi)熱氣體帶入熱量+管內(nèi)液氨冷凝熱）（管內(nèi)熱氣體帶出熱量+管內(nèi)液氨帶出熱量）＝+＝：Ⅰ熱量計算： （1）氣體帶入熱量 Q17由冷交換器熱量計算得 Q17=（2）氣體中液氨帶入熱量 Q17L由冷交換器熱量計算得 Q17=（3）氨冷器Ⅰ中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》在0 ℃, INH3=QⅠ冷=LNH3x17xINH3/=（4）新鮮氣帶入熱量 QⅠt1=35 ℃,P= 查壓力下各組分氣體比熱容然后用疊加的方法計算得實際氣體混合熱容 Cp1==℃.QⅠ=V1Cp1t1=()=氨冷器Ⅰ收入總熱量 Q= Q17+ Q17L + QⅠ冷+ QⅠ =+++ =（5）氨冷器Ⅰ入口混合物溫度t18計算由熱平衡 Q18=冷=V18Cp18t18+ V18LCp18Lt18=t18=( Q18/ V18)/( Cp18+V18LCp18L/ V18)=[()/]/( Cp18+)=( Cp18+)設(shè)t18=20℃，P= ⊿Cpm=Ｃp18= C186。pm +⊿Cpm=+=℃查20 ℃時《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》 CpL=℃帶入上式 t18=( +)≈20 ℃ 計算合理即 混合后氨冷器入口熱氣溫度為20 ℃（6）氣體帶出熱量 Q180。22=V2Cp2t2=()=0KJ（7）氣體中液氨帶出熱量 Q180。22L=V2Cp2Lt2=()x17x0=0KJ（8）液氨蒸發(fā)吸熱 Q吸=Q（Q180。22+ Q180。22L）=（9）需冷凍量 查25℃液氨INH3=，15℃液氨INH3=，⊿INH3= KJ/Kg，W1= Q吸/⊿INH3=氨冷器Ⅰ熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）氣體帶入熱量氣體帶出熱量0氣體中氨冷凝熱液氨帶出熱量0冷凍量小 計小 計Ⅱ熱量計算（1）氣體帶入熱量 Q2∵ 溫度為0 Q2=0KJ（2）氣體中液氨帶入熱量 QL∵ 溫度為0 QL=0KJ（3）氨冷器Ⅱ中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》在0 ℃, INH3=Q冷=LⅡNH3x17xINH3/=氨冷器Ⅱ收入總熱量 Q= （4）氣體帶出熱量 由冷交換器熱量計算得 Q180。Ⅱ=Q2=（5）氣體中液氨帶出熱量 由冷交換器熱量計算得Q180。ⅡL=Q16=（6） 液氨蒸發(fā)吸熱 Q吸=Q入（Q180。Ⅱ+ Q180。ⅡL）=++=（7）需冷凍量 查25℃液氨INH3=，15℃液氨INH3=，⊿INH3= KJ/Kg，W1= Q吸/⊿INH3=氨冷器Ⅱ熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）氣體帶入熱量0氣體帶出熱量氣體中氨冷凝熱0液氨帶出熱量冷凍量小 計小 計：（1）由《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》表111查的絕熱指數(shù)如下表：組分H2N2ArCH4NH3Ki.由公式1/（K1）==（）+（）+（）+（）+（）=∴K=T出=T入（P出/P入）（h1）/h由前已知 T入≈22+=P出= P入= MPa 帶入上式得：T出=（）（）/==℃（2）氣體帶出熱量 Q′3=（3）壓縮功 N=[K/（K1）] x[（P2/P1）（K1/K）1]x又P1 = MPa P2= MPa K= Z（2）= Z（1）=式中 V1=V0P0T/（P1T0）=()=將上述數(shù)據(jù)帶入壓縮功的計算式得：N=(()x[（）（）1]x=壓縮功 QN=3600N==(4) 氣體帶出熱量由熱平衡得： Q4=Q3+QN=+=∵ Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/(V4t4)=()= KJ/Kmol℃由t4=22℃ P= MPa 查常壓下各組分氣體比熱容并計算得：⊿Cpm=Ｃp= C186。pm +⊿Cpm=+=℃誤差 =（）/﹪==﹪：合成塔熱量計算示意圖： (1)環(huán)隙溫升t6計算設(shè)合成塔環(huán)隙高度h=，由經(jīng)驗公式知：℃計則合成塔一出溫度t6為:t6=t5+=22+=℃(2) 氣體帶入熱量Q5由前計算 Q4= 因油分離器內(nèi)無溫升變化（忽略損失）∴Q5=Q4=(3)氣體反應(yīng)熱QR設(shè)合成塔二出溫度365℃，假定氣體在塔內(nèi)先溫升至出口溫度后進行氨合成反應(yīng)在壓力P=：HR=11599+ 將t=365℃帶入得：HR=11599+=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量 VNH3==則 合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 QR=（HR）xVNH3==(4) 二次入塔氣體帶入熱量Q7由熱平衡知 Q7=（Q6+QR+Q損）（QR+Q5）=V7Cp7t7∴ t7=[（Q6+QR+Q損）（QR+Q5）]/(V7Cp7)(5) 合成塔一出氣體帶出熱量Q6查 t=℃ P=，按高壓疊加法計算得：⊿Cpm=Ｃp= C186。pm +⊿Cpm=+=℃∴ Q6=(6) 合成塔二出氣體帶出熱量 Q8查 t=365℃ P=，按高壓疊加法計算得：⊿Cpm=Ｃp= C186。pm +⊿Cpm=+=℃∴ Q8=(7)合成塔熱損失根據(jù)經(jīng)驗公式 Q損=wFw(twtB)設(shè)塔壁溫度 tw=80 ℃ 空氣溫度5 ℃ 塔外壁高h=15m 外徑D=則 w= tw+=+=∴ Q損=（twtB)=[80(5)]=(8) 合成塔二入溫度計算將上述數(shù)據(jù)帶入t7溫度計算式中得：t7=[（++）（+）]/（）=設(shè) t7=160℃查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計算得：Cp7=℃則 t7=誤差 =（）/160x100﹪=﹪假設(shè)值與實際值基本相符計算有效?！?合成塔氣體二次入口帶入熱量Q7=（++）（+）=（9）合成塔絕熱溫升核算由 ⊿t=1/=[⊿yNH3(HR)/(1+y5NH3)Q損/NT]式中 =Cp7+Cp8)/2=(+)/2= KJ/Kmol.℃∴ ⊿t=1/=[(1+)]=∴ t6=t7+=160+=℃假設(shè)值與實際值基本相符計算有效。合成塔熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支方熱量（KJ）一次氣體進口帶入熱量 Q5一次氣體出口帶入熱量 Q6二次氣體進口帶入熱量 Q7二次氣體進口帶入熱量 Q8反應(yīng)熱 QR熱損失 Q損小 計小計：（1）管內(nèi)熱氣體帶入熱量Q8由合成塔熱平衡計算得Q8=（2）管內(nèi)熱氣體帶出熱量 Qs設(shè) t9=220℃ P=15MPa 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》并計算得：CP9= KJ/Kmol.℃∴ Q9=V9Cp9t9=(3) 沸熱鍋爐熱負荷⊿Q=Q9Q8==(4) 軟水量計算設(shè)沸熱鍋爐加入軟水溫度 t=30℃ P= X查 軟水焓 I1=由熱平衡得：Q=X(I2I1) X=Q/(I2I1)=()=∴ 沸熱鍋爐軟水帶入熱量：Q軟=XI1==蒸汽帶出熱量 Q蒸=+=沸熱鍋爐熱量匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內(nèi)熱氣帶入熱量 Q8管內(nèi)熱氣帶出熱量 Q9軟水帶入熱量 Q軟蒸汽帶出熱量 Q蒸小 計小 計： （1）冷氣帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算得：Q6=（2）熱氣體帶入熱量 Q9由沸熱鍋爐熱平衡計算得：Q9=（3）冷氣帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計算得：Q7=（4）熱氣出口溫度計算由熱平衡得：Q6+Q9=Q7+Q10Q10=Q6+Q9Q7=+=Q10=V10Cp10t10 ∴ t10=Q10/( V10Cp10)=()=設(shè)t10 =℃ 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》混合氣體熱容按疊加法計算得：⊿Cpm=Ｃp= C186。pm +⊿Cpm=+=℃t10=Q10/( V10Cp10) =℃誤差 =（）/﹪=﹪假設(shè)值與實際值基本相符計算有效（5）熱交換器熱負荷⊿Q=Q7Q6=Q10Q9==熱交換器熱量匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）冷氣帶入熱量 Q6冷氣帶入熱量 Q7熱氣帶入熱量 Q9熱氣帶出熱量 Q10小 計小 計：由題意知水冷器出口溫度t11=35℃，設(shè)氣體先冷卻至35℃后氨再冷凝（1）熱氣帶入熱量 Q10 由熱交換器熱平衡計算 Q10=（2）氨冷凝熱 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊—理化數(shù)據(jù)》1011得：氨冷凝熱I=（3）熱氣體帶出熱量 Q11t11=35℃ P= 由于氣體在氨飽和區(qū)，故先計算常壓下氣體組分比熱容然后用壓力校正法計算實際比熱容 Ｃp= C186。pm +⊿Cpm=+=℃熱氣帶出熱量 Q11=V11Cp11t11=(4)液氨帶出熱量 查35℃液氨比熱容 CpL= KJ/KgQ液=V11LxxCplxt11==(5)冷水量計算設(shè)需冷水量W 冷卻上水 ta=30℃ 冷卻下水tb=38℃ 冷卻水比熱容 CpL= KJ/Kg則 冷卻水吸收熱量為⊿Q=Q吸Q支=（Q10+Q冷）（Q11+Q液）=+=⊿Q=WCp(tbta)x1000∴ W=(3830)=冷卻上水帶入熱量：Q上水==冷卻下水帶入熱量：Q下水=⊿Q+ Q上水=+=水冷器熱量匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）熱氣帶入熱量 Q10熱氣帶出熱量 Q11氨冷凝熱量 Q冷液氨帶出熱量 Q液冷卻上水帶入熱量Q上水冷卻下水帶入熱量Q下水小 計小 計：其進出口溫度無變化，由氣體熱平衡，氨分離器吸入熱、水冷器熱平衡計算得：Q11=氨分離器支出熱，氣體放空氣帶出熱量：Q13=V13CP13t13=冷交換器帶入熱量，由冷交換器熱平衡計算得：Q14=；Q′11=Q13+Q14=+=誤差 =（Q11Q180。11）/Q11=（）/﹪=﹪假設(shè)值與實際值基本相符計算有效氨分離器帶入熱量等于液氨帶出熱量 Q11L=Q15L=第三部分 設(shè)備的選型與計算：： WWWWW選用三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件，并在此基礎(chǔ)上進行合成塔的催化劑層設(shè)計，依據(jù)已給定參數(shù)設(shè)計確定催化劑