【正文】 放 =2800 %/V 實 =2800 %/=% 冷凝塔入口熱氣體 V6及其成分 V6=V4V 實放 +2800= +2800= 入口氣含氨量 V4 %= Hm3 NH3%= 100%=% 冷凝塔出口熱氣量 V7及冷凝液氨含量 V8 當 P=310atm T=273+23=296K 時 出口熱氣氨含量為 lgNH3%=+ 31 由進出口物料測算得 V6 %=V8+V7 % V6=V7+V8 解得 V7= V8= 冷凝塔出口熱氣氨含量為 V6 = － = NH3%= 100%=% 四、氨冷器進出口氣體計算 氨冷器進出口氣體計算 氨冷器的出口物料同合成塔進出口物料氨含量相同 yNH3=% V7 %=V10+V9 % V7=V9+V10 解得 V9= V10= 六、物料組成計算 各設備進出口氣體成分總表 設備名稱 NH3 N2 H2 Ar+CH4 合計 合成塔 進 100 出 100 水冷器 進 100 出 100 32 氨分離器 進 100 出 100 冷 凝 塔 排氣進 100 出 100 冷氣進 100 出 100 蒸發(fā)器 進 100 出 100 計算 V2=V5+V 放 NH3+V8+V10 =＋ ＋ ＋ = 相對誤差 =（ ） / 100%=% 進合成塔氣量 ： 15900Hm3 而計算的氨冷器量為 ： 相對誤差 =（ ） /15900 100%=% 第三章 熱量衡算 一、計算依據(jù) 本計算以物料衡算為基準。 各設備操作條件與前相同 。 熱焓以氣態(tài)物料 0℃ 為基準。 33 CP 值均用分壓迭加法進行計算 。 A : CPN2= 102T+ 105T2+ 105 B : CPH2=+ 104T+ 103P C : T＞ 500K 時 CP NH3=+ 103T2++ 102TP D : CP NH4=+ 102T+ 109T3+102P E: CPAr= 105TP+ 108T2+ 二、冷凝塔熱量計算 設： Q6：熱氣進口帶入熱 Q9：冷氣進口帶入熱 Q10：液氨帶入熱 Q7：熱氣體出口帶出熱 Q1：冷氣體出口帶出熱 Q11：液氨帶出熱 Q8：氨 冷凝放出熱 管內(nèi)熱氣體帶入熱 T=42℃ P=315atm 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi CPi CPiYi 34 管內(nèi)氣體帶入熱 Q6=V6/ CP T= 42 =241644Kcal 管內(nèi)氨冷凝放出熱量 Q8，查得汽化熱 ∴ Q8= 11 =33530Kcal 管外冷氣體帶入熱 Q9 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi CPi CPiYi Q9=15900/ 5=26264Kcal 管外液氨帶入熱和帶出熱相互抵消，不影響計算。 液氨在 5℃時的焓為 H=（ ） Kcal/kg Q8= 17（ +） /=2573Kcal 管內(nèi)熱氣體帶出熱 Q7 T=23℃ P=310atm 組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi CPi CPiYi 35 Q7= 23=130192Kcal 管內(nèi)液氨帶出熱 Q11 23℃時熱焓為 Q11= 17（ ） =3084Kcal 管外液氨帶出熱 Q810=2573Kcal 管外冷凝氣體帶出熱 Q1 總帶入熱∑ Q 入 =Q6+Q9+Q8+Q 10=241644＋ 26264＋ 2573＋ 33530=304011 Kcal 總帶出熱∑ Q 出 =Q1+Q7+Q 10+Q11=Q1+130192+2573+3084=Q1+135849Kcal 根據(jù)∑ Q 入 =∑ Q 出 Q1=∑ Q 入 135849=168162Kcal 求冷氣出口溫度 設冷氣出口溫度分別為 31℃， 33℃， 32℃ 成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi Cpi=31℃ Cpi=33℃ Cpi=32℃ Cpiyi=31℃ Cpiyi=33℃ Cpiyi=32℃ t1=Q5/MCP=168162 =℃ 設 t1=31℃ t1=Q1/MCP=168162 =℃ 設 t1=33℃ t1=Q1/MCP=168162 =℃ 設 t1=32℃ 36 ∵當假設 t1=32℃時，計算的溫度為 ℃ =℃＜ ℃ ∴符合要求 冷凝塔熱量平衡總表 入方 Kcal 出方 Kcal 管內(nèi)熱氣體帶入熱 Q6 241644 管內(nèi)熱氣體帶出熱 Q7 130192 管外熱氣體帶入熱 Q9 26264 管內(nèi)液體帶出熱 3084 管內(nèi)液氨冷凝熱 Q8 33530 管外液氨帶出熱 Q 10 2573 管外液氨帶入熱 Q 10 2573 管外冷氣帶出熱 Q1 168162 小計 304011 304011 三、合成塔熱量計算 入塔氣體帶入熱 Q1=168162Kcal 氨反應熱 Q2= Kcal/kgNH3 1000 kgNH3 =776600Kcal 出口氣體帶出熱 Q3 根據(jù)∑ Q 入 =∑ Q 出 Q1+Q2=Q3 Q3=168162＋ 776600=944762Kcal 求合成塔出口氣體溫度 設 t=185℃ t=187℃ t=186℃ P=290atm 組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi Cpit=185℃ Cpit=187℃ Cpit=186℃ 37 Cpiyit=185℃ Cpiyit=187℃ Cpiyit=186℃ t3= Q3 =℃ t=185℃ t3= Q3 =℃ t=187℃ t3= Q3 =℃ t=186℃ 計算溫度為 ℃ 假設溫度 186℃ ℃ 186℃ =℃＜ ∴符合要求 熱量平衡表 入方 Kcal 出方 Kcal 氣體帶入熱 168162 氣體帶出熱 944762 氨反應熱 776600 小 計 944162 小計 944762 四、水冷器熱計算 氣體帶入熱量 Q3=944762Kcal 液氨冷凝熱 查《小氮肥廠工藝設計手冊》表 1011 當 t=33℃時 汽化潛熱為 Q5= 17 =141939Kcal 氣體帶出熱 Q4 t=33℃ P=285atm 組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 38 Pi CPiYi CPi Q4= 液氨帶出熱 Q/5 查《小氮肥廠工藝設計手冊》表 1011 33℃時焓為 Q/5= 17 =19588Kcal 冷卻水帶走熱 Q13 Q13=Q3+Q5Q4Q5=944762+14193916498019588=902133Kcal 水冷器熱平衡表 入方 Kcal 出方 Kcal 氣體帶入熱 Q3 944762 氣體帶出熱 Q4164980 液氨冷凝熱 Q5 141939 液氨帶出熱 Q5 19588 冷卻水帶出熱 Q13 902133 小計 1086701 小計算 1086701 五、氨冷器熱量計算 氣體帶入熱 Q7，同冷凝塔熱氣帶出熱量相同 ∴ Q=30192Kcal 液氨帶入熱 Q/8，同冷凝塔熱氣中液氨帶出熱相同 ∴ Q/8=3084Kcal 氣體中氨冷器放出熱量 Q3 放 5℃查《小氮肥廠工藝設計手冊》表 1011 39 汽化潛熱為 Q3 放 = 17 =102629Kcal 冷量損失（ Q7+Q/8+Q3 放 Q9Q15） 3%=6212Kcal 氣體帶出熱 Q9=26264 液氨帶出熱 Q15=2573Kcal 液氨所需熱 Q10=Q7+Q/8+Q3 放 Q9Q15+6212 =30192＋ 3084＋ 102629－ 26264－ 2573＋ 6212 =213280Kcal 氨冷器熱量平衡表 入方 Kcal 出方 Kcal 進氣帶入熱 130192 氣體帶出熱 Q9 26264 液氨帶入熱 Q8 3084 液氨帶出熱 Q15 2573 氨冷凝放出熱 Q3放 102629 液氨所需熱 Q16 213280 冷量損失 6212 小計 242117 小計 242117 第四章 設備計算 一、冷凝塔 （一）計算目的 冷凝塔設計的傳熱面積是 110m3，本計算是驗算傳熱面積是否合適。 （二）計算依據(jù) 冷凝塔負荷以最大產(chǎn)量 40 各種物料進出口量、成分、溫度均按前設計， T1按 32℃計算 設備規(guī)格 （ 1）列管φ 14 2， L=4500 ， n=618（其中包括拉桿 10 根φ 10） （ 2）擋板φ 600/φ 240 φ 460/φ 129 （ 3）管中心距 20 擋板間距 113 已知數(shù)據(jù) 熱氣λ =℃ μ =1770 冷氣λ =℃ μ =1660 CP 值均按第三章計算 管外α按湖北化工設計院主編的《氨合塔》 p274或 644 α = f2（ Q d/H） （ 3100 CPH/λ ） λ /dH 式中α： Kcal/.℃ ：多塊擋板時氣流成斜流穿國管束及泄露影響傳熱系 數(shù) f2：為 三角形排列常數(shù) F=π（ D1+D2/2） H（ 1dH/t） 式中： F：氣流橫穿管束的平均通氣截面 m2 H：擋板間距 m。 t：管間距 m D1D2 擋板的內(nèi)外徑 m G：流體的重量流速 kg/ 徑向： S1=π（ D1+D2） /2 h（ 1d 外 /t） 軸向環(huán)行擋板車外殼之間的橫截面積： S2=π /4（ D12D22）（ 1β ） β =(d 外 /t)2 S=S1 S2 管內(nèi)α均按譚天恩等編的《化工原理》上冊 P242 533 式計算 α = /d （三）計算負荷 41 管外冷氣體帶入熱 Q9=26264Kcal 管外冷氣體帶出熱 Q1=168162Kcal 熱負荷 Q=（ 16816226264） =（四）平均溫度差 管內(nèi)： 42℃ 、 23℃ 管間 32℃ 、 5℃ 差值 10℃ 、 18℃ Δ tm=（ 1810） /ln18/10= （五）選取α值或 K 值 管內(nèi)給熱系數(shù)的計算 溫度 =（ 42+23） /2=℃ P=（ 310+315） /2= 成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi Pi YiCi YiPi 軸向 S2=π/4（ D12－ D22） （ 1－ β ） = （ ） 〔 （ ） 2〕 = ㎡ S=（ S1S2） 1/2=（ ） 1/2= ㎡ G=15900/ α 1= f2（ 527296 109 3600） （ 3600 1660 109/ ） =1164 Kcal/.℃ 42 式中 Re=125922 Pr= 總傳熱系數(shù) K 的計算 K=1/（ d 均 /d 內(nèi) +內(nèi) +d 均 /d 外 +外 +δ /λ +Rc）（以平均面積為準） =1/（ 1548＋ 1164＋ ＋ ） =423Kcal/.℃ 傳熱面積校核 F=Q/KΔ tm=496643/423 = 安全系數(shù) =110/= ∴換熱器合乎要求 二、立式蛇管式蒸發(fā)器 （一）計算目的 氨冷器設計傳熱面積 105m2 本計算驗算是否合適 （二）計算依據(jù) 設備規(guī)格 CP=℃ M 平 = 17＋ 28＋ 2＋ （ 16＋ 40）=V=（ ＋ ） /2=已知 di= λ =℃ μ =1770 G=