年产3000吨合成氨厂合成工段工艺设计(5)

NH3 278.472 =278.472标准米3 合计 5141.654 + 1000.000 =6141.654标准米3

所以二级氨冷器进口气体组成见表4-10。

表4-10二级氨冷器进口气体组成

成份 标准米3 % (2) 出口

设:二级氨冷器出口温度为－15.26℃, T=257.74K, P =190.7大气压。 由拉尔逊—布列克公式

logy=4.1856+

AH2 3593.890 58.517

N2 1197.780 19.503

CH4 888.152 14.461

Ar 183.360 2.985

NH3 278.472 4.534

合计 6141.654 100

5.9878791099.544－=0.3566

257.74187.8

yA=2.273

考虑过饱和度数10%, 则

y'A=1.1?2.273=2.500

令: 出口气体中气氨体积为y标准米3 则

y=0.025

(614.6154?27.847)2?y0.0025?5863.182＝150.337标准米3

1?0.02517 22.4 ∴y＝

冷交换器中冷凝出来的氨量=278.472－150.337=128.135标准米3?128.135?=97.245千克

二级氨冷器出口热气体组成见表4-11。

4-11二级氨冷器出口热气体组成

成份 标准米3 %

H2 3593.890 59.764

N2 1197.780 19.918

CH4 888.152 14.769

Ar 183.360 3.049

NH3 150.337 2.500

合计 5013.619 100

二级氨冷器出口气体的组成和气量，与合成塔进口气体相同。 6. 冷凝的总氨量

18

197.987+124.608+128.135=450.730标准米3

或 150.258+94.569+97.245=342.072千克 7. 精炼气消耗定额

1000450.730?1722.4=2.923362标准米3/千克=2923.362标准米3/吨氨

4.2 热量衡算

计算基准:1000标准米精炼气

3

小时氨产量:680千克 基准温度:0℃

液氨的焓《:氮气工作者手册》 (54页)饱和氨蒸汽表中，液氨的焓是以0℃为基准的，

故下文中液氨的焓，采用此书中的数据(摘录于174页)。 高压混合气体平均分子热容的计算方法：

本计算书中，在混合气体中的气氨未冷凝时，采用分压叠加法，即先算出高压下真

实分子热容，再换算为平均分子热容，在有气氨冷凝时，因处于氨饱和区内，则采用压力校正法，即先算出常压下平均分子热容，再换算为高压下平均分子热容。因此两种方法的计算结果是有出入的。有时，在同一设备中会有处于和不处于氨饱和区的几种气体同时出现，为了避免采用两种不同的热容计算法而引起误差，就统一采用压力校正法(如冷交换器等）。

《手册》附录中，载有各纯组份气体在高压下的真实分子热容的图，其中氨的真实分

子热容的温度范围的下限为30℃。在本章计算中，有时混合气体的温度低于30℃,查图时需外推，所得的数据不够准确，故本章均一概采用这些热容图的原始算式，或与之相应的算式而算出热容值，以资一律。一般工程计算，可尽量采用《手册》中热容图，以求便捷。

采用分压叠加法时，由真实分子热容换算为平均分子热容有两种方法: (1) 以某一设

备进、出口温度的平均温度下的真实分子热容，作为进口至出口温度范围内的平均分子热容;(2)以t℃和0℃的平均温度下(即

t℃)的真实分子热容作为t℃平均分子热容。这两2种方法，在本章中根据不同情况都曾采用，在下文有关设备中已分别注明。

19

1.循环机出口气体温度 (1) 绝热指数?

由《手册》附录常用气体主耍常数表中查得，循环机出口气各组份气体的绝热指数可参见表4-12。

表4-12循环机出口气各组份气体的绝热指数

成份

H2 1.407

N2 1.40

CH4 1.308

Ar 1.66

NH3 1.29

Ki

由物料衡算，循环机出口所组成（与合成塔出口气相同）可见表4-13。

表4-13循环机出口所组成

成份

H2 0.52278

N2 0.17426

CH4 0.15994

Ar 0.03302

NH3 0.11000

合计 1.00000

y

i由《手册》式（7-1-11） ∴

1yi

=?K?1Ki?110.522780.174260.159940.033020.11000= ++++=2.669 K?11.407?11.4?11.308?11.66?11.29?1 ∴?=1.375 (2) 循环机出口气温度T出 由《手册》式（7-1-10）

T=T出入?P出????P??入?K?1K

已知：循环机进、出口压力为

P入=175.2大气压；P出=194.6大气压。

循环机进口气体温度为 T入=35+273=308? ∴T出=308??201?1.375?11.375???181?=317?≈44℃

循环机出口气温度为44℃。 2 . 冷交换器热量衡算 已知条件：

管内进口热气体：压力193.6大气压，温度44℃，气量5464.249标准米3

20

管内出口热气体：压力191.7大气压，气量5266.262标准米3

管内进口冷气体：压力187.8大气压，温度－15.26℃，气量6013.519标准米

3

管内出口冷气体：压力185.9大气压，温度30℃，气量6013.519标准米3

此四路气流的气体组成见表4-14。

表4-14气流的气体组成

组份 气流 管内进口热气

体 管内出口热气

体 管内进口冷气

体 管内出口冷气

体

H2 N2 CH4 Ar NH3 合计 52.278 17.426 11.000 15.994 3.302 100%

54.244 18.081 7.654 16.505 3.426 100%

59.764 19.918 2.500 14.769 3.049 100%

59.764 19.918 2.500 14.769 3.049 100%

热气中氨冷凝量：150.258千克 （1） 入热

①管内，进口热气体带入热Q

tⅠ、平均分子热容Cp

采用压力校正法，计算高压混合气体平均分子热容。先计算混合气体的常压平均分子热容Cp,再进行压力校正而得Cp。各纯组份气体的常压平均分子热容Cpi，采用别斯科夫算式：

00 H2 6.919+0.109?10?3t+0.093?10?6t2 《手册》附式（1-5-10） t-0.115?10?6t2 《手册》附式（1-5-11）

N2 6.771+0.815?10?3 NH3 8.237+4.0?10?3t-0.588?10?6t2 ① t-1.396?10?6t2②

CH4 7957+7.809?10?3Ar 4.98

21

各组份的平均分子热容Cp见表4-15（t=14℃,T=317K,P=193.6大气压）。

表4-15各组份的平均分子热容

组 份 H2 N2 NH3 CH4 Ar

y

iCpi

29.0808 28.5894 35.3304 34.8516 20.916

00yCi0pi

Pci

Tci

ypici

yTici

分子分千焦/千摩千焦/千摩尔.℃ 大气压 率 尔.℃ 0.52278 0.17426 0.11000 0.15994 0.03302

15.204 4.9812 3.885 5.5734 0.6888

12.8+8 33.5 111.65 45.36 48.10

0 ? 33.26+8 126.16 405.49 190.54 150.76

大气压 10.874 5.838 12.282 7.255 1.588

? 31.570 21.985 44.604 30.475 4.978

?y

i?1

Cp=?yCpi

i

Pcm??yiPTiccm??yTcii=30.3324 《手册》附式（1-5-16）

=37.84 =123.61

算式 来源

别斯科夫 《手册》第737页

注：①别斯科夫原文中为8.544+4.1?10?3t-0.588?10?6t2,用此式算出的氨平均分子热容的

值，与同书中气体的平均分子热容表中所列氨的平均分子热容值不相符。经用与之相对应的直实分子热容式推导而得平均分子热容式(即上式〕.用它算出的值，即与同书中平均分子热容表中的值相符，故予以修正。

②别斯科夫原文中，式中第三项为1.1396?10?6t2，疑有误差，经推导而校正为1.396?10?6t2。

对比压力

P

r

=?rP?193.6cm37.84?5.12

对比温度

T?T?317?2.56 123.61Tcm由《手册》附图1-5-19查得?Cp?3.99千焦/千摩尔.℃

由《手册》附录，Cp?CP??Cp?30.3324+3.99=34.3224千焦/千摩尔.℃ 上述计算过程中的符号说明：

0y—混合气体中各组份的分子分率;

i 22

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