年产3000吨合成氨厂合成工段工艺设计(7)

已知条件:

进塔气体:压力178.1大气压，温度155.6℃，气量5553.024标准米3

水冷器进塔气体组成见表4-21。

表4-21水冷器进塔气体组成

成份 %

H2 52.278

N2 17.426

NH3 11.000

CH4 15.994

Ar 3.302

合计 100

出口气体：压力为176.2大气压，温度35℃，因氨未冷凝而出，故气量与气体组成不变。 （1）入热

① 气体带入热Q

1Ⅰ. 平均分子热容

Cp

气氨未冷凝，采用分压叠加法，按照《合成氨原料气的恒压(真实)比热》中算式

进行计算。惟此一组算式，不宜直接从它求得相应的平均分子热容算式。故用近似算

1法，即仍采用此一组算式以计算真实热容，而以t℃和0℃的平均温度下(即?t℃)算

2得的气体真实热容，作为t℃下的平均热容。列表计算如表4-22（t?155.6℃,

11?t=77.8?t,T=350.8K,P=178.1大气压）。 22

表4-22水冷器平均分子热容计算

组份 H2 N2 NH3 CH4 Ar

y

iP

iCpi

ypici

分子分率 0.52278 0.17426 0.11000 0.15994 0.03302

大气压 93.107 31.036 19.591 28.485 5.881

千焦/千摩尔.℃ 29.4924 30.0804 53.7936 39.0306 20.958

大气压 3.6710 1.2481 1.4089 1.4863 0.1648

28

合计

?yi?1.00

?pi?178.1

?yCipi?7.979

气体在77.8℃下的真实热容33.5118千焦/千摩尔. ℃，即155.6℃下的平均热容。 Ⅱ.Q

1

Q1=

5553.024?33.5118?155.6=1292671.8千焦 22.4（2） 出热

①气体带出热Q

2Ⅰ. 平均分子热容Cp

采用气体带入热中的同样方法计算，t=35℃，??290.5?，?=176.2大气压时的平均分子热容Cp=35.3472千焦/千摩尔.℃ Ⅱ.Q

2

Q2=

5553.024?35.3472?35=306692.4千焦 22.43②冷却水移走的热量Q

Q=Q31—Q=1292671.8-306692.4=985979.4千焦

2水冷器的冷却水用量，参见下文设备工艺计算中水冷器部分。 5.一级氨冷器热量衡算 已知条件:

进塔气体:压力190.7大气压，温度7℃，气量5141.654标准米3

一级氨冷器进口气体组成见表4-23。

表4-23一级氨冷器进口气体组成

成份 %

H2 55.558

N2 18.519

NH3 5.416

CH4 16.998

Ar 3.509

合计 100

液氨冷凝量 94.569千克 （1） 入热

① 气体带入热Q （同冷交换器出口热气体带出热）

1 29

2Q1=146462.4千焦

② 液氨带入热Q （同冷换器液氨带出热） ③ 氨冷凝热Q

3Q2=12873千焦

由《手册》表10-1-1，查得7℃下氨液化热=295.64千卡/千克=1241.688千焦/千克 （2） 出热 ① 气体带出热Q4

有气氨冷凝，采用压力校正法，算得当t=7℃，??280?，?=190.7大气压时的平均分子热容Cp=33.537千焦/千摩尔.℃

Q3=94.569?1241.688=117425.1925千焦

Q54=

5141.654?33.537?7=53886千焦 22.4② 液氨带出热Q （包括从冷交换器带入的液氨及在一级氨冷器中凝出的液氨）由第174页表用内插法求得7℃下液氨焓=32.508千焦/千克

Q=?150.258?94.569??32.508?7959千焦

56③ 液氨蒸发所移走的热量Q

Q6=（Q+Q+Q）—（Q+Q）

12345 =（146462.4+12873+117425.1925）—（53886+7959）=214914千焦

（3） 耗冷量

一级氨冷器的热量被管外的液氨蒸发为气氨吸热而移走，气氨送至冷冻工段氨压缩机，经压缩、冷凝为液氨而循环使用。

上述冷负荷214914千焦的相应氨产量为342.072千克 令氨产量为680千克/小时 ∴耗冷量=214914?680=427224千焦/小时

342.072 冷冻工段所用氨压缩机为4 V 12.5A型，标准制冷量(蒸发温度—15℃，冷凝温度30℃)为441000千焦/小时，换算为本设计中操作条件下(蒸发温度—5℃，冷凝温度40℃)

30

的制冷量为~6300000千焦/小时，尚有余力。

每吨产品氨的耗冷量

1000?4 21491=628269.6千焦/吨氨 342.0726. 二级氨冷器的热量衡算 已知条件:

循环气：与一级氨冷器出口气体相同

新鲜气：压力190.7大气压，温度35℃，气量1000标准米3

二级氨冷器气体组成见表4-24。

表4-24二级氨冷器气体组成

成份 %

H2 73.729

N2 24.558

CH4 1.420

Ar 0.293

合计 100

出口气体：与冷交换器进口冷气体相同 液氨冷凝量：97.245千克 （1） 入热 ①

一级氨冷器过来的循环气带入热Q （同一级氨冷器气体带出热）

1

Q1=53886千焦

② 精炼钢段来的新鲜气带入热Q ，平均分子热容

2Cp

为了与二级氨冷器内的其他气流用同样一种方法计算气体平均分子热容，采用压力校正法，算得当t=35℃，??308?，?=190.7大气压时的平均分子热容焦/千摩尔·℃，再在《手册》附图1-5-19外推，查得?

C0p=29.0052千

C0p=0.546千焦/千摩尔?℃

CQ2?p=Cp+

0C0p=29.0052+0.546=29.5512千焦/千摩尔?℃

=

31000?29.5512?35=46174.8千焦 22.4③ 氨冷凝热Q

由《手册》表10-1-1，内插查得—15.26℃下，氨汽化热=1319.178千焦/千克 （2） 出热

31

Q3=97.245?1319.178=128283.4646千焦

① 气体带出热Q（同冷交换器气体带入热）

4 ② 液氨带出热Q

5Q4=－134034.6千焦

由第174页表用内插法求得－15.26℃下，液氨焓=－70.14千焦/千克

Q5=97.245?（－70.14）=－6820.7643千焦

6③ 液氨蒸发所移走的热量Q

Q6=（Q+Q+Q）—（Q+Q）

12345=（53886+46174.8+128283.4646）－(134034.6 —6820.7643)=369201千焦

（3）二级氨冷器进口气体温度

t进

① 进口气体量=一级氨冷器出口气量+新鲜气量 =5141.654+1000=6141.654标准米3

② 进口气体带入热=Q+Q=53886+46174.8=100060.8千焦

12③ 进口气体温度

t出

已知：进口气体压力P=190.7大气压

进口气体温度用试差法进行计算，设

t进=11.1℃，T=284.1K

用压力校正法，算得Cp=32.8818千焦/千摩尔?℃ ④ 校核进口气体带入热

6141.654?32.8818?11.1=100073.4千焦 22.4100060.8?100073.4?100%=－0.013%,误差极小 误差=

100060.8 进口气体带入热=

假设温度

t进为11.1℃，可用。

(4) 致冷需耗用的液氨量

液氨蒸发温度－25℃，蒸发压力0.55千克/厘米2（表压），由第174页表用内插法求得气氨的焓为1233.54千焦/千克

液氨来自液氨贮槽，取贮槽液氨温度为30℃，由第174页表用内插法求得气氨的焓为141.96千焦/千克

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