河南城建学院专科毕业设计(论文) 工艺设计
=(1 392 676.915+2 955 300.91)-(564 612.515+282 660.539)
=1 500 704.771KJ/tNH3
?Q?WCp?bt??at ?1000
1500704.771?Q W?=?27.617m3
100C0pt(?ta)1000?4.18?(38?25)b冷却水带入热量
Q上水?27.617×1 000×4.18?25=2 885 970.713KJ/tNH3 冷却下水带出热量
Q下水??Q?Q上水=1 500 704.771+2 885 970.713=4 386 675.484KJ/tNH3
表31 水冷器热量总汇表(KJ/tNH3) 收方 支方 热气体带入热量Q10 氨冷凝热Q冷 1392676.915 295530091 热气体带出热量Q11 液氨带出热量Q液 564612.515 282660.539 冷却上水带入热量Q上水 2885970.713 冷却下水带出热量Q下水 4386675.484 小计 5233948.538 小计 5233948.538 2.2.8 氨分离器热核算
氨分离器进出口没有发生变化，气体热量平衡 氨分离器收入热，则
Q11 =564612.515KJ/tNH3
氨分离器支出热，气体放空气带走热量
130.76 Q13?V13Cp13t13??39.819?35?8135.51KJ/tNH3
22.4冷交换器带入热量，由冷交换器热平衡计算得 Q14=556488.143KJ/tNH3
?Q1? Q11?Q138135.51+556488.143=564623.655KJ/tNH3 4564623.655?564612.515Q?Q?误差= 1111?100%?=0.22%
Q11564623.655故合成系统热量计算有效。
氨分离器液氨带入热量等于液氨带出热量即 Q11L?Q
1L5?282660.539KJ/tNH3
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2.3合成设备
2.3.1 合成塔催化剂层设计
并流扁平管?800氨合成塔，其催化剂筐尺寸如下：
催化剂筐内径，mm ?766; 冷管传热面积, m2 10.734; 电炉中心管，mm ?108?6; 催化剂框容积量，m2 0.714; 测温管，mm ? 24?6; 绝热层高，mm 930; 保护管套，mm ? 30 ?2;各2根 催化剂总高，mm 9986; 升气管, mm ?38?2.5 ； 催化剂装填量，m3 0.714; 保护管套，mm ? 45 ?2.5；各4根 比传热面积，m2/ m3 15催化剂 集气环管，mm ? 57?3； 操作压力，MPa 30 环中径，mm ? 327；共2个 进塔气量，m3（标）/h 134589.408 扁平冷管，mm ?大108?10 （?76?3管子压制）；
小78.5?10 （?57?3的管子压制）；, 各6片 板厚3
间隙5；
进塔成分 H2 58.77% ,
N2 19.56% , CH4 15.19%, Ar 4.48% , NH3 2.0%;
催化剂伸缩率?3% ; 过滤圆管，mm ?38?2.5, 12根 ； 热系数=2842.4KJ/(m2.h. 0C) 解 （1）基本数据计算
进塔气体摩尔流量：以知VI=134589.408m3/h
V M= I=6008.456kmol/h
22.4无惰性气体氨分解基流量：以知yNH3,I=0.02, y0,I=0.175 V0,I?VI?1?y0,I??1????yNH3,i? ??1?y0.I?0.02?? =134589.408×(1-0.175)×?1??
1?0.175?? =89937.45m3/h 空塔截面积：绝热层
F绝=0.785?0.4422?0.1082?2?0.033?= 0.143m2
冷管层 ：F冷=0.785?0.4422?0.1082?2?0.032??4?0.785?0.0452?6??0.108?0.0785??0.0117
=0.124 m2
过渡层 ： F=0.785?0.4422?0.1082?2?0.032??4?0.785?0.0452?12?0.785?0.0382?1?0.057?0.372?3.14
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= 0.089 m2
考虑沉降后催化剂层总高度及绝热层总高度
?I总=9850mm ?I绝=760 mm
将整个催化剂分成8段
分段计算：第一段绝热层温度分布计算（n=1）,首先假定催化剂层温度tk,0=415℃,
冷管进口温度286℃（计算完后核算该假定温度是否正确）。 a. 查物性数据：第一段平均温度
t?ttk,1=k,0k,1=429.5 0c
2由tk,1=429.5 0c，yNH3,0=2.0% 查Cpk,1=31.06KJ/(kmol.0c) ?Ht1=54340 kJ/kmol NH3
b.求反应热及生成氨量：令气体第一段焓升（反应热）?I1
?I1=Mk,1Cpk,1?tk,1?tk,0?= ?M1? ?Ht1
?M1 =
Mk,oCpk,1?tk,1?tk,0??Ht1=136.552kmol/h
?I1=?M1? ?Ht1=136.552?54340=7420235.68kJ/h
c.求出口氨含量： 由公式（6-4-8a）计算
y0NH3,y0,NH3,022.4?M11=+
V0,I1?y0NH3,1?y0，NH3，10y0,NH322.4?136.552? =
1?y0,NH3128776.67 =0.0197+
y0,NH31?y0,NH3
由公式（6-4-6）计算y0 NH3,0
0yNH3,00.02 = =0.00345 y0NH3,=001?0.171?yIy0NH3,01?y0NH3,y0NH3,1?y01=
00.0345=0.0333
1?0.0345=0.0234+0.0333=0.0567
NH3,1y0NH3,=0.0567
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实际出口氨含量
y00?Mk,n?1?NH3,n= y0NH3,n??1?y ?n?iM?K,n?? =0.0567??0.17?892.86??1?? ?Mk,n??式中Mk,n?Mk,n?1??Mn
Mk,1?Mk,0??M1=7360.63-154.52=7206.11kmol/h y?0.18?892.86?NH3=0.0568×??1?880.132??=0.0558
d. An,1(反算tk,1)
由A106催化剂活性线查??1??????rNH?, ?1??3?n?1?rNH? 3?n当t0??k,0=412℃, y1NH3,0=0.0345时，????=6.4?10-5（h.m3
）/ m3
?rNH3?0当t?k,1=444℃，y0NH=0.0567时，??13.1??=6.2?-53
?rNH?10（h.m）/ m33?1 ??1??1????? = ?1?????rNH?+ 1?1?=6.3?10-5（h.m3
）/ m3
3?12?rNH3??02?rNH3?1A= ?n,1?1??1?r? ? (y0?NH3?NH3.-y0NH3) 1Et1,0 =6.3?10-5 ?
10.62(0.0567-0.0345)=0.257?10-5h.m3）/ m3 与假设第一段常数An相符，故假定温度tk,1=444℃正确。 本段段单位长度反应热为
Q?I1?1?t=2.463 ? 107 kJ/(m.h)
1第二段绝热层计算方法同第一段。
计算结果，第二段出口温度tk,2=490℃，yNH3.2=0.0812，Mk,2=853.95kmol/h
设出第三段温度tk,3=490℃
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y0NH3.2=0.10，
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e . 查物性数据：第三段催化剂层平均温度
t+ t1tk,3= k,2k,3= (490+490)=4900C
22由tk,3=490℃，yNH3,2=0.0182 查cpk,3=32.31KJ/(mol.0C)
?HT,3=55050KJ/mol
f.求反应热及生成氨量：由式（6-4-13）知
Mk,2Cpk,2 (tk,3- tk,2)+KkoFko(tk,3 -t0,3)=?M3?HT,3
C(t- tk,2)=0
1(286+314)=3000C 2因为 tk,2= tk,3 所以 ?I3?MK设 t0，3=314 0C t0,3=
tk,3=
k,3,2pk,2 t0,2+ t0.32=
1 tk,2+ tk,3= (487+487)=487oC 22Kk0Fk0( k,3 - k0,3) ?Ht,3?M3=
=
2765.3?1.324?490?300?=12.44kmol/h 55050.6?Q3???M3?HT,3=12.44?55050.6=684829KJ/h
反应热
出第三段催化剂层气体摩尔流量
Mk,3= Mk,3-?M=853.95-12.44=841.51 kmol/h
g.求出口氨含量 y0NH3,3y0NH3,2?M30.122.4?12.44= + =+
1?0.117100V0,I1+y0NH3,31+y0NH3,2 =0.1072
?M??0.18?892.86?yNH3,3= y0NH3,3 ?1?yI0k,0? =0.1224?1?? ??841.51?Mk,3??? =0.0990 h.求An,3（反算tK,3,t0,3） 由tk，2=490
0
C, yoNH3,2=0.10
?1查??rNH?3?-53
?=7.8?10(h.m)/ m3
??2 45