燕山大学里仁学院化工专业课程设计
H2OANACNHCNH2SO4(NH4)2SO4717.67?0.6853?491.82kg/h717.67?0.0003?0.2153kg/h717.67?0.0002?0.1435kg/h717.67?0.00016?0.1148kg/h717.67?0.005?3.588kg/h717.67?0.309?221.8kg/h
B. 需补充的新鲜吸收剂的量为： （93%H2SO4）98??717.67?0.005?57.12???/0.93?180.89kg/h
17?2??C． 出塔气体中各组分的量
C3H6C3H8O2N2ANACNACLHCNCO2H2O129.78kg/h174.16kg/h396.96kg/h5434.15kg/h713.39?0.2?713.19kg/h96.56?0.13?96.43kg/h9.20kg/h118.09?0.11?117.98kg/h355.29kg/h2329.20?180.89?0.07?491.82?1850.04kg/h
(3)热衡算
A．出塔气体温度 塔顶气体中实际蒸汽分压为
pH2O?yH2Op?0.3053?0.122?0.0373MPa
设饱和度为0.98，则与出塔气体温度平衡的饱和蒸汽分压为：
?pH?0.0373/0.98?0.03801MPa 2O入塔喷淋液的硫酸铵含量为100?方的饱和蒸汽压如表 。
30.9?45g(NH4)2SO4/100gH2O，已知硫酸铵上68.53根据入塔喷淋液的硫酸铵含量和PH2O的值，内插得到出塔气的温度为76℃ B．入塔喷淋液温度 入塔喷淋液温度比气体出口温度低6℃，故为70℃ C．塔釜排出液温度
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温 度 含 70 80 90 量 40 0.02796 0.04252 0.0629 45 0.02756 0.0419 0.06199 50 0.02716 0.04129 0.06109 入塔气蒸汽分压pH2O?yH2Op?0.3449?0.142?0.05Mpa，在釜液(NH4)2SO4．含量[45g(NH4)2SO4/100gH2O]下溶液上方的饱和蒸汽分压等于0.05Mpa时的釜液温度即为釜液的饱和温度，用内插法从表中得到，饱和温度为83.5℃，设塔釜液温度比饱和温度低2.5℃ 即81℃。又查硫酸铵的溶解度数据得知，80℃时．每100g水能溶解95.3g硫酸铵，而釜液的硫酸铵含量为[45g(NH4)2SO4/100gH2O]，所以釜液温度控制81℃不会有硫酸铵结晶析出。
D． 热衡算求循环冷却器的热负荷和冷却水用量 作图l0 3的虚线方框列热平衡方程得
Q1?Q3?Q4?Q5?Q6?Q8?Q2?Q7?Q9
(a) 入塔气体带入热Q1
入塔气体带入热量Q1?2.53?106kJ/h (b)出塔气体带出热Q2
各组分在0～76℃的平均比热容的值如下
CH组C3H6 38分 O2 N2 H2O AN HCN ACN ACL CO2 Cp 1.715 1.966 0.9414 1.046 1.883 1.347 1.393 1.406 1.343 0.921 Q2=(129.78?1.715+174.16?1.966+396.96?0.9414+5434.15?1.046+1850.04?1.883+713.19?1.374+96.43?1.406+117.98?1.393+9.20?1.343+355.29?0.921)(76-0)=8.91?105kJ/h(c)蒸汽在塔内冷凝放热Q3
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蒸汽在塔内的冷凝量=进塔气体带入蒸汽-出口气带出蒸汽=2329.20-1850.04=479.16kg/h蒸汽的冷凝热为2246.6kJ/kg
Q3?479.16?2246.6?10.76?105kJ/h
(d)有机物冷凝放热Q4
AN的冷凝量0.2153kg/h．其冷凝热为615kJ/kg ACN的冷凝量0.1435kg/h．其冷凝热为728kJ/kg HCN的冷凝量0.1148kg/h，其冷凝热为878.6kJ/kg
Q4?0.2153?615?0.1435?728?0.1148?878.6?337.74kJ/h (e)氨中和放热Q5；
每生成1mol硫酸铵放热273.8kJ Q5?227.80?1000?273.8?4.60?105kJ/h
132(f)硫酸稀释放热Q6
硫酸的稀释热为749kJ／kg
Q6?749?180.89?1.35?105kJ/h
(g)塔釜排放的废液带出热量Q7
塔釜排放的废液中，H2O与(NH4)2SO4的摩尔比为
491.82227.80/,查氮肥设计18132手册得此组成的硫酸铵水溶液比热容为3.347kJ/(kg?K)。 Q7?717.67?3.347(80?0)?1.92?105kJ/h
(h)新鲜吸收剂带入热Q8
30?C、 93%H2SO4的比热容为1.603kJ/(kg?K)。
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Q8?180.89?1.603(30?0)?8699.00kJ/h (i)求循环冷却器热负荷Q9
因操作温度不高，忽略热损失。把有关数据代入热平衡方程：
2.53?106?10.76?105?337.74?4.60?105?1.35?105?8699.00?4.60?10?1.92?10?Q955
解得 Q9?3.12?106kJ/h
(J)循环冷却器的冷却水用量W
设循环冷却器循环水上水温度32℃，排水温度36℃，则冷却水量为
3.12?106W??1.864?105kg/h?186.4t/h
4.184(36?32)E． 求循环液量m
循环液流量受入塔喷淋液温度的限制。
70℃循环液的比热容为3.368kJ/(kg?K)，循环液与新鲜吸收液混合后的喷淋液比热容3.364kJ/(kg?K)。
设循环液流量为m kg/h，循环冷却器出口循环液温度t℃。 对新鲜暖收剂与循环液汇合处(附图中A点)列热平衡方程得： m?3.368t?9267?(m?192.7)?3.364?70 (1) 对循环冷却器列热平衡得：
m?3.347?81?m?3.368t?Q9?3.56?106 (2) 联解式(1)和(2)得
m?88204kg/ht?70.1?C
2.5 换热器物料衡算和热量衡算
(1)计算依据
进口气体76℃，组成和流量与氨中和塔出口气相同 出口气体温度40℃，操作压力115.5kPa。
(2)物料衡算 出口气体温度40℃， 40℃饱和蒸汽压力为
pH2O?55.32mmHg?7.375kPa
设出口气体中含有X kmol/h的蒸汽，根据分压定律有:
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x?115.5?7.375
371.36?102.78?x解得 x?15.11kmol/h?271.99kg/h
? 蒸汽的冷凝量为 1850.04?271.99?1578.05kg/h
因此得到换热器气体方(壳方)的物料平衡如下
(3)热衡算
A．换热器入口气体带入热Q1(等于氨中和塔出口气体带出热) Q1?8.91?105kJ/h B．蒸汽冷凝放出热Q2： 40℃水汽化热为2401 lkJ／kE
Q2?1578.05?2401.1?3.79?106kJ/h C．冷凝液带出热Q3
Q3?1578.05?4.184(40?0)?2.64?105kJ/h D．出口气体带出热Q4；
出口气体各组分在0～40℃的平均摩尔热容为 组分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 Cp 61.92 72.38 29.46 29.29 36.75 63.35 52.09 62.76 65.61 38.66 Q4?(3.09?61.92?3.96?72.38?12.41?29.46?194.08?29.29?15.11?36.75?13.46?63.35?2.36?52.09?4.37?62.76?0.16?65.61?8.07?38.66)(40?0)?3.46?105kJ/h E．热衡算求换热器热负荷Q5
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