山东轻工业学院2011届本科生毕业设计
4.3.2.1热量收入
中和过程中热量收入等于氨和硝酸带入热量及中和反应放出热量的总和。 1. 氨气带入的热量:217.606kg×80℃×2.211 KJ/(Kg·℃)=38490.15 KJ
式中:2.211为氨的比热，单位为KJ/(Kg·℃)
2. 硝酸带入热量:1687.24 kg×25℃×2.910 KJ/(Kg·℃)=122739.4KJ
式中:2.910为47%的硝酸25℃时的比热，单位为KJ/(Kg·℃)。 3. 中和反应放出的热量:在利用反应热的中和器中，中和反应式为:
HNO3·3.947H2O+NH3=NH4NO3·2.393H2O+1.554H2O
式中:HNO3·3.947H2O相当于47%的硝酸 NH4NO3·2.393H2O相当于65%的硝按溶液 此反应热量由下列热量组成:
①硝酸稀释热:
HNO3+3.947H2O= HNO3·3.947H2O (l)
② 100%的硝酸和100%的氨中和生成固体硝按的生成热: HNO3(液体)+ NH3(气体)=NH4NO3(固体)(2) ③硝按溶解热:
NH4NO3 +2.393H2O = NH4NO3·2.393H2O (3)
反应(1)的热量用插入法根据表“硝酸的溶解热”查出为25958.16KJ/Kmol，在计算中，硝酸稀释热应为负值，因为加入中和器的是已经稀释的硝酸，因此对中和过程来说，HNO3 + 2.393H2O的稀释热等于已经失掉。
反应(2)的热量为硝铵的生成热减去NH3(气)和HNO3(液)的生成热，这些化合物的生成热，在1大气压、18℃时为：
NH3(气体) ???????????????????45803.6 KJ/Kmol HNO3(液体) ????????????????? 177377.97 KJ/Kmol NH4NO3(固体) ????????????????? 368145.3
KJ/Kmol
根据盖斯定理，可求得反应(2)的热量为:
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368145.3—177377.97—45803.6=144963.73 KJ/Kmol
硝铵反应(3)的硝按溶解热用插入法由表“硝铵的溶解热”查得为15491.16 KJ/Kmol。
在一大气压、18℃时47%的硝酸与氨气中和反应热: 144963.73—25958.16—15491.16=103514.41KJ/Kmol 每生产1吨硝铵时，中和反应热量为: 103514.41×1000/80=1293930.1 KJ
中和过程中热量总收入为:1293930.1+38490.15+122739.4=1455159.65KJ
4.3.2.2热量支出
在中和过程中，一部分热量被硝铵溶液带走，另一部分热量用于蒸发溶液中水分，此外还有一部分热量散失于周围的介质中。
1. 硝铵溶液带走的热量:
首先确定65%的硝酸铵溶液的沸点T沸，在常压下65%的硝酸铵溶液沸点t沸
为117.5℃，而在中和器中，在1.20绝对大气压下沸点可由下式计算：
T沸=t沸+(t2-t1)?
式中: T沸—在某压力下的溶液的沸点，℃，
t沸—在某压力下水的沸点，℃， t2—溶液在常压下的沸点，℃， t1—水在常压下的沸点，℃，
?—在任何压力下的温度系数。
在1.2绝对大气压下，饱和水蒸汽温度为104℃时，?=1.03 T沸=104+（117.5-100）×1.03=122℃ 中和器出口65%硝铵溶液带出热量:
1546.547×2.645×122=499055.25KJ
式中:1546.547—硝铵溶液的数量，kg;
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2.645—65%%硝铵溶液的比热，KJ/(Kg·℃)。 2.蒸发溶液中水分所消耗的热量：
353.309×2684.3=948387.35 KJ
式中:2684.3—1.2绝对大气压下，饱和水蒸汽热焓，KJ/Kg
353.309—中和产生的蒸汽量，kg。
总热量带入与消耗热量之差为损失于周围的热量：
1455159.65—（499055.25+948387.35）=7717.05KJ
4.3.2.3中和器热量平衡表
收入 氨带入 硝酸带入 中和反应 总计 热量，KJ 38490.15 122739.4 1293930.1 1455159.65 支出 65%溶液带出 蒸发蒸汽带出 损失 热量，KJ 499055.25 948387.35 7717.05 1455159.65 根据中和过程热量平衡计算结果可知，热量收支相等。因此，计算中假定硝铵的浓度为65%成立。
4.3.3 蒸发过程的能量平衡计算 4.3.3.1一段蒸发过程的能量衡算
浓度为80%的硝铵溶液的沸点:
T沸=60+（130-100）×0.763=82.9℃
式中：60—在0.21绝对大气压下，水的沸点，℃， 130在常压下，80%硝铵溶液的沸点，℃， 100—在常压下，水的沸点，℃， 0.7633—在60℃时?数值。 热量收入：
1. 65%的硝铵溶液带入的热量:
1546.547×2.645×122=499055.3KJ 2. NH4NO3溶液浓缩放出热量:
1005.256×59.03=59340.3KJ
59.03—由65% NH4NO3浓缩至82% NH4NO3的热效应，KJ/kg。 3. 加热蒸汽带入的热量设为xKJ
则热量总收入为:
499055.3+59340.3+x=558395.6+x
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热量支出:
1.82%的硝铵溶液带出的热量:
1256.482×82.9×2.304=239990KJ 式中:2.304—80%的硝铵溶液的比热，KJ/(Kg·℃)
82.9—80%的硝铵溶液在0.21绝对大气压下的沸点，℃。 2.蒸发蒸汽带出的热量:
289.665×2604.19=754342.6KJ
式中:2604.19—在0.21绝对大气压下，饱和水蒸汽的热焓，KJ/Kg。
热量总支出 ：
239990+754342.6=994332.6KJ 一段蒸发器所消耗的加热蒸汽量为:
994332.6?558395.62254.6=193.4 Kg
热损失以10%记，则一段蒸发器所消耗的加热蒸汽量为193.4×1.1=212.74kg
4.3.3.2二段蒸发过程的能量衡算
为了比较精确地求出传热系数，以便计算所需要的传热面积，所以在蒸发高浓度的溶浓时，蒸发器的计算应该分为多段。通常将蒸发过程按溶液蒸发到一定浓度范围分阶段。
二段蒸发过程现分三阶段进行计算: 第一阶段—溶浓由82.9℃加热到沸点, 第二阶段—溶液由80%浓缩到86%, 第三阶段—溶液由86%浓缩到92%。
硝铵溶液在第二阶段蒸发到86% ,因此，进入第三阶段的溶液量为：
1004.890.86=1168.5kg
在第二阶段内蒸发出的水分量为:
1256.32-1168.5=87.82kg 进入第三阶段的溶液中残余水分为：
251.264-87.82=163.444kg 第三阶段蒸发后的溶液量为:
1004.890.92=1092.3kg
第三阶段内蒸发的水分量为:
1168.5-1092.3=76.2kg
二段蒸发器排出溶液中的残余水分:87.382kg
浓度为80%、86%和92%的NH4NO3溶液，在1.20绝对大气压下的沸点: