【正文】 含量： 44 01 43 10 0% = 31 % 82 61CHCH Lx L? ? ? 液 體中氫含量： 22 100% = % Lx L? ? ? 液體中氮含量： 22 00 43 10 0% = 21 % 82 61NN Lx L? ? ? 表 416 氨分離器出口液體含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 8 0 分離氣體組分含量： 氣體氨含量 333 100% % H N HNH mLy V? ?? ? ? ? 氣體甲烷含量 444 100% % H C HCH mLy V? ?? ? ? ? 氣體氬含量 0 . 0 3 9 3 5 0 . 0 0 0 1 3 1 0 0 % 4 . 2 7 5 %0 . 9 1 7 3 9A r A rAr mLy V??? ? ? ? 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 17 氣體氫含量 222 98 38 01 63 10 0% 54 .14 8% 17 39HHH mLy V? ?? ? ? ? 氣體氮含量 222 66 12 00 43 10 0% 18 .06 1% 17 39NNN mLy V? ? ? ? 表 417 氨分離器出口氣體含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 1 100 冷交換器氣液平衡計(jì)算： 根據(jù)氣液平衡原理 ii iyx K?，由于冷交換器第二次出口氣體含量等于合成塔進(jìn)口氣體含量，由合成塔入口氣體含量 iy 和操作條件下的分離溫度可查出 iK ，便可解出 ix 。 以液氨貯槽入口 1kmol 液體計(jì)算為準(zhǔn)，即 0 1L kmol? ，入口液體混合后組分含量： ? ?0 , 1 5 1 5 , 1 6 1 6 , 0 1 5 , 0 1 6 ,1 5 , 1 6 ,% 1 %0 . 5 7 5 5 4 0 . 4 2 4 4 6i i i i iiim L x L x G L x G L xxx? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 混合后入口氨含量：30, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 9 5 6 1 8 0 . 4 2 4 4 6 0 . 9 8 4 2 5 0 . 9 6 8 0 9NHm ? ? ? ? ? 混合后入口甲烷含量 ：40, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 1 7 3 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 4 2 7 0 . 0 1 1 7 7CHm ? ? ? ? ? 混合后入口氬含量 ： 0, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 1 7 3 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 4 2 7 0 . 0 1 1 7 7Arm ? ? ? ? ? 混合后入口氫含量：20, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 1 5 7 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 0 6 8 0 . 0 0 1 1 9Hm ? ? ? ? ? 混合后入口氮含量：20, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 5 2 1 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 2 5 5 0 . 0 0 4 0 9Nm ? ? ? ? ? 表 4110 液氨貯槽入口液體含量（ %） 30,NHm 40,CHm 0,Arm 20,Hm 20,Nm 小計(jì) 96.809 100 當(dāng) 17T? ℃ (由熱平衡計(jì)算得 ) MPa? 平衡常數(shù)： 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的 百 分?jǐn)?shù) 。 工藝流程方框圖 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 11 圖 31 合成氨 工藝流程方框圖 合成塔 水冷器 熱交換器 廢熱鍋爐 油分離器 冷交換器 循環(huán)機(jī) 新鮮氣 放 空 液氨儲(chǔ)槽 氨冷器 氨分離塔 馳放氣 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 12 第四章 工藝計(jì)算 物料衡算： 設(shè)計(jì)要求： 1. 年產(chǎn) 20 萬噸液氨 ,設(shè)計(jì)裕度及液氨損失均不計(jì) 2. 精煉氣組成（ %）：如下表 表 411 精煉氣組成（ mol％） 組 成 N2 H2 CH4 Ar 合 計(jì) mol％ 100 3. 合成塔入口氨含量（ mol％）： 3, ?入 ％ 合成塔出口氨含量（ mol％）： 3, %NH ?出 合成塔入口惰性氣體含量（ mol％）： 4 Ar?? ％ 4. 合成塔操作壓力 : 32MPa(絕壓 ) 5. 精煉氣溫度： 35℃ 6. 水冷器出口溫度： 35℃ 7. 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差： 8. 年工作日： 330 天 9. 產(chǎn)量： NH3/h 10. 計(jì)算基準(zhǔn)：生產(chǎn) 1 噸液氨 計(jì)算物料點(diǎn)流程圖： 1 2 3 4 5精煉氣 6 7 8 9 10 11 12 14 17 18合成氣； 13放空氣 20弛放氣 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 13 圖 411 計(jì)算物料點(diǎn)流程 圖 合成塔入口氣組分： 根據(jù)計(jì)算依據(jù)有 入塔氨含量：35, %NHy ? 入塔甲烷含量：45 , C H1 . 1 01 5 % 1 0 0 1 1 . 5 3 91 . 1 0 0 . 3 3 0y ? ? ? ?? ％ ％ 入塔氬含量：5 , A r 0 . 3 31 5 % 1 0 0 1 1 . 5 3 91 . 1 0 0 . 3 3 0y ? ? ? ?? ％ ％ 入塔氫含量： ? ?25,H31 0 0 2 . 5 1 1 . 5 3 9 3 . 4 6 2 1 0 0 % 6 1 . 8 7 44y ? ? ? ? ? ? ????? ％ 入塔氮含量： ? ?25,N11 0 0 2 . 5 1 1 . 1 3 6 3 . 8 6 4 1 0 0 % 2 0 . 6 2 54y ? ? ? ? ? ? ????? ％ 表 412 入塔氣組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 5 100 合成塔 氨分離塔 水冷器 氨冷器 熱交換器 液氨儲(chǔ)槽 廢熱鍋爐 放 空 油分離器 新鮮氣 冷交換器 循環(huán)機(jī) 液 氨儲(chǔ)槽 氨冷器 氨分離塔 循環(huán)機(jī) 3 1 4 5 7 16 14 12 21 15 20 19 18 17 2 9 10 11 6 8 13 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 14 合成塔出口氣組分 ： 以 1000kmol 入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分， 由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量： ? ?? ? ? ?? ?33338 , 5 ,58,0 . 1 6 5 0 . 0 2 51 0 0 0 1 2 0 . 1 7 21 0 . 1 6 51N H N HNH NHyyM M k m o ly? ?? ? ? ? ??? 出塔氣量 : 1 0 0 0 1 2 0 . 1 7 2 8 7 9 . 8 2 8 k m o l? ? ? ?8 = 入 塔 氣 量 生 成 氨 含 量 出塔氨含量： 38, %NHy ? 出塔甲烷含量：4458, 5,81000 1 1 . 5 3 9 % 1 3 . 1 1 5 %8 7 9 . 8 2 8C H C HMyyM? ? ? ? ? 出塔氨含量 ： 58 , 5 ,8 1000 3 . 4 6 2 % 3 . 9 3 5 %8 7 9 . 8 2 8A r A rMyyM? ? ? ? ? 出塔氫含量： ? ?? ?2 3 48 , 8 , 5 , 8 ,3 1 100 %43 1 65 311 5 393 5 100 %4%H NH CH A ry y y y? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 出塔氮含量： ? ?28,1 1 0 . 1 6 5 0 . 1 3 1 1 5 0 . 0 3 9 3 5 1 0 0 % 1 6 . 6 1 2 %4Hy ? ? ? ? ? ? ? 表 413 出塔氣體組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 2 100 合成率： ? ?? ?3345 5 , 5 , 5 ,2= 100 %1y2 120 .172 100%100 0 1 5 539 462%NHN H C H A rMM y y?? ? ????? ? ??合 成 率 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 15 氨分離器氣液平衡計(jì)算： 已知氨分離器入口混合物組分 im 表 414 氨分離器入口混合物組分 3NHm 4CHm Arm 2Hm 2Nm 小計(jì) 5 5 8 12 1 查 35℃ ， MPa? 各組分平衡常數(shù)： 表 415 平衡常數(shù) 表 3NHK 4CHK ArK 2HK 2NK 設(shè) ? 時(shí)，代入1iiimL VKL? ??計(jì)算各組分溶解液量 : 333 1 11. 110 981 NHNH NHmL k m olV KL? ? ????? 444 15 431 0 CHCH CHmL k m olV KL? ? ????? 0 .0 3 9 3 5 0 .0 0 0 1 31 1 1 .1 1 0 2 8 .2 0 01 ArAr ArmL k m o lVKL? ? ????? 222 38 631 0 01 HH HmL k m olV KL? ? ????? 222 1 10 001 NN NmL k m olV KL? ? ????? 分離液體量： 223 4 r=0 . 0 7 8 9 9 0 . 0 0 1 4 3 0 . 0 0 0 1 3 0 . 0 0 1 6 3 0 . 0 0 0 4 3 0 . 0 8 2 61N H C H A H NL L L L L L k m o l? ? ? ?? ? ? ? ? ?總 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 16 分離氣體量： 1 1 0 . 0 8 2 6 1 0 . 9 1 7 3 9V L k m o l? ? ? ? ? 計(jì)算氣液比： 39。 ○ 2 流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資抵。反應(yīng)換熱后溫度降為 140~160℃，氨含量 13%的反應(yīng)氣體出合成塔進(jìn)入水冷器，氣體經(jīng)水冷器冷卻至常溫，其中部分氣氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。氣體在管內(nèi)流動(dòng)，液氨在管外蒸發(fā)，由于氨大量蒸發(fā)吸收了混合氣的熱量，使管內(nèi)氣體進(jìn)一步冷卻至 10℃ ，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用氨分離器將液氨分離。對(duì)于壓力在 15 MPa 的合成氨廠，一般應(yīng)控制在 %左右。但將 進(jìn)口氨含量降的過低，會(huì)導(dǎo)致冷凍功耗增加過多，經(jīng)濟(jì)上并不可取。在生產(chǎn)中，一般要保持新鮮氣中含惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)在 %~%之間，并控制循環(huán)氣中惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)在 10%~15%之間。 循環(huán)氣體中惰性氣體的控 制還與操作壓力和催化劑活性有關(guān)。無論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)角度分析，他們都是有弊無利的，導(dǎo)致氨的生產(chǎn)率下降。從氨的合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理可知，氮的活性吸附是合成氨反應(yīng)過程速度的控制步驟，因此適當(dāng)提高氮?dú)鉂舛?，?duì)氨合成反應(yīng)速度有利。液氨在氨分離器中與循環(huán)氣體分開，減壓送入貯槽。 流程設(shè)計(jì)在于合理地配置上述幾個(gè)步驟，以便得到較好的技術(shù)效果，同時(shí)在生產(chǎn)上穩(wěn)定可靠。此外，空間速度增大，使出塔氣體中氨的百分含量降低，為了使氨從混合氣中冷凝分離出來，必須降低出塔氣體溫度，這樣就要消耗更多的冷凍量，導(dǎo)致冷凍功耗增加。 在其他條件一定時(shí)，增加空間速度能提高合成氨的生產(chǎn)強(qiáng)度。催化劑使用到末期，活性因衰老而減弱，應(yīng)再適當(dāng)提高溫度。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能沿著最佳溫度曲線進(jìn)行。合成氨生產(chǎn)所