【正文】 取過飽和度 10﹪ 故 V4NH3=﹪ =﹪ (V4=V0+V1， V0 指循環(huán)氣里部分氨冷凝后所剩氣體 ) 設(shè)熱氣出口氨體積為 a，則： a /(－ +a)= a= m3 L4NH3=V15NH3a= = m3 冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中 NH3 V4NH3= V15NH3L4NH3= = m3 CH4 V4CH4= V15CH4 = m3 Ar V4Ar=V15Ar= m3 H2 V4H2= V15H2 = m3 N2 V4N2= V15N2= m3 出口總氣量 V4=V15L4NH3= = 出口氣體各組分： NH3 V4NH3／ V4= ／ 100%=% CH4 V4CH4／ V4= ／ 100%=% Ar V4Ar／ V4=／ 100%=% H2 V4H2／ V4= ／ 100%=% N2 V4N2／ V4=／ 100%=% 21 表 冷凝塔熱氣進口 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 199549 kmol/h 表 冷凝塔冷氣出口氣體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 65 199549 kmol/h 表 冷凝塔冷氣出口液體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 0 0 0 0 1 1 m3/T(NH3) 0 0 0 0 m3/h 0 0 0 0 kmol/h 0 0 0 0 表 冷凝塔冷氣出口 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 66383 199149 kmol/h 氨冷器物料計算 進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料 其中， NH3 V4NH3= CH4 V4CH4 = Ar V4Ar= H2 V4H2= N2 V4N2= 22 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量 L4=L4NH3= m3 進器總物料＝ V4+L4=+ = 出器物料：已知出器氣體中氨含量為 %，設(shè)出器氣體中氨含量為 b m3 b/()= 則氨冷器中冷 凝液氨量： L′4NH3=V4NH3b== 氨冷器出口總液氨量 :L5NH3=L4NH3+L′4NH3=+= 氨冷器出口氣量 :V5=V4L′4NH3= = m3 其中， NH3 V5NH3= CH4 V5CH4= V4CH4= m3 Ar V5Ar= V4Ar= H2 V5H2= V4H2= N2 V5N2= V4N2= 各組分百分含量 y5i=V5i/V5 NH3 y5NH3=100%=% CH4 y5CH4=100%=% Ar y5Ar=100%=% H2 y5H2=100%=% N2 y5N2=100%=% 出器總物料 =V5+L5NH3= + = 表 氨冷器進口氣體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 199549. kmol/h 表 氨冷器進口液體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 0 0 0 0 1 1 m3/T(NH3) 0 0 0 0 m3 /h 0 0 0 0 kmol/h 0 0 0 0 23 表 氨冷器出口氣體 各組分的含 量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 199549. kmol/h 冷凝塔物料計算 進口物料：冷交換器進口總物料等于氨冷器出口總物料，其中 氣體入口 V5= m3；液體入口 L5NH3= m3 由氣液平衡計算得，以 1Kmol進口物料為計算基準(zhǔn)：即 F=1 L+V=F (38) LxNH3+VyNH3=FmNH3 (39) 將 yNH3=， xNH3= 代入上式： V=(xNH3 mNH3)/(xNH3 yNH3)= mNH3/┉┉③ ③ 式中 mNH3 可由物料平衡和氨平衡計算 mNH3=V5NH3/V5 V5′=V1+V4′ (310) V4′=V9V14L16 (311) V5NH3′=V5NH3+L4NH3+L4NH3′ (312) 式中 V5′ ——— 冷交換器入口總物料； V4′——— 冷交換器熱氣出口總物料 V′5NH3 ——— 冷交換器入口總氨物料 將 V9=， V14= m3， L16= m3 代入上式解得： V4′= ∴ V5′= += ； V5NH3′=+ += m3 ∴ mNH3= V5NH3′/ V5′=③ 得： V=； L=1V=； (L/V)= 由 (L/V)可求出冷交換器冷凝液體量 (L7/V6)=(L/V)= 冷凝液體量 L17=== m3 24 出器物料：冷交換器 (冷氣 )出口氣體物料等于進口總物料減去冷激液體量 V6== m3 其中 NH3 V6NH3= % = CH4 V6CH4= %= Ar V6Ar = % = H2 V6H2= %= N2 V6N2= %= 計算誤差 =(V6V 入 )/V 入 100%=()/=% 校核氨分離器液氨百分?jǐn)?shù) 氨分離器液氨百分?jǐn)?shù)： G 分 %=L16x16/(L16+L17x17)100% =( +)100 =% 冷交換器分離液氨百分?jǐn)?shù)： G 冷 %=1G 分 %=% 計算誤差 =(G′G 分 )/G′=()/=% 表 冷凝塔出口液氨各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 液氨貯槽物料計算 進槽物料：氨分離器入槽液體 L16= m3 其中 NH3 L16NH3= = CH4 L16CH4= = Ar L16Ar= = H2 L16H2= = N2 L16N2= = 冷交換器入槽液體 L17= m3 其中 NH3 L17NH3= = 25 CH4 L17CH4= = Ar L17Ar= = H2 L17H2= = N2 L17N2= = 入槽混合物料 L18=L16+L17= += m3 各組分物料含量： L181i=L16i+L17i 其中 NH3 L18NH3= + = CH4 L18CH4= + = Ar L18Ar= + = H2 L18H2= += N2 L18N2= + = 百分含量 x18i=L18i/L18 其中 NH3 x18NH3= 100%=% CH4 x18CH4=100%=% Ar x18Ar= 100%=% H2 x18H2= 100%=% N2 x18N2=100%=% 出槽物料：液氨貯槽出口弛放氣 V20= m3 其中 NH3 V20NH3=﹪ = m３ CH4 V20CH4=14,46﹪ = Ar V20Ar=﹪ = m３ H2 V20H2=﹪ = N2 V20N2= ﹪ = m３ 出口液氨總物料 L19=L18L20= = m3 其中 NH3 L19NH3= L18NH3V20NH3= = CH4 L19CH4= L18CH4V20CH4= = Ar L19NH3= L18NH3V20NH3= = H2 L19H2= L18H2V20H2== N2 L19N2= L18N2V20N2= = 各組分百分含量： x19i=L19i/L19 26 其中 NH3 x19NH3= 100%=% CH4 x19CH4=100%=% Ar x19Ar= 100%=% H2 x19H2= 100%=% N2 x19N2=100%=% 液氨產(chǎn)量核算 : mNH3=17=996Kg≈1000Kg 表 液氨貯槽進口液體 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 表 產(chǎn)品液氨各組 分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 表 馳放氣組成 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 摩爾分?jǐn)?shù) % m3/T(NH3) m3/h 875 kmol/h 熱量衡算 合成塔熱量計算 計算合成塔一次入口帶入熱量 Q6=V6CP6T6 氣體在器內(nèi)處與氨飽和區(qū)內(nèi)，計算氣體比熱容時先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的辦法計 算實際的氣體比熱容。(18N2)= 100﹪ =% 入口液體中組分含量 m180。 G%=(1+y6NH3)( y9NH3yNH3)/(( y9NH3 y6NH3)(1 yNH3)) =[(1+)()]/ [()()]=% 水冷后分離液氨占總量的 %， 冷凝塔分離液氨占總量的 %。 為降低惰性氣體含量，保持循環(huán)系統(tǒng)中一定量的惰性氣體，循環(huán)氣岀氨分離器后部分放空，然后進循環(huán)機增壓后送往油分離器，從而完成一個循環(huán)。用副產(chǎn)蒸汽及預(yù)熱高壓鍋爐給水方式回收反應(yīng)熱時 ，生產(chǎn)一噸氨一般可回收 ～ 噸蒸汽。 ? 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。由此可見，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。當(dāng)液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來，通常稱為“貯罐氣”。在正常操作的情況下，加熱氣體的熱 源主要是利用氨合成時放出的反應(yīng)熱，即在換熱器中反應(yīng)前的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度。 5 第 二 章 氨合成過程的步驟及工藝流程 氨合成的步驟 實現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個步驟：氮氫原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對未反應(yīng)氣體補充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。氨合成壓力高對合成反應(yīng)有利 , 但能耗高。因此，本次設(shè)計選用 32MPa壓力的合成氨流程。但因為合成效率高，放出的熱量多，催化劑溫度高，易過熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。當(dāng)今走老廠改造擴建的道路 ,可使投資節(jié)省 1/2～ 2/3。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中舉足輕重。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個重要部門。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物 ,實現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生 產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。物料消耗降低，生產(chǎn)安全性提高，從而降低了生產(chǎn)成本，提升了合 成氨市場競爭力。在有水的條件下，氨對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用。液氨的相對密度為(20℃ )。 塔外換熱器采用 換熱面積為 的立式列管式換熱器。 參考文獻 ................................................ 43 附錄 ................................