【正文】 0 = = N2 V1N2=866763900 == V18（進器氣體物料） =V1+V17=866763900+= = 進器氣體組分含量 V18i=V1i+V17i NH3 V18NH3= V17NH3== CH4 V18CH4=+== H2 V18H2=+1920203920= = N2 V18N2=+== 各組分百分含量 y18i=V18i/V18 NH3 y18NH3= 100％ =％ CH4 y18CH4= 100％ =％ 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 H2 y18H2= 100％ =％ 3 N2 y18N2= 100％ =％ 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量 L18=L18NH3=L17NH3== 進器總物料＝ V18+L18=+= m3 出器物料：已知出器氣體中氨含量為 ％，設出器氣體中氨含量為 b m3 b/()=％ 解得 b=103202298m3 則氨冷器中冷凝液氨量： L′ 18NH3=V18NH3b= == 氨冷器出口總液氨量 : L2NH3=L18NH3+L′ 18NH3=+== kmol 氨冷器出口氣量 : V2=V18b= 103202298== 其中， NH3 V2NH3=103202298m3= CH4 V2CH4= V18CH4== H2 V2H2= V18H2== N2 V2N2= V18N2== 各組分 百分含量 y2i=V2i/V2 NH3 y2NH3=103202298/ 100％ =% CH4 y2CH4= 100％ =% H2 y2H2= 100％ =% N2 y2N2= 100％ =% 出器總物料 =V2+L2NH3=+= 冷交換器物料計算 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V2=；液體入口 L2NH3= 由氣液平衡計算得，以 1Kmol 進口物料為計算基準：即 F=1 L+V=F┉┉┉┉┉┉① LxNH3+VyNH3=FmNH3┉┉┉┉┉┉② 圖 43 冷交換器物料示意圖 將 yNH3=， xNH3= 代入上式： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 V=（ xNH3 mNH3） /（ xNH3 yNH3） = mNH3/┉┉③ ③式中 mNH3可由物料平衡和氨平衡計算 mNH3=V2NH3/V2 V2′ =V1+V17′┉┉┉┉┉┉④ V17′ =V8V13L15┉┉┉┉┉┉⑤ V2NH3′ =V2NH3+L17NH3+L18NH3′┉┉┉┉┉┉⑥ 式中 V2′ ——— 冷交換器入口總物料； V17′ ——— 冷交換器熱氣出口總物料 V′ 2NH3 ——— 冷交換器入口總氨物料 將 V8=， V13=， L15=： V17′ ==4145724526m3 ∴ V2′ =866763900 +4145724526= 5012488426 m3； V2NH3′ =103202298++== ∴ mNH3= V2NH3′ / V2′ =③得： V=； L=1V=；（ L/V） = 由（ L/V）可求出冷交換器冷凝液體量（ L16/V3） =（ L/V） = 冷凝液體量 L16=== 其中 NH3 L16NH3= = m3= CH4 L16CH4= = m3= H2 L16H2= = m3= N2 L16N2= = m3= kmol 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凝液體量 V3= 5012488426 == 其中 NH3 V3NH3= % == CH4 V3CH4= 17%= = H2 V3H2= %= 2829529111m3= N2 V3N2= %== 計算誤差 =（ V3V5） /V5 100％ =()/ 4209324380 100％ =% 校核氨分離器液氨百分數(shù) 氨分離器液氨百分數(shù)： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 G 分 ％ =L15x15/(L15x15+L16x16) 100％ = ( + ) 100% =％ 冷交換器分離液氨百分數(shù)： G 冷 ％ =1G 分 ％ =％ 計算誤差 =（ G′ G 分 ） /G′ =()/= 物料衡算結果匯總 將以上的計算結果匯總與下表： 表 415 物料計算匯總表： 裝置 單位 N2 H2 CH4 NH3 總計 氨冷器出口 (氣體 )2 摩爾分數(shù) % 100 m3 103202298 kmol 冷交器冷氣出口3\4\5 摩爾分數(shù) % 17 100 m3 2829529111 kmol 合成塔一次入口5\6\7 摩爾分數(shù) % 17 100 m3 2541379594 4209324380 kmol 合成塔二次出口8\9\10 摩爾分數(shù) % 100 m3 1941518201 3805495624 kmol 水冷器出口 (氣體 )11 摩爾分數(shù) % 100 m3 1939850433 3633767482 kmol 水冷器出口 (液體 )11 摩爾分數(shù) % 100 m3 1667768 kmol 氨分離器出口氣 12 摩爾分數(shù) % 100 m3 1939850433 3633767482 kmol 放空氣 13 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 冷交換器熱氣進口14 摩爾分數(shù) % 100 m3 1920203920 335449895 kmol 氨分離器出口液氨15 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 冷交換器出口液氨16 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 冷交換器熱氣出口(氣體 )17 摩爾分數(shù) % 100 m3 1920203920 kmol 冷交換器熱氣出口(液體 )17 摩爾分數(shù) % 0 0 0 100 100 m3 0 0 0 kmol 0 0 0 氨冷器進口 (氣體 )18 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 氨冷器進口 (液體 )18 摩爾分數(shù) % 0 0 0 100 100 m3 0 0 0 kmol 0 0 0 氨冷器出口 (液體 )2 摩爾分數(shù) % 0 0 0 100 100 m3 0 0 0 kmol 0 0 0 新鮮補充氣⑴ 摩爾分數(shù) % 0 100 m3 0 866763900 kmol 0 馳放氣組成 20 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 液氨貯槽進口液體21 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 產(chǎn)品液氨19 摩爾分數(shù) % 100 m3 kmol 3 能量衡算 根據(jù)已知條件和物料衡算結果，對整個系統(tǒng)的各個設備進行能量衡算。根據(jù)氣液平衡原理，以 1kmol進口物料為計算基準，即 F=1kmol。為補償這一損失，流程中必須設置循環(huán)壓縮機。 對整個氣固相催化反應過程，是表面反應控制還是擴散控制，取決于實際操作條件。從整個系統(tǒng)而言，進入系統(tǒng)的是新鮮氮氫氣，離開系統(tǒng)的是產(chǎn)品液氨、馳放氣、和空氣。 (2)新鮮氮氫氣組成如下表： 組成 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% 100 (3)合成塔入口氣： 為 %，為 %。故流程、設備都比較緊湊。其結構調整包括原料結構、品質構調整?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應用最廣泛的一種化學肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術裝 備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。 水冷卻器和氨分離器能量衡算 ....................... 錯誤 !未定義書簽。 設計條件 ......................................... 錯誤 !未定義書簽。 物料流程示意圖 ................................... 錯誤 !未定義書簽。 循環(huán)壓縮機能量衡算 ............................... 錯誤 !未定義書簽。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標志著氮肥工業(yè)的水平。由于煤的儲量約為天然氣與石油儲量總和的 10 倍 ,以煤為原料制氨等煤化工及其相關技術的開發(fā)再度成為世界技術開發(fā)的熱點 , 煤有可能在未來的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位 , 形成與天然氣共為原料主體的格局。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。 (4)合成塔出口氣： 為 17%。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 氨合成工序物料流程示意圖 1— 新鮮氮氣； 12— 放空氣； 20— 馳放氣； 21— 產(chǎn)品液氨 為計算方便起見，在流程圖中各不同部位的物料，用數(shù)字編號表示。低溫時可能是動力學控制，高溫時可能是內擴散控制； 大顆粒的催化劑內擴散路徑長，小顆粒的路徑短，所以在同樣溫度下大顆?？赡苁莾葦U散控制，小顆?？赡苁腔瘜W動力學控制。循環(huán)機進出口壓差約為 20~30 大氣壓，它表示了整個循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。 表 44 已知氨分離器入口混合物組分 m(i) NH3 CH4 H2 N2 小計 查 t=35℃， P= 時各組分平衡常數(shù)： 表 45 各組分平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KH2 KN2 設（ V/L） = 時，帶入 L (i)=m(i)/［ 1+(V/L) K(i)］ =L(i): LNH3=mNH3/［ 1+(V/L) KNH3］ =(1+ )= kmol LCH4= mCH4/［ 1+(V/L) KCH4］ =(1+ )= kmol LH2=mH2/［ 1+(V/L) KH2］ =(1+ )= kmol LH2=mN2/［ 1+(V/L) KN2］ =(1+ )= kmol L 總 = LNH3+ LCH4 + LH2+ LN2=+++= kmol 分離氣體量： V=1L== kmol 計算氣液比：（ V/L） ＇ = 誤差［（ V/L） （ V/L）＇］ /（ V/L） =（ ） / 100％ =0. 006％，結果合理。從回路中任何一個設備開始計算均可。 (1)冷氣體 (即合成一次出塔氣 )帶入熱量 圖 熱交換器能量平衡示意圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 (2)冷氣體 (即合成二次入塔氣 )帶出熱量 (3)熱氣體 (即廢熱鍋爐來氣 )帶入熱量 (4)熱氣體出口帶出熱量 根據(jù)此值，按顯熱計算，求得出口溫度為 115℃。 摩爾定壓熱容與氨分出口的相同