【正文】 塔甲烷含量： y6CH4=%(+)100%=%； 入塔氫含量： y6H2=［ 100(+15)］ 3/4100%=%； 入塔氬含量： y6Ar=15%%=%； 入塔氮含量： y6N2=［ 100 (+15)］ 1/4100%=% 表 入塔氣組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計 100 10 (2)合成塔出口氣組分： 以 1000kmol入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分， 由下式計算塔內(nèi)生成氨含量： mNH3=m6 (y9NH3y6NH3)/ (1+y9NH3) =1000()/ (1+)= 出塔氣量 : m9=入塔氣量 — 生成氨含量 =1000120 172= 出塔氨含量： y9NH3=% 出塔甲烷含量： y9CH4=(M6/M9)y6CH4=(1000/)%=% 出塔氬含量： y9Ar=(M6/M9)y5Ar=(1000/)%=% 出塔氫含量： y9H2=3/4(1y9NH3y9CH4y9Ar)100% =3/4()100%=% 出塔氮含量： y9N2=1/4()100%=% 表 出塔氣體組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計 100 (3)合成率： 合成率 =2mNH3/［ m6(1y6NH3y6CH4y6Ar)］ 100% =2［ 1000()］ 100%=% 氨分離器氣液平衡計算 設(shè)氨分離器進(jìn)口氣液混合物 F，進(jìn)口物料組分 m(i)， 分離器組分 y(i)，液量其中進(jìn)口物料組分 m(i)等于合成塔出口氣體組分。 (如上頁圖 ) 由前計算數(shù)據(jù)如下表： 表 各組分的含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) 名稱 NH3 CH4 Ar H2 N2 氣量 補(bǔ)充氣 V 補(bǔ) 放空氣 V 放 弛放氣 液氨 入塔氣 V 入 出塔氣 V 出 根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求 V 補(bǔ) ,V 放 ,V 入 ,V 出 ： 循環(huán)回路中氫平衡： V 補(bǔ) yH2 補(bǔ) =V 放 yH2 放 ＋ V 弛 yH2 弛 +3/2V 放 yNH3 放 +3/2V 弛 yNH3 弛 +3/2LNH3 (31) 循環(huán)回路中氮平衡 : V 補(bǔ) yN2 補(bǔ) =V 放 yN2 放 ＋ V 弛 yN2 弛 +1/2V 放 yNH3 放 +1/2V 弛 yNH3 弛 +1/2LNH3 (32) 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 : V 補(bǔ) (yCH4 放 +yAr 放 )=V 弛 (yCH4 放 +yAr 放 )+V 弛 (yCH4 弛 +yAr 弛 ) V 補(bǔ) (+)=V 放 (+)+(+) V 補(bǔ) = 放 + (33) 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 :V 出 yNH3V 入 yNH3 入 =V 放 y 放 +V 弛 y NH3 弛 +LNH3 出 入 = 放 + (34) 循環(huán)回路中總物料體平衡 : V 入 =V 出 + V 補(bǔ) V 放 V 弛 LNH3= V 出 + V 補(bǔ) － V 放 16 = V 出 + V 補(bǔ) － V 放 (35) 聯(lián)立 (31)(32)(33)(34)(35)各式解得： V 放 = m３ 。 V 出 = 。 由兩式得 L(i)=m(i)/[1+(V/L)K(i)]； V=FL=1L 液體組分 x(i)=L(i)/L；氣體組分 y(i)=V(i)/V=[m(i)L(i)]/V 表 已知氨分離器入口混合物組分 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計 100 查 t=35℃ ， P= 時各組分平衡常數(shù)： 表 各組分平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 11 設(shè) (V/L)= 時，帶入 L(i)=m(i)/［ 1+(V/L)K(i)］ =L(i): LNH3=mNH3/［ 1+(V/L)KNH3］ =(1+)= LCH4= mCH4/［ 1+(V/L)KCH4］ =(1+8.)= Kmol LAr=mAr/［ 1+(V/L)KAr］ =(1=)= Kmol LH2=mH2/［ 1+(V/L)KH2］ =(1=)= LH2=mN2)/［ 1+(V/L)KN2］ =(1=)= Kmol L 總 = L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= 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%=%， 結(jié)果合理。反應(yīng)后的高溫氣體首先通過塔內(nèi)側(cè)換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，然后再通過塔外的換熱器預(yù)熱高壓鍋爐給水。循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差約為 20～ 30 大氣壓，它表示了整個合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。除油的方法是壓縮機(jī)每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。實際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。 (1)高壓法 操作壓力 70～ 100MPa，溫度為 550～ 650℃ 。即今后 20 年間將增加到 20xx年 的 倍。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(biāo)志著氮肥工業(yè) 的水平。 氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位?？諝庵泻?%(體積分?jǐn)?shù) )的氨，就能使人在幾分鐘內(nèi)窒息而死。 參考文獻(xiàn) ................................................ 43 附錄 .......................................錯誤 !未定義書簽。液氨的相對密度為(20℃ )。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。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。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。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。氨合成壓力高對合成反應(yīng)有利 , 但能耗高。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。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。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。 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 %。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(jìn)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(jìn)器物料：氨冷器進(jìn)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(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量 L4=L4NH3= m3 進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口物料：冷交換器進(jìn)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(jìn)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 V