【文章內(nèi)容簡介】 9 N2: Ar: 出塔氣組成列入下表 (包括 6,7,8,9,10 點 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% 100 合成率計算 反應掉的 N2， H2與入塔氣中的 N2， H2氣之比。按下式計算。 合成率 氨分離器出口氣液組成計算 設(shè)合成反應后在水冷器內(nèi)部分氨被液化，氣液已達到相平衡。進入氨分離器的物料為氣液混合物，物量為 F，物料組成為 F1；分離器出口氣相組分為 yi，氣量為 V。分離器出口液相組分為 xi，液量為 L。 已知進口物料組成 Fi,即合成出口氣組成，前已求出。 F Fi V,yi L,xi 10 假定 F=1kmol 對于每個組分的物料平衡： (1) 根據(jù)氣液平衡關(guān)系 (2) 式中： mi為各組分的相平衡常數(shù)。 把式 (2)代入式 (1)得 或 (3) 式中： Li 為液相中各組分的量。 總液量 (4) 液體組分的摩爾分數(shù) 11 (5) 氣體總量 (6) 氣體組分含量，按 (2)式 (7) 對以上各式求解，需用試差法，現(xiàn)采用直接迭代法進行計算。 已知分離器入口氣液混合物組成 即 6點值。 組分 合計 摩爾分數(shù) 1 查 下各組分的相平衡常數(shù) (mi) 38 先設(shè) ，假定入口氣液混合物量 并假定。 以 代入式 (3)計算，計算結(jié)果如下。 液相中各組分的量： 12 液相總量： 分離后氣相總量： 計算氣液比： 誤差 設(shè) ，計算得 誤差 設(shè) ，計算得 誤差 13 設(shè) ，計算得 誤差 以 代入式 (3)計算，計算結(jié)果如下： 計算得 誤差 在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認定 。 液體組成 (摩爾分數(shù) )：按 計算，計算結(jié)果列入下表： 表 氨分離器出口液體組成 (17點 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% % % % % % 14 分離后氣體組成： 計算 NH3: 同法計算其他組分，結(jié)果列入下表。 表 氨分離器出口氣體組成 (11,12,13,14,15 點 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% % % % % % 冷交換器分離出的液體組成 (18點 ) 由于從氨分離器出口氣．經(jīng)循環(huán)機和油分離器后進入冷交換器系統(tǒng)，此前已有部分氣體放空并補充了新鮮氣，因此氣量和其組成均發(fā)生了變化。而冷交換器出口氣即是合成塔入口氣，其組成已在前面算出。因此在冷交換器中的氨分離器分離出的液氨，應與出口氣成平衡，由氣液平衡關(guān)系可以求出。其關(guān)系式為 從手冊差得在操作條件下 ()的相平衡常數(shù) 如下表： 70 75 25 40 冷交換器出口液體組成，根據(jù)計算。 15 計算結(jié)果列入下表 (18 點 )： 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) 1 液氨貯槽馳放氣和液相組成的計算 氨分離器出口液氧 (17點 )與冷交換器的氨分出口液氨 (18點 )匯合于貯槽 (19點 ) 由于減壓，溶在液氨中的氣體會解析出來和部分氧的蒸發(fā)氣形成弛放氣。 水冷后的氨分離囂分離的液氨占總量的摩爾分數(shù) G 可由下式計算： 代入已知數(shù)據(jù)： 取 G=% 則氨分離器的分離液氨占 %，冷交換器分離液氨占 %。 根據(jù)物料衡算按下式計算混合后液氨組成。 L17,x17,i 17 L18,x18,i 18 X19,i 19 V,yi 20 L,xi 21 16 計算結(jié)果列入下表 (19 點 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% % % % % % 根據(jù)氨貯槽的壓力 差得氣液平衡常數(shù)，如下表 575 620 170 540 在液氨貯槽中，類似于閃蒸過程，仍按氨分離器的計算方法，假定一個 V/L 初值，經(jīng)過試差，求得計算結(jié)果，如下表。現(xiàn)按試差最后的 V/L 值，具體計算如下。 設(shè) 代入下式。 (假定入槽液量 ) 則液氨中各組分的物質(zhì)的量： 17 誤差 以 代入式 (3)計算，計算結(jié)果如下： 計算得 誤差 18 在允許范圍之內(nèi)，假定值可以認定 。 液體組成 (摩爾分數(shù) )：按 計算。 NH3: 其它組分計算結(jié)果列入下表 (21 點，產(chǎn)品液氨組成 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% % % % % % 馳放氣 氣體組成： 計算 NH3: 其它組分計算結(jié)果列入下表 (20 點，馳放氣組成 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% % % % % % 19 液氨貯槽物料衡算 以液氨貯槽出口 1t純液氨為基準，折成標準狀況下的氣體體積，以 m3為單位計，則 其中各組分的體積，按 NH3: H2: N2: CH4: ye Ar: 液氨貯槽馳放氣體積，按 計，則 馳放氣體積： NH3: H2: N2: CH4: Ar: 液氨貯槽出口總物料體積： 20 因此入口總物料也應與出口相等： 入口物料各組分體積按 計算，結(jié)果為： NH3: H2: N2: CH4: Ar: 由計算，計算結(jié)果列入下表： 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) /% % % % % % 結(jié)果與 基本相同。 合成循環(huán)回路總物料衡算 (各個部位物料量 ) (1)對整個回路做衡算，可求出補充新鮮氣量 V1，放空氣量 V12，一級合成塔進氣量 V3和出氣量 V6。 合成循環(huán)回路可簡化如下示意圖。 補充氣 V 補 =V1 放空氣 V 放 =V12 馳放氣 V 馳 =V20 V 入 =V3 產(chǎn)品液氨 L21 V 出 =V6 合成塔 貯槽 21 圖 合成循環(huán)回路簡圖 以 1t產(chǎn)品氨為基準，即等于 (液氨折成標準狀況下氣體體積 )。 為方便計算，把前已算得已知 數(shù)據(jù)列入下表： 名稱 NH3 H2 N2 CH4 Ar 氣量 /m3 補充氣 1 0 V1 放空氣 12 V12 馳放氣 20 產(chǎn)品液氨 21 合成塔入口 3 V3 合成塔出口 6 V6 (2)首先列出以下元素平衡和總物料平衡方程 (式中液氨忽略溶解物，以 100% NH3計 ) 氫平衡：以體積量計算 (下同 ) (1) 氮平衡： (2) 惰氣平衡： 22 (3) 氨平衡：合成塔內(nèi)生成的氨應等于排出的氨 (4) 總物料平衡：合成反應后進出口氣體體積減少了 V3 V6 (5) 把式 (1)與式 (2)合并，將已知數(shù)據(jù)代入式 (1)與式 (2) 式 (1)： (1)’ 式 (2)： (2)’ 式 (1)’ 加式 (2)’ 得： (6) 數(shù)據(jù)代入式 (3)得： (3)’ 23 將式 (3)’ 與式 (6)聯(lián)立解得： 將已知數(shù)據(jù) V1和 V12的值代入式 (4)與式 (5)。 式 (4)： (4)’ 式 (5)： (5)’ (4)’ 與 (5)’ 聯(lián)立解得： (3)合成塔進出口物料量 (各組分的量 ) a. 入塔總物料量： 其中各組分的量按照 計算。 24 b. 出塔總物料量， 其中各組分量按照 計算。 (4)廢熱鍋爐出口，熱交換器出口和軟水預熱器出口物料，組成未發(fā)生變化與合成出口相同，即 25 (5)水冷卻器和氨分離器物料量 a．水冷卻器入口氣即軟水預熱器出口氣 V9。 水冷卻器出口總物料未發(fā)生變化。由于有部分氨被液化，出口物料實際為氣液混合物。其總量和總組成與入口完全一致。即 經(jīng)氨分離器后，分為氣相和液相兩股物料。即 (Ll7量暫以氣體體積計 ) 按前面氨分器氣液平衡算得 氣液比： 和 由以上兩式可以解得 L17換算成質(zhì)量 b. 氨分離器出口氣體組分的體積，按計算。 26 氨分離器出口液體組分的量，按計算。 27 (6)循環(huán)機入口 V13和出口 V14：由流程圖上表明進入循環(huán)機之前，有放空氣放出。 所以 其中各組分的量按照計算。 放空氣中各組分的量：按計算。 28 (7)冷交換器進出口物料 a. 進氣量： V2=循環(huán)機出口加上補充氣的量 即 b. 補充氣中各組分的量：按 計算。 c. 冷交換器入口氣體各組分的量：按 計算。 29 d. 冷交換器入口氣體組成 (2點 )：按照 計算。 其他組分的計算結(jié)果如下表 (2點 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) e. 冷交換器出口氣體的量 V3 其中各組分的量按 計算。 30 f. 冷交換器出口液氨的量：它是進出口氣體體積之差。 其中分組分的量按計算。 31 g. 液氨貯槽物料衡算 (均以標準狀況下氣體體積計 ) 進入貯槽的液氨量： 貯槽中排除產(chǎn)品液氨的量： (標準狀況 ) 結(jié)果與計算基準基本一致。 (8)物料衡算結(jié)果匯總?cè)缦拢?(以下物料量均在標準狀況下，按 1t,NH3計算。 ) 補充新鮮氣 (1點 ) 氨冷器入口氣 (2 點 ) 合成塔進出口 (3,4,5 點 ) 合成塔出口 (6,7,8,9 點 ) 水冷卻器出口 (10 點 )(氣液混合，以氣體計 ) 氨分離器出口氣體 (11 點 ) 放空氣 (12 點 ) 循環(huán)壓縮機進出口氣 (13,14 點 ) 氨冷器進出口 (15,16 點 )(氣液混合 ) 32 氨分離器液體出口 (17 點 ) 冷交換器液體出口 (18 點 ) 兩股液氨合并 (19 點 ) 馳放氣 (20 點 ) 產(chǎn)品液氨 (21 點 ) (9)各部位的物料組成和數(shù)量，分別列表如下。其中把以 1t 氨為基準的量，這算為按生產(chǎn)量每小時的氨產(chǎn)量為 的體積 (m3/h)和其物質(zhì)的量 (kmol/h)作為能量衡算依據(jù)。 表 合成塔一次入 (3點 )，一次出 (4點 )，二次入 (5點 ) 組成 摩爾分數(shù) /%