【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 離器后部分放空，然后進(jìn)循環(huán)機(jī)增壓后送往油分離器，從而完成一個(gè)循環(huán)。 在從氨分離器、冷凝 塔分離的液氨，經(jīng)自調(diào)和手動(dòng)兩路降壓后排入液氨總管送入液氨貯槽，貯槽內(nèi)排放一部分馳放氣，液氨再通過倒氨管線向新區(qū)氨庫倒氨 [11]。 8 圖 氨合成工段工藝流程圖 9 第 三 章 工藝計(jì)算 根據(jù)前面的工藝流程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算 原始條件 (1)年產(chǎn)量 200kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按 300 天計(jì)，則產(chǎn)量為： (2)新鮮補(bǔ)充氣組成 表 新鮮補(bǔ)充氣組成 (摩爾分?jǐn)?shù) %) 組分 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) 含量 100 (3)合成塔入口中氨含量： NH3 入 =% (4)合成塔出口中氨含量： NH3 出 =% (5)合成塔入口惰性氣體含量： CH4 +Ar=15% (6)合成塔操作壓力： 32Mpa (7)精練氣溫度： 35℃ (8)水冷器出口氣體溫 度 35℃ (9)循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差 (10)年工作日 300 d 計(jì)算基準(zhǔn) 生產(chǎn) 1t 氨 物料衡算 合成塔物料衡算 (1)合成塔入口氣組分： 入塔氨含量 :y6NH3=%。 入塔甲烷含量： 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(jì) 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(jì)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(jì) 100 (3)合成率： 合成率 =2mNH3/［ m6(1y6NH3y6CH4y6Ar)］ 100% =2［ 1000()］ 100%=% 氨分離器氣液平衡計(jì)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。根據(jù)氣液平衡原理，以 F=1Kmol/h 進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn) ,則 m(i)=Lx(i)+Vy(i),y(i)=K(i)x(i).K(i)為組分 i 的平衡常數(shù) [13]。 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(jì) 100 查 t=35℃ ， P= 時(shí)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(shí)，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(jì)算氣液比： (V/L)＇ = 誤差 ［ (V/L)(V/L)＇］ /(V/L)=()/100%=%， 結(jié)果合理。 從而可計(jì)算出液體中各組分含量： 液體中氨含量： xNH3=LNH3/L=100=%% 液體中氬含量： xAr=LAr/L=I00%=% 液體中甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100%=% 液體中氫含量 : xH2=LH2/L=100%=% 液體中氮含量： xN2=LH2/L=100%=% 表 氨分離器出口液體含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 分離氣體組分含量： 氣體氨含量： yNH3=［ mNH3LNH3］ /V=()/=% 氣體甲烷含量： yCH4=［ mCH4LCH4］ /V=()/=% 氣體氬含量： yAr=［ mArLAr］ /V=()/=% 氣體氫含量： yH2=［ mH2LH2］ /V=()/=% 氣體氮含量： yN2=［ mN2LN2］ /V=()/=% 表 氨分離器出口氣體含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 冷凝塔氣液平衡計(jì)算 查 t=10℃ ,p= 的平衡常數(shù)： 12 表 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3= 出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4= 出口液體氬含量 : xAr=yAr/ KAr= 出口液體氫含量 : xH2=yH2/ KH2= 出口液體氮含量 : xN2=yN2/ KN2=表 冷交換器出口液體組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 液氨貯槽氣液平衡計(jì)算 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣 。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù)。 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 %。 液氨貯槽入口 1Kmol液體計(jì)算為準(zhǔn)，即 L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量： m(0i)=L(16)X16i+L17X17i= G%L0X16i+(1 G%)X17i=+ 混合后入口氨含量： m0NH3=+= 混合后入口甲烷含量 : m0CH4=+= 混合后入口氬含量 : m0Ar=+= 混合后入口氫含量： m0H2=+= 混合后入口氮含量： m0N2=+= 表 液氨貯槽入口液體含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) m0NH3 m0CH4 m0Ar m0H2 m0N2 總 計(jì) 100 當(dāng) t=17℃， P= 時(shí)，計(jì)算得熱平衡常數(shù)： 13 表 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 170 540 575 620 根據(jù)氣液平衡 L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設(shè) (V/L)=,代入上式得 : 出口液體氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L)kNH3] =(1+)= Kmol 出口液體甲烷含量： LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)kCH4] =(1+170)= 出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L)kAr] =(1+540)= Kmol 出口液體氫氣含量： LH2=m0H2/[ 1+(V/L)kH2] =(1+575)= 出口液體氮?dú)夂浚?LN2=m0N2/[ 1+(V/L)kN2] =(1+620)= Kmol L(總 )=,V==,(V/L) ＇ =V/L=, 誤差 =()/=%，假定正確。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=100%=% 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100%=% 出口液體氬含量： xAr=LAr/L=100%=% 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100%=% 出口液體氮?dú)夂浚? xN2=LN2/L=100%=% 表 液氨貯槽出口液氨組分 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(m0NH3LNH3)/V=()/100%=% 弛放氣甲烷含量： yCH4=(m0CH4LCH4)/V=()/100%=% 弛放氣氬含量： yAr=(m0 ArLAr)/V=()/100%=% 14 弛放氣氫氣含量： yH2=(m0H2LH2)/V=()/100%=% 弛放氣氮?dú)夂浚? yN2=(m0N2LN2)/V=()/100%=% 表 出口弛放氣組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 液氨貯槽物料計(jì)算 以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量 L(19)=1000(17)= 其中 NH3 L(19NH3)=L(19)X(19NH3)=﹪ = m３ CH4 L(19CH4)=L(19)X(19CH4)=﹪ = m３ Ar L(19Ar)=L(19)X(19Ar)=﹪ = m３ H2 L(19H2)=L(19)X(19H2)=﹪ = m３ N2 L(19N2)=L(19)X(19N2)=﹪ = m３ 液氨貯槽出口弛放氣 (V/L)= V(20)=L(19)== m３ 其中 NH3 V(20NH3)=V(20)y(20NH3)=﹪ = m３ CH4 V(20CH4)=V(20)y(20CH4)=14,46﹪ = Ar V(20Ar)=V(20)y(20Ar)=﹪ = m３ H2 V(20H2)=V(20)y(20H2)=﹪ = N2 V(20N2)=V(20)y(20N2)=﹪ = m３ 液氨貯槽出口總物料 =L(19)+ V(20)=+= m３ 液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料 =出槽總物料， L(18)=L(19)+V(20)= m３ 入口液體各組分含量計(jì)算 :L(18i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(18NH3)=+= CH4 L(18CH4)=+= Ar L(18Ar)=+ = m３ H2 L(18H2)= += m３ N2 L(18N2)=+ = 入口液體中組分含量核算 ,由 m180。(18i)=L(18i)/L(18): 15 入口液體中氨含量 m180。(18NH3)=100﹪ =﹪ 入口液體中甲烷含量 m180。(18CH4)=100﹪ =﹪ 入口液體中氬含量 m180。(18Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。(18H2)= 100﹪ =% 入口液體中氮?dú)夂? m180。(18N2)= 100﹪ =% 入口液體中組分含量 m180。(18i)≈ m180。(0i) 合成系統(tǒng)物料計(jì)算 將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng) 的物料有新鮮補(bǔ)充氣補(bǔ) V 補(bǔ) ， 離開該系統(tǒng)的物料有 放空氣V 放 ，液氨貯槽弛放氣 V 弛 ，產(chǎn)品液氨 L 氨 。 (如上頁圖 ) 由前計(jì)算數(shù)據(jù)如