【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3?= % N2： 25,Ny=[100 (+)] 14 100%= % CH4 : 4,5CH= ??= % Ar： 5,Ary= ?= % 表 入塔氣組分含量（包括 3， 4， 5， 6， 7 點(diǎn)） 組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 合成塔出口氣組成（ 8 點(diǎn)） 假定入塔氣 100 kmol，列方程求解。 氨生成量：根據(jù)反應(yīng)式，在合成塔內(nèi)，氣體總物質(zhì)的量的減少，應(yīng)等于生成氨的物內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 14 質(zhì)的量，由氣體摩爾流量方程 和組分摩爾流量平衡得： 生成的氨的物質(zhì)的量： 3,553,883 NHNHNH ynynn ?? 總物質(zhì)的量的減少量： 853 nn? 聯(lián)立解出： 3n= 3,83,53,85 1 )(NHNHNHy yyn ? ? 式中： 3NH——— 合成塔中生成氨的量，kmol； 5n——— 入口氣總物質(zhì)的量， ； 8——— 出口氣總物質(zhì)的量， ； 3,5NHy——— 合成塔入口氨，摩爾分?jǐn)?shù)； 3,8——— 合成塔出口氨，摩爾分?jǐn)?shù)； 將已知數(shù)據(jù)代入上式： 3NHn= 3,83,53,85 1 )(NHNHNHy yyn ? ?= )(100 ? ??=kmol 出口氣總物質(zhì)的量 : n8= n5－ 3n== kmol 所以出塔氣組 成（ 9 點(diǎn)）： NH3：3,8NHy=%（已知） CH4：4854, CHCH nnn ?? ??= Ar： y8,Ar=Aryyy ,585 ?= ?= H2： y8,H2=（ 1?3,8NH4,8CHyy8,Ar） 4 100% =（ ）3 100% =% N2： y8,N2=（ 13,8NHy 4,8CHyy8,Ar）14 100% 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 15 =() 14 100% =% 表 出塔氣組分含量（包括 8， 9， 10， 11點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 合成率計(jì)算 反應(yīng)掉的 N2， H2與入塔氣中的 N2， H2之比，按下式計(jì)算： 合成率：η =)( 2 22 ,5,55 3 HN NH yyn n? 100%=%)%(100 965 ?? ? 100%=% 氨分離器出口氣液組成計(jì)算 設(shè)合成反應(yīng)后氣體在水冷器內(nèi)部分氨被液化，氣液已達(dá)到相平衡，進(jìn)入水冷器的物料為氣液混合物，物量為 F，物料組成為 Fi，水冷器出口氣相組成為 yi，氣量為 V，水冷器出口液相組成為 xi，液量為 L。 已知進(jìn)口物料組成 Fi，即合成出口氣組成，前已求出。 假定 F=1kmol 對(duì)于每個(gè)組分的物料平衡有： F Fi=V yi+L xi=Fi 式（ ） 根據(jù)氣液平衡關(guān)系： yi=mi xi 式（ ） 式中： mi為各組分的相平衡常數(shù)。 把式（ ）代入式（ ）得： =VL??????mi+1 式（ ） 式中： Li為液相中各組分的量。 液相總量： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 16 L=iL? 式（ ） 液相組分的摩爾分?jǐn)?shù)： xi=iLL 式（ ） 氣體總量 V=FL=1L 式（ 含量按式（ ）計(jì)算或按下式計(jì)算 yi=iVV=iiFLV? 式 () 對(duì)于以上各式求解，需用試差法，現(xiàn)采用直接迭代，按下述步驟進(jìn)行： a. 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先假設(shè)一個(gè) V/L值； b. 按已知操作條件（溫 度，壓力）從手冊(cè)中查取向平衡常數(shù) mi； c. 將假設(shè)的 V/L值和 mi代入式（ ），計(jì)算出 Li； d. 按式（ ）求得 L； 按式（ ）和（ ）求得 xi， yi； 按式（ ）計(jì)算 V，進(jìn)而算出 V/L； e. V/L 計(jì)算值與假定值比較，如果誤差較大，以計(jì)算值作為假定值，重復(fù)計(jì)算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止。 已知氨分離器入口氣組成 Fi即 11 點(diǎn)值，設(shè) F=1 kmol 表 氨分離器入口氣組分含量（ 11 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 下冊(cè)》 【 3】 表 144 可得 t11=35℃， P11=下組分的相平衡常數(shù) mi如下表： 表 相平衡常數(shù) 相平衡常數(shù) NH3 H2 N2 CH4 Ar mi 先設(shè)入口氣液混合物量 F=1 kmol 并假定ε≤ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 17 以 V/L= 代入（ ）計(jì)算 則液相中各組分的量：iL=/1iiFV L m?? LNH3= iiFV L m = LH2= iiFV L m=+1= kmol LAr= iiFV L m??=+1= LN2= iiFV L m=+1= 表 氨分離器入口液的量 kmol（ 11 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 物質(zhì)的量 液相總量： L=iL?=++++ = kmol 分離后氣相總 量： V=F－ L== kmol 計(jì)算氣液比：（ V/L）′ =(V/L)= 誤差 =( / ) ( / )( / )V V LVL??=( / ) ( / )( / )V L V LVL≤ 有原公式得：誤差 =()/= 在允許范圍內(nèi)，假定值可以認(rèn)定。 按式（ ）計(jì)算得氨分離器出口液體組分含量： XNH3=LNH3/L=XN2=LN2/L=XAr=LAR/L=表 氨分離器出口液體組分含量（ 18點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 18 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 按式（ ）計(jì)算的氨分離器出口氣體含量： XNH3=(FNH3LNH3)/L=(%)/=% 表 氨分離器 出口氣體含量（ 12 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 冷交換器分離出的液體組成（ 17點(diǎn)） 氨冷器出口氣經(jīng)冷卻后，與新鮮補(bǔ)充氣混合進(jìn)入冷交換器，冷交換器出口氣組成即合成塔入口氣組成。因此，在冷交換器中分離出的液氨應(yīng)與出口氣成平衡。 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 下冊(cè)》 【 3】 表 144 可得 t17=－ 6℃， P17= 29MPa的相平衡常數(shù) mi如下表： 表 相平衡常數(shù) 相平衡常數(shù) NH3 H2 N2 CH4 Ar mi 49 39 24 30 由氣液平衡關(guān)系式（ ）計(jì)算得冷交換器出口液體含量： 表 冷交換器出口液體含量（ 17 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 液氨貯槽馳放氣和液相組成計(jì)算 氨分離器出口液氨與冷交換器分出口液氨匯合于貯槽，由于減壓溶解在液氨中的氣體會(huì)解析出來(lái)和部分氨的蒸氣形成弛放氣。 水冷后的氨分離器的液氨占總量的摩爾分 數(shù) G 可由下式計(jì)算 : G=）（， 3,12353,8 3,123,83,5 1)( ))(1( NHNHNH NHNHNH yyy yyy ?? ?? 100%=(1+3%)(17%%) /(17%3%)(%)100%=% 式（ ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 19 將已知數(shù)據(jù)代入式（ ）得： G%? 則氨分離器的分離液氨占 %，冷交換器分離液氨占 %。 根據(jù)物料衡算有下式： x19,i=,+,i 式（ ） 按式（ ）計(jì)算得液氨貯槽入口液體含量： 表 液 氨貯槽入口液體含量（ 19點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 下冊(cè)》 【 3】 表 144 可得 t19=20℃， P19=的相平衡常數(shù) mi如下表： 表 氣液平衡常數(shù) 相平衡常數(shù) NH3 H2 N2 CH4 Ar Mi 575 620 170 540 在液氨貯槽中，類似于閃蒸的過(guò)程，仍按氨分離的計(jì)算方法，假定一個(gè) V/L 值，經(jīng)過(guò)視差，求得計(jì)算 結(jié)果，現(xiàn)按視差最后的 V/L 值，具體計(jì)算如下： 1iiiFL VmL? ? 式（ ） 設(shè) V/L= 代入式（ ）計(jì)算得液氨中各個(gè)組分的物質(zhì)的量（假定入貯槽液氨量 F=1 kmol）： 表 液氨中各組分物質(zhì)的量 kmol（ 19 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 則得出液體總含量： L=iL?= kmol 出口氣體總含量： V=1－ L= kmol 計(jì)算氣液比：??????????????? LVLV 計(jì)算誤差 =39。VVLLVL? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ??????? 在允許范圍內(nèi)。 由式（ ）計(jì)算得液氨貯槽出口產(chǎn)品液氨組分含量： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 20 表 液氨貯槽出口產(chǎn)品液氨組分含量（ 21點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 按式（ ）計(jì)算得馳放氣組分含量： 表 弛放氣組分含量（ 20 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 液氨貯槽物料衡算 以液氨貯槽出口 1t純液氨為基準(zhǔn)，折成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積，以3m為單位計(jì)，則 L21=31000 /17 / m kmolkg mol? ?=3m 按式 L21,i=ixL ,2121計(jì)算得液氨貯槽中各組分物質(zhì)的量并列入下表： 表 液氨貯槽中各組分體積3m（ 21 點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 按 V/L= 計(jì)，則液氨貯槽弛放氣體積 ： V20== 按 V20,i=V20y20,i 計(jì)算得弛放氣中各組分體積： 表 弛放氣中各組分體積 （ 20點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 液氨貯槽出口總物料的體積： L21+V20=+= 因此入口總物料也應(yīng)與出口相等： L19=L21+V20 = 入口物料各組分體積按 L19,i=L21,i+V20,i計(jì)算得： 表 液氨貯槽入口各組分體積 （ 19點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 總計(jì)： L? ??? 7,1919 iLm3L19， = ∑ L19,I=3m 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 21 入口物料組分核算 由??? 19,19,19 LLx ii計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列入下表： X19,NH3=L19,NH3/L19,=X19,H2=L19,H2/L19,=X19,N2=L19,N2/L19,=X19,CH4=L19,CH54/L19,=X19,AR=L19,AR/L19,=% 表 4 9 液氨貯槽入口各組分摩爾分?jǐn)?shù)（ 19點(diǎn)） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % % % % % 100% 結(jié) 果ix,19?與i,19基本相等。 合成循環(huán)回路總物料衡算 合成循環(huán)回路總物料衡算 ，可求出補(bǔ)充新鮮氣量1V，放空氣量 V13，以及合成塔進(jìn)氣量 V5和出塔量 V8。 以 1t 產(chǎn)品氨為基準(zhǔn)，即等于 折成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積）。 合成循環(huán)回路可簡(jiǎn)化為如下示意圖：