【導讀】太原理工大學現(xiàn)代科技學院。《化工設計概論》課程設計說明書。年產20萬噸合成氨合成工段工藝的初步設計。畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明。行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得。及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢。獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意?；ぴO計課程設計任務書。合成塔壓力32MPa補充氣≤系統(tǒng)壓差≤。補充氣中惰性氣體含量≤%堿度≤1500mg/LCL≤300mg/L. 共設計四周，前2周收集資料，進行工藝流程的設計、物料和熱量衡算，后兩周進行。要求設計工作起止日期2020年11月26日至2020年12月21日。系主任批準簽字日期

　　

【正文】 6. 水冷器出口溫度： 35℃ 7. 循環(huán)機進出口壓差： 8. 年工作日： 330 天 9. 產量： NH3/h 10. 計算基準：生產 1 噸液氨 計算物料點流程圖： 1 2 3 4 5精煉氣 6 7 8 9 10 11 12 14 17 18合成氣； 13放空氣 20弛放氣 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程設計說明書 13 圖 411 計算物料點流程 圖 合成塔入口氣組分： 根據計算依據有 入塔氨含量：35, %NHy ? 入塔甲烷含量：45 , C H1 . 1 01 5 % 1 0 0 1 1 . 5 3 91 . 1 0 0 . 3 3 0y ? ? ? ?? ％ ％ 入塔氬含量：5 , A r 0 . 3 31 5 % 1 0 0 1 1 . 5 3 91 . 1 0 0 . 3 3 0y ? ? ? ?? ％ ％ 入塔氫含量： ? ?25,H31 0 0 2 . 5 1 1 . 5 3 9 3 . 4 6 2 1 0 0 % 6 1 . 8 7 44y ? ? ? ? ? ? ????? ％ 入塔氮含量： ? ?25,N11 0 0 2 . 5 1 1 . 1 3 6 3 . 8 6 4 1 0 0 % 2 0 . 6 2 54y ? ? ? ? ? ? ????? ％ 表 412 入塔氣組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 5 100 合成塔 氨分離塔 水冷器 氨冷器 熱交換器 液氨儲槽 廢熱鍋爐 放 空 油分離器 新鮮氣 冷交換器 循環(huán)機 液 氨儲槽 氨冷器 氨分離塔 循環(huán)機 3 1 4 5 7 16 14 12 21 15 20 19 18 17 2 9 10 11 6 8 13 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程設計說明書 14 合成塔出口氣組分 ： 以 1000kmol 入塔氣作為基準求出塔氣組分， 由下式計算塔內生成氨含量： ? ?? ? ? ?? ?33338 , 5 ,58,0 . 1 6 5 0 . 0 2 51 0 0 0 1 2 0 . 1 7 21 0 . 1 6 51N H N HNH NHyyM M k m o ly? ?? ? ? ? ??? 出塔氣量 : 1 0 0 0 1 2 0 . 1 7 2 8 7 9 . 8 2 8 k m o l? ? ? ?8 = 入 塔 氣 量 生 成 氨 含 量 出塔氨含量： 38, %NHy ? 出塔甲烷含量：4458, 5,81000 1 1 . 5 3 9 % 1 3 . 1 1 5 %8 7 9 . 8 2 8C H C HMyyM? ? ? ? ? 出塔氨含量 ： 58 , 5 ,8 1000 3 . 4 6 2 % 3 . 9 3 5 %8 7 9 . 8 2 8A r A rMyyM? ? ? ? ? 出塔氫含量： ? ?? ?2 3 48 , 8 , 5 , 8 ,3 1 100 %43 1 65 311 5 393 5 100 %4%H NH CH A ry y y y? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 出塔氮含量： ? ?28,1 1 0 . 1 6 5 0 . 1 3 1 1 5 0 . 0 3 9 3 5 1 0 0 % 1 6 . 6 1 2 %4Hy ? ? ? ? ? ? ? 表 413 出塔氣體組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 2 100 合成率： ? ?? ?3345 5 , 5 , 5 ,2= 100 %1y2 120 .172 100%100 0 1 5 539 462%NHN H C H A rMM y y?? ? ????? ? ??合 成 率 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程設計說明書 15 氨分離器氣液平衡計算： 已知氨分離器入口混合物組分 im 表 414 氨分離器入口混合物組分 3NHm 4CHm Arm 2Hm 2Nm 小計 5 5 8 12 1 查 35℃ ， MPa? 各組分平衡常數(shù)： 表 415 平衡常數(shù) 表 3NHK 4CHK ArK 2HK 2NK 設 ? 時，代入1iiimL VKL? ??計算各組分溶解液量 : 333 1 11. 110 981 NHNH NHmL k m olV KL? ? ????? 444 15 431 0 CHCH CHmL k m olV KL? ? ????? 0 .0 3 9 3 5 0 .0 0 0 1 31 1 1 .1 1 0 2 8 .2 0 01 ArAr ArmL k m o lVKL? ? ????? 222 38 631 0 01 HH HmL k m olV KL? ? ????? 222 1 10 001 NN NmL k m olV KL? ? ????? 分離液體量： 223 4 r=0 . 0 7 8 9 9 0 . 0 0 1 4 3 0 . 0 0 0 1 3 0 . 0 0 1 6 3 0 . 0 0 0 4 3 0 . 0 8 2 61N H C H A H NL L L L L L k m o l? ? ? ?? ? ? ? ? ?總 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程設計說明書 16 分離氣體量： 1 1 0 . 0 8 2 6 1 0 . 9 1 7 3 9V L k m o l? ? ? ? ? 計算氣液比： 39。 0 .9 1 7 3 9 1 1 .1 0 50 .0 8 2 6 1VL?? ?????? 39。1 1 . 1 1 0 1 1 . 1 0 51 0 0 % 1 0 0 % 0 . 0 4 5 %1 1 . 1 1 0VVLLVL??? ?????? ? ? ? ?誤 差 結果合理從而可計算出液體中各組分含量： 液體中氨含量： 33 78 99 10 0% = 95 .61 8% 82 61NHNH Lx L? ? ? 液體中氬含量： rr 0 . 0 0 0 1 3 1 0 0 % = 0 . 1 5 7 %0 . 0 8 2 6 1AA Lx L? ? ? 液體中甲烷含量： 44 01 43 10 0% = 31 % 82 61CHCH Lx L? ? ? 液 體中氫含量： 22 100% = % Lx L? ? ? 液體中氮含量： 22 00 43 10 0% = 21 % 82 61NN Lx L? ? ? 表 416 氨分離器出口液體含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 8 0 分離氣體組分含量： 氣體氨含量 333 100% % H N HNH mLy V? ?? ? ? ? 氣體甲烷含量 444 100% % H C HCH mLy V? ?? ? ? ? 氣體氬含量 0 . 0 3 9 3 5 0 . 0 0 0 1 3 1 0 0 % 4 . 2 7 5 %0 . 9 1 7 3 9A r A rAr mLy V??? ? ? ? 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程設計說明書 17 氣體氫含量 222 98 38 01 63 10 0% 54 .14 8% 17 39HHH mLy V? ?? ? ? ? 氣體氮含量 222 66 12 00 43 10 0% 18 .06 1% 17 39NNN mLy V? ? ? ? 表 417 氨分離器出口氣體含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 1 100 冷交換器氣液平衡計算： 根據氣液平衡原理 ii iyx K?，由于冷交換器第二次出口氣體含量等于合成塔進口氣體含量，由合成塔入口氣體含量 iy 和操作條件下的分離溫度可查出 iK ，便可解出 ix 。 查 10T??℃ , 8p MPa? 的平衡常數(shù)： 表 418 平衡常數(shù) 表 3NHK 4CHK ArK 2HK 2HK 27 51 75 80 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體氨含量 3330 . 0 2 5 1 0 0 % = 9 8 . 4 2 5 %0 . 2 5 4NHNHNHyx K? ? ? 出口液體甲烷含量 4440 . 1 1 5 3 9 1 0 0 % = 0 . 4 2 7 %27CHCHCHyx K? ? ? 出口液體氬含量 0 . 0 3 4 6 2 1 0 0 % 0 . 0 6 8 %51ArAr Aryx K? ? ? ? 出口液體氫含量 2220 . 6 1 8 7 4 1 0 0 % = 0 . 8 2 5 %75HHHyx K? ? ? 出口液體氮含量 2220 . 2 0 6 2 5 1 0 0 % = 0 . 2 5 5 %80NNHyx K? ? ? 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程設計說明書 18 表 419 冷交換器出口液體組分含量（ %） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 5 100 液氨貯槽氣液平衡計算： 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進入液氨貯槽經減壓后溶解在液氨中的氣體會解吸，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 百 分數(shù) 。 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?3 333 35 , 3 8 ,8 , 5 ,1y 1 0 . 0 2 5 0 . 1 6 5 0 . 0 9 3 7 6% 1 0 0 % 5 7 . 5 5 4 %0 . 1 6 5 0 . 0 2 5 1 0 . 0 9 3 7 6y1N H N H NHN H N H NHyyGyy? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? 分分水冷后分離液氨占總量的 % ，冷交分離液氨占總量的 % 。 以液氨貯槽入口 1kmol 液體計算為準，即 0 1L kmol? ，入口液體混合后組分含量： ? ?0 , 1 5 1 5 , 1 6 1 6 , 0 1 5 , 0 1 6 ,1 5 , 1 6 ,% 1 %0 . 5 7 5 5 4 0 . 4 2 4 4 6i i i i iiim L x L x G L x G L xxx? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 混合后入口氨含量：30, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 9 5 6 1 8 0 . 4 2 4 4 6 0 . 9 8 4 2 5 0 . 9 6 8 0 9NHm ? ? ? ? ? 混合后入口甲烷含量 ：40, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 1 7 3 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 4 2 7 0 . 0 1 1 7 7CHm ? ? ? ? ? 混合后入口氬含量 ： 0, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 1 7 3 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 4 2 7 0 . 0 1 1 7 7Arm ? ? ? ? ? 混合后入口氫含量：20, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 1 5 7 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 0 6 8 0 . 0 0 1 1 9Hm ? ? ? ? ? 混合后入口氮含量：20, 0 . 5 7 5 5 4 0 . 0 0 5 2 1 0 . 4 2 4 4 6 0 . 0 0 2 5 5 0 . 0 0 4 0 9Nm ? ? ? ? ? 表 4110 液氨貯槽入口液體含量（ %） 30,NHm 40,CHm 0,Arm 20,Hm 20,Nm 小計 96.809 100 當 17T? ℃ (由熱平衡計算得 ) MPa? 平衡常數(shù)： 太原理工大學現(xiàn)代科技學院《化工設計》課程