【導(dǎo)讀】年產(chǎn)30萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 （ 34） 循環(huán)回路總物料平衡： V入 =V出 +V補(bǔ) － V放 － V弛 － LNH3=V出 +V補(bǔ) － V放 － － （ 35） 聯(lián)立（ 31）到（ 35）各式解得： V 放 = ； V 補(bǔ) = ； V 出 = ； V 入 = 合成塔物料計(jì)算 入塔物料： V5= 其 中： NH3 35NHV，= %= CH4 45 CHV，=%= Ar ArV，5 =%= H2 25 HV，=%= 18 N2 25 NV，=%= 合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器，冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料 即： V5=V6=V7= m3 出塔物料： V8= NH3 38NHV，=%= CH4 48 CHV，=%= Ar ArV，8 =%= H2 28HV，=%= N2 28NV，=%= 合成塔生成氨含量： 333 ,5,8 NHNHNH VVV ???=－ = m3 廢熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔的物料。 即 V8=V9=V10= m3 水冷器物料計(jì)算 進(jìn)器物料：水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10 入 = 出器物料：在水冷器中部分氨氣被冷凝；由氨分離器氣液平衡計(jì)算得氣液比 (V247。L)=,有如下方程： 出出1111LV =LV = （ 36） V11 出 +L11 出 =L10 入 = （ 37） 將 V11 出 = 出 帶入（ 37）得： L11 出 = V11 出 = 出口氣體組分由 V11i=V11 出 y 11i得 : 其中： NH3 311NHV=%= CH4 411CHV=%= Ar ArV11 =%= 19 H2 211HV=%= N2 211NV=%= 出口液體各組分由 L11i=V8i－ V11i 其中： NH3 311NHL=－ = CH4 411CHL=－ = Ar ArL11 =－ = H2 211HL=－ = N2 211NL=－ = 氨分離器物料計(jì)算 進(jìn)器物料：氨分離器進(jìn)器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料 即 V11=V11 出 +L11 出 =+= m3 出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進(jìn)行分離，分別得到氣體和液體 出器氣體 V12＝ V11 出 ＝ 出器液體 L15＝ L11 出 ＝ 氨分離器出口氣體放空 V13= 其中： NH3 313NHV=%= CH4 413CHV=%= Ar ArV13 =%= H2 213HV=%= N2 213NV=%= 冷交換器物料計(jì)算 進(jìn)器物料：進(jìn)器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量 V14=V12－ V13=－ = m3 其中： NH3 314NHV=%= CH4 414CHV=%= 20 Ar ArV14 =%= H2 214HV=%= N2 214NV=%= 出器物料（熱氣）： 設(shè)熱氣出口溫度 T=17℃ 查 T=17℃ (由熱量計(jì)算核定）， p= 氣相平衡氨含量 ?3NHy=%，計(jì)算熱氣出口冷凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體。取過飽和度 10% 故317NHV=%=% 設(shè)熱氣出口氨體積為 a，則： %496a8 6 5 . 7 4 99 2 3 3 . 6 7 a .??? 計(jì)算 得 a= ??? aVL NHNH 33 1417 － = 冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中： NH3 333 171417 NHNHNH LVV ?? = CH4 44 1417 CHCH LV ? = Ar ArAr LV 1417 ? = H2 22 1717 HH LV ? = N2 22 1717 NN LV ? = 出口總氣量 3171417 NHLVV ??=－ = m3 出口氣體各組分： NH3 1717 3VVNH =247。100%=% CH4 1717 4VVCH =247。100%=% Ar 1717VVAr =247。100%=% 21 H2 17172VVH =247。100%=% N2 17172VVN =247。100%=% 氨冷器的物料計(jì)算 進(jìn)器物料：氨冷器進(jìn)器物料等于冷交換器出器物料加上補(bǔ)充新鮮氣物料 V1= 其中： CH4 4CHV?== Ar ArV? == H2 2HV?== N2 2NV?== V18（進(jìn)器氣體物料） =V1+V17=+= 進(jìn)器氣體組分含量 V18i=V1i+V17i 其中： NH3 ??33 1718 NHNH VV CH4 418CHV= += Ar ArV18 =+= H2 218HV= += N2 218NV= += 各組分百分含量：181818 VVy ii ? NH3 318NHy=247。100%=% CH4 418CHy=247。100%=% Ar Ary18 =247。100%=% H2 218Hy=247。100%=%3 N2 218Ny=247。100%=% 進(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量： 22 33 171818 NHNH LLL ??= m3 進(jìn)器總物料＝ V18+L18=+= m3 出器 Ⅰ 物料：已知出器 Ⅰ 氣體中氨含量為 %，出器 II 氣體中氨含量 %，設(shè)出器氣體中氨含量為 bⅠ m3 52 4 1 14b7 6 95 8 00 7 81 1 9 0 5 b II .... ??? 解得 bⅠ = 則氨冷器中冷凝液氨量： ??? bVL NHNH 33 181839。=－ = 氨冷器出口總液氨量： ??? 333 1839。182 NHNHNH LLL+= 氨冷器出口氣量： V2=V18－ b=－ = m3 其中： NH3 32NHV= CH4 42CHV= 418CHV= Ar ArV2 = ArV18 = H2 22HV= 218HV= N2 22NV= 218NV= 各組分百分含量：222 VVy ii ? NH3 32NHy=247。100%=% CH4 42CHy=247。100%=% Ar Ary2=247。100%=% H2 22Hy=247。100%=% N2 22Ny=247。100%=% 出器總物料 =322 NHLV ?=+= m3 23 冷交換器物料計(jì)算 V17 V14 V2 V3 圖 冷交換器物料簡圖 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 VⅡ = 3NHL= 由氣液平衡計(jì)算得，以 1kmol進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)：即 F=1 FVL ?? （ 38） 333 NHNHNH mFyVxL ????? （ 39） 將3NHy=，3NHx= ? ?? ? 9 5 9 2 5 100261 33333 . mxV NHNHNHNHNH ????? （ 310） (310)式中3NHm可由物料平衡和氨平衡計(jì)算3NHm=22 3VVNH 17139。 VVV ???? （ 311） VLVVV 151381739。 ??? （ 312） 333 2239。1739。 NHNHNH LLVV ??? ???? （ 313） 式中 V′Ⅱ —冷交換器入口總物料 V′17—冷交換器熱氣出口總物料 339。NHV?? —冷交換器入口總氨物料 將 V8= V13= L15= 代入上式解得 V17′= V′Ⅱ =+= m3 24 339。 NHV?? = m3 ????? 39。39。 33 VVm NHNH =247。= 代入 (310)得： V=－ (247。)= L=1－ V= VL =247。= 由 VL 可求出冷交換器冷凝液體量： 316VL =VL = 冷凝液體量： L16=== m3 出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進(jìn)口總物料減去冷激液體量 V3=－ = 其中： NH3 33NHV=%= CH4 43CHV=%= Ar ArV3 =%= H2 23HV=%= N2 23NV=%= 計(jì)算誤差 =553VVV? 100%=（ － ） 247。100%=－ % 誤差在設(shè)計(jì)允許的范圍 內(nèi)，滿足要求。 校核氨分離器液氨百分?jǐn)?shù) 氨分離器液氨百分?jǐn)?shù)： ???? ?? %100% 161615 1515 xLL xLG 分 095618247。(+) 100%=% 冷交換器分離液氨百分?jǐn)?shù)： 25 G 冷 %=1－ G 分 %=1－ %=% 計(jì)算誤差 =39。39。GGG 分?=（ %－ %） 247。%=－ % 液氨貯槽物料計(jì)算 進(jìn)槽物料：氨分離器入槽液體 L15= m3 其中： NH3 315NHL== CH4 415CHL== Ar ArL15== H2 215HL== N2 215NL== 冷交換器入槽液體 L16= m3 其中： NH3 316NHL== CH4 416CHL== Ar ArL16 == H2 216HL== N2 216NL== 入槽混合物料 L21=L15+L16=+= m3 各組分物料含量： iii LLL 161521 ?? 其中： NH3 321NHL= += CH4 421CHL= += Ar ArL21 = += H2 221HL=+= N2 221NL= += 百分含量：212121 LLx ii ? 26 其中： NH3 321NHx=247。100%=% CH4 421CHx=247。100%=% Ar Arx21 = 247。100%=% H2 221Hx= 247。100%=% N2 221Nx=247。100%=% 出槽物料：液氨貯槽出口弛放氣 V20= m3 其中： NH3 320NHV= CH4 420CHV= Ar ArV20 = H2 220HV= N2 220NV= 出口液氨總物料 L19=L21－ L20=－ = 其中： NH3 333 202119 NHNHNH VLL ??=－ = CH4 444 202119 CHCHCH VLL ??=－ = Ar ArArAr VLL 202119 ?? =－ = H2