【導(dǎo)讀】氨是當(dāng)年重要的化學(xué)工業(yè)之一,它是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，也是制造化學(xué)肥料的基本物質(zhì)。中的地位是極其重要的。因此，研究氨的合成有著十分重要意義。它的工藝流程如下；選擇天然氣做原料，天然氣與工藝蒸汽在一段爐內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)?；旌蠚怏w中氫氣與氮?dú)饧s。以3:1的比例進(jìn)行下一步反應(yīng)。在二段爐內(nèi)主要是以一氧化氮經(jīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成氫氣和二氧化氮，然后氣體經(jīng)過換熱反應(yīng)以在低溫條件下進(jìn)行高低變反應(yīng)，從低變爐出來的氣體進(jìn)行脫碳反應(yīng)。脫碳后的氣體中含有少量的一氧化碳，經(jīng)過甲烷化反應(yīng)以除去一氧化碳。本設(shè)計(jì)共分三個(gè)部分。在文獻(xiàn)綜述中，對(duì)氨的性質(zhì)、用途、在國民經(jīng)。包括生產(chǎn)方案的確定、工藝流程的確定、生產(chǎn)方法的確。定、工藝參數(shù)的確定、能量回收及利用方案的確定。熱量衡算以及設(shè)備計(jì)算的工藝計(jì)算。

　　

【正文】 ol/h。 由式 () 、 ()聯(lián)立 ， 根據(jù)合成塔工藝條件表、表 3表 37 及算出的 C 和 W可解 出 ：D=， G=所以： G[1] = Gyg,1 = = G[2] = [3] = [4] = D[1] = Dyd,1= = D[2] = [3] = D[4] = [5] = 合成塔的生產(chǎn)負(fù)荷的計(jì)算 氨產(chǎn)量 W[5]與 D、 C 中損失的氨量之和即為合成塔的生產(chǎn)負(fù)荷： W0 = W[5] + C[5] + D[5] () 式中： W0—— 合成塔的生產(chǎn)負(fù)荷， kmol/h； W[5]—— 低壓氨分離器出口液中的氨含量， kmol/h； C[5]—— 低壓氨分離器出口氣中的氨含量， kmol/h； D[5]—— 馳放氣分離器出口氣中 的氨含量， kmol/h； 由式 ()可得 ： W0 = W[5] + C[5] + D[5] = ++ = 各點(diǎn)物料量的計(jì)算 （ 1）合成塔進(jìn)出氣量的計(jì)算 根據(jù)合成塔的生產(chǎn)負(fù)荷和計(jì)算出的合成塔進(jìn)出氣組成計(jì)算 B 和 B[i]、 A和 A[i]： B= W0VP () A= BW0 () 式中： B—— 合成塔入塔氣量， kmol/h； A—— 合成塔出塔氣量， kmol/h。 由式 ()、 ()可得： B= W0VP = = A= BW0 = = 所以 ： A[1]= Aya,1 == A[2] =[3] = A[4] =[5] = B[1]= Byb,1 == B[2] =[3]= B[4] =[5] =（ 2） 108F進(jìn)氣量和組成的計(jì)算 由汽液平衡關(guān)系可得： Mxi = D(yd,i)k[i] LV = D[i]k[i] LV = M[i] () 式中 ： M—— 馳放氣分離器出口液體含量 ， kmol/h； M[i]—— 馳放氣分離器出口各組分液體含量 ，kmol/h； L/V—— 馳放氣分離器的液氣比。 在 中可知 L/V=， 所以，由式 ()及表 32 可得： M[1]= D[1]k[1] LV = = M[2]= D[2]k[2]LV = =M[3]= D[3]k[3]LV = = M[4]= D[4]k[4]LV = = M[5]= D[5]k[5]LV = = M = M[1]+M[2]+M[3]+M[4]+M[5] =++++=由物料平衡可知 ： E[i] = D[i] + M[i] () ye,i = E[i]∑E[i] () 式中 ： E[i]—— 馳放氣分離器入口各組 分氣體含量 ， kmol/h； D[i]—— 馳放氣分離器出口各組分氣體含量 ， kmol/h； ∑E[i]——馳放氣分離器入口氣含量 ， kmol/h； ye,i—— 馳放氣分離器入口氣各組分的摩爾分率 ， % 。 由式 ()可得 ： E[1] = D[1] + M[1] = += E[2] =[3] =E[4] =[5] = 15 ∑E[i] =E[1]+E[2]+E[3]+E[4]+E[5] =++++=由式 ()可得 ： ye,1= E[1]∑E[i] = ==% ye,2= E[2]∑E[i] = ==% ye,3= E[3]∑E[i] = ==% ye,4= E[4]∑E[i] = ==% ye,5= E[5]∑E[i] = ==% 表 38 馳放氣分離器入 口氣組成（ ye,i） 氣體 N2 H2 CH4 Ar NH3 組成 /% （ 3） 106F入口 H[i]的計(jì)算 由物料平衡有： H[i] = F[i] + G[i] = A[i] E[i] + G[i] () 式中 ： H[i]—— 高壓氨分離器入口氣各組分的含量 ，kmol/h； F[i]—— 循環(huán)氣各組分的含量 ， kmol/h； G[i]—— 新鮮氣各組分的含量 ， kmol/h； A[i]—— 合 成塔出塔 氣 各組分的含 量 ，kmol/h； E[i]—— 馳放氣分離器入口氣各組分的含量 ，kmol/h 由式 ()可得 ： H[1]= A[1] E[1] + G[1] =+ = H[2]= A[2] E[2] + G[2] = + = H[3]= A[3] E[3] + G[3] =– + =H[4]= A[4] E[4] + G[4] =–+ =H[5]= A[5] E[5] + G[5] =– + 0 = H=H[1]+H[2]+H[3]+H[4]+H[5] =++++ =（ 4） 106F出口氣量及組成的計(jì)算 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，由物料平衡和汽液平衡關(guān)系可得： J[i]= H[i](1+k[i]LV) () I[i] = H[i] J[i] () 式中： H[i]—— 高壓氨分離器入口氣各組分的含量， kmol/h； J[i]—— 高壓氨分離 器出口液體各組分的含量， kmol/h； I[i]—— 高壓氨分離器出口氣各組分的含量， kmol/h； V/L—— 高壓氨分離器的氣液比。 在 中可知 V/L=10， 所以，由式 ()及表 34 可得： J[1]= H[1](1+k[1]LV) =)102020( ??= J[2] =[3] = J[4] =[5] = J=J[1]+J[2]+J[3]+J[4]+J[5] =++++=由式 ()可得： I[1] = H[1] J[1]= = I[2] = H[2] J[2]= = I[3] = H[3] J[3]= = I[4] = H[4] J[4]= = I[5] = H[5] J[5]= =I=I[1]+I[2]+I[3]+I[4]+I[5] =++++=所以可得出 ： yi,1= I[1]I = ==% yi,2==% yi,3==% yi,4==% yi,5==% 表 39 高壓氨分離器出口氣組成（ yi,i） 氣體 N2 H2 CH4 Ar NH3 組成 /% 計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn) （ 1）合成塔進(jìn)口氨含量的檢驗(yàn) 將 yi,5 與原設(shè)初值 yb,5 進(jìn)行比較，有： ︱ (yb,5yi,5)︱(yb,5) 100% = % %% ? 100% =% ＞ % 不符合要求，需要重新試算。 （ 2）合成塔進(jìn)口氣量的檢驗(yàn) 將合成塔進(jìn)口氣量 B 與 106F 出口氣量進(jìn)行比較，有： ︱ IB︱B 100% = ? 100%=% ＞ % 17 不符合要求，需要重新試算。 （ 3） 107F物料平衡的檢驗(yàn) 將 107F 進(jìn)口物料量 M+J 與出口物料量C+W 進(jìn)行比較，有： M+J=+ =C+W=+ =︱ (M+J)(C+W) ︱C+W 100% = 3 3394 5 ? 100%=1.916%＞ % 不符合要求，需要重新試算。 經(jīng) 過多次重新試算得出，當(dāng)初值 yb,5=%時(shí)，由式 (31)及 ya,5=產(chǎn)量 VP 有： VP=(ya,5yb,5)(1+ya,5) = )( )01 ( ? ?=由于 yb,5=%， yb,3=%， yb,4=%，合成塔進(jìn)塔氣的氫氮比為 ，所以： yb,1= ??? ==% yb,2===% 由式 ()、 ()、 () 計(jì)算合成塔出塔氣組成有： ya,1= (yb, VP)(1 VP) = )08 ( )08 ( ? ??= = % ya,2= = % ya,3= = % ya,4= = % ∑ya,i = ya,1+ ya,2+ ya,3+ ya,4+ ya,5 = ++++= 由 32，設(shè) V/L=，則由式 () 計(jì)算馳放氣分離器出口各組分液體量有： L[1] = (ya,1)(1+k[1]LV) = )( ??= 同理可得： L[2]=， L[3]=， L[4]= 105kmol， L[5]=。 L= L[1] + L[2] + L[3] + L[4] + L[5] =+++105+= V = 1 L = 1 = V/L = = 將預(yù)設(shè)的 V/L= 與計(jì)算得的 V/L= 比較，滿足精度要求，所以預(yù)設(shè)的V/L= 合理，以上各數(shù)據(jù)可用。 所以，由 L xi = L[i]可得馳放氣分離器出口液組成： x1= L[1]L = = =% 同理可得： x2=%， x3=%， x4=%， x5=% 。 由式 ()計(jì)算馳放氣分離器出口氣組成： yd,1= (ya,1L[1])V = 90 86 )00 01 20 ( ?= =% 同理可得： yd,2=%， yd,3=%， yd,4=%， yd,5=% 由 可知高壓氨分離器各組分的氣液平衡常數(shù)見表 34，設(shè) L/V=，由式 ()計(jì)算馳放氣分離器出口各組分液體量： L[1] = (yb,1)(k[1]) LV = ? = 同理可得： L[2]=， L[3]= 105kmol， L[4]=105kmol， L[5]=。 L= L[1] + L[2] + L[3] + L[4] + L[5] = ++105+105+ = L/V = = 經(jīng)過迭代此計(jì)算過程發(fā)散，所以按 L/V= 計(jì)算，以上各計(jì)算結(jié)果可用。 由 L[i] = Lyj,i 可得馳放氣分離器出口液組成： yj,1 = L[1]L = = = % 同理可得： yj,2=%， yj,3=%， yj,4=%， yj,5=% 。 由 可知低壓氨分離器各組分的氣 液平衡常數(shù)見表 36，設(shè) V/L=，由式 ()計(jì)算低壓氨分離器出口各組分液體量： L[1] = (yj,1)(1+k[1]LV) = )005 79 01( 001 ??= 同理可得： L[2]=， L[3]= ， L[4]=105kmol， L[5]=。 L= L[1] + L[2] + L[3] + L[4] + L[5] = + + + 105 + = V= 1L = = V/L = = 經(jīng)過迭代計(jì)算可知此計(jì)算過程收斂，所以迭代計(jì)算得出： V/L= 此時(shí) L= ， V= ， L[1]= ， L[2]= ， L[3]=， L[4]=105kmol， L[5]=。 所以由 L yw,i= L[i]可得低壓氨分離器出口液組成： yw,1 = L[1]L = = =% 同理可得： yw,2=%， yw,3=%， yw,4=%， yw,5=% 。 由式 ()計(jì)算低壓氨分離器出口氣組成： 19 yc,1= (yj,1L[1])V = 00 57 )00 01 13 ( ?= =% 同理可得： yc,2=%， yc,3=%， yc,4=%， yc,5=% 。 由于本人設(shè)計(jì)的合成氨裝置的生產(chǎn)能力是年產(chǎn) 20 萬噸，所以 107F 出口液中的氨含量為： W[5] = 1724300 101020 34 ?? ?? = 則出口液總量為： W = W[5](yw,5) = = 出口氣體總量為： C= VL W