【導(dǎo)讀】以天然氣為原料的年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨合成工段設(shè)計(jì)。水冷器設(shè)備工藝計(jì)算:

　　

【正文】 3+LCH4+LH2+LN2+LAr= 分離氣體 量 : V=1 = 計(jì)算液氣比 ( V = L39。 V .V.. E一 ( )39。 ， ， 1(){)039。 _ 誤 差 一 一 = …… x100% = % ，符合要求，故結(jié)果合理 L 從而可計(jì)算液體中各組分含量， 由式 x (i) =L (i)/L 可得液體中各組分的含 量 ， 將計(jì)算結(jié)果匯 入 下表 26。 表 26 氨分離器出口液體含 量 1% 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) X。， J51% ∞ 分離氣體組分含量 : 氣體氨含 量 : Y12， 陽(yáng) 3=[m陽(yáng) 3一 LNH3]N=% 同理 有 : Y12， CH4=% Y12 ， 由 =% y12 ， N2=% Y12， % 將分離氣體組分含量歸入表 27。 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè)共 63 頁(yè) 表 27 氨分離器出口氣體含量 /% 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) yi， 12/% 冷交換器氣、液平衡計(jì)算 冷交 換 器 各組 分 平 衡常數(shù)在 t=100C ， p= 下查 得 ， 見(jiàn) 表 28。 表 28 冷交換器各組分的平衡常 數(shù) [6] 組分 NH3 H2 N2 Cfu Ar Ki 冷交換器出口液體組分含 量 : 出口液體氨含量 : X16. 陽(yáng) 3=Y陽(yáng) JK陽(yáng) 3=% 同理 : X16. % X16. % X16. CH4=% X16. Ar=% 將冷交換器出口液體組分含量歸入表 29。 表 29 冷交換器出口液體組分含量 組分 NH3 H2 N2 Cfu Ar 總計(jì) xi， 16/% 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)入液氮貯槽經(jīng)減壓后溶解在 液氮中的 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 離液氮 占 總 量 的 白 分?jǐn)?shù)。 水冷后分離液氮占總量的 %冷交，氨冷后分離液氮占總量的 %。 以貯槽進(jìn)口 lkmol 液體為計(jì)算基 準(zhǔn) ， 進(jìn) 口 液 體 的組成由下式計(jì) 算 : 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè)共 63 頁(yè) :。 X + X X 得到進(jìn)入氨貯槽的液氮組成匯入表 二 10。 表 210 氨貯撞的液氨組成 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) z2 u1% 當(dāng) t= ， P= 肘，計(jì)算得熱 平 衡常數(shù)歸入表 211。 K陽(yáng) 3 表 211 各組分的平衡常 數(shù) [6] Kαf4 KAr KH2 170 540 575 KN2 620 根據(jù)氣液平衡 L(j)= Z21./[1+(Vι)Kj]， 設(shè) (VIL)=，代 入 上式 得 : 出口液體氨含量 : LNH3=Z21， 陽(yáng) J[(l+(VIL)xk陽(yáng) 3]=(1+)= 出口液體甲燒含量 : L230。4=Z21， CHJ[ l+(VIL)xkα4]=(1+)= Kmol 出口液體氫含量 : L如 =Z21， Ari[ 1+(Vι)xk Ar]=(1+)= 出口 液體氫氣含量 : L陋 習(xí) 21， HzI[1+(VIL)xkH2]= 4/(1+)= Kmol 出口液體氮?dú)夂?: LN2=Z21， NzI[ 1+(VIL)xkN2]=(1+)= Kmol 所以得 ， 1價(jià) )=， V== 則 ， (VIL) 、 =V幾 .=， 誤 差 =()/=%， 假 定正確。 出口液體細(xì)分含量 : 出口液體氨含量 : X陽(yáng) 3=LNHJL=%=% 出口液體甲燒含量 : Xα4=Lα 出口液體氧含量 : xLA rtL=出口液體氫氣含量 : XHFLHzIL=畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè)共 63 頁(yè) 出口液體氮?dú)夂?: xNFLN:JL=將液氮貯槽出口液氮組分歸入表 212。 表 212 。，在氨貯槽出口液氨組分 (%) NH3 C Ar H2 N2 小計(jì) ) 出口弛放氣組分含量 : 弛放氣氨含 量 : YNJ也 =( rL陽(yáng) 3)N=()/%=% 弛放氣甲 :院含 量 : YCH4=( N=( 例)/%=% 弛放氣氧含 量 : YAF(Z21. ArLAr)N=()/ %=% 弛放氣氫氣含 量 : YH2=()N=()/ %=% 弛放氣氮?dú)夂?量 : YN2=(Z2 LN2)N=()/%=% 將出口馳放氣組分含量歸入表 213。 表 213 出口弛放氣組分含量 (%) NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 100 液氨貯 槽物料計(jì)算 以液氮貯槽出口一噸純液氮為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氮貯槽出口液體量 L19=()= 其 中 ， NH339。 3=L19NH3XX 19陽(yáng) 3= %= m3 CH4， ==%= m 3 Ar ， = XX = % = m3 H2 ， = % = 3 N2 39。 = % = 3 液氮貯槽出口弛放氣 ( V幾 ) = V2儼 9== m3 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè)共 63 頁(yè) 其 中 ， NH3 ， V20， 陽(yáng) 3=V20， 陽(yáng) 3XY20， 陽(yáng) 3= 59742 9$ 45253m3 C， V20，CH4=V20，α4XY20，C H4= % = m 3 Ar ， V20， A嚴(yán) V20ArXY20，如 = %= m 3 H2 ， V20，也 =V20，H2XY20， 日2= %= 3 N2 ， V20， N2=V20，N2)XY20，N2= % = m3 液氮貯槽 出 口 總物 料 =LJ9+ V2儼 += m3 液氮貯槽進(jìn)口液 體 : 由物 料 平 衡 ，入槽總物料 =出 槽 總 物 料 ，L2J=LI9+V20= m3 入口液 體 各組分含量計(jì) 算 : IA1，i= L19，i+V20，i 其 中 ， NH3， L2J ，陽(yáng)也 =+= m 3 Camp。， = + = m3 Ar ， 1 比 = + = m3 H2 ， += m3 N2 ， + = m3 入口液體中組分含量核算由， 入 口 液 體 中氨含 量 ， 入 口 液 體 中甲燒含 量 ， 入口液體中氧含量， 入口液體中氫氣含量 入口液體中氮?dú)夂? 入口液體中組分含量 x39。(21， i)= l， i 1 X39。 =X39。=X39。=X39。 X39。 X39。2J ， i:::::: z39。21， i 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)叭， 離開(kāi)該系統(tǒng)的物 料有放空氣 Vω 液氮貯槽弛放氣 V 弛，產(chǎn) 平 液氮 L氨。 由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表 214。 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè)共 63 頁(yè) 表 214 各組分的含量 組 成 yi/% 物料 NH3 H2 N2 CH4 Ar 氣 (液 )量 曠 新鮮氣 ) ∞ V J 放空氣 V J3 弛放 氣 (V20) 液氮 進(jìn)塔氣 V5 出塔氣 V8 根據(jù)物料平衡和元素平衡求 V V肌 V V8 (忽略產(chǎn)品液氮中溶解的氣體 ): 循環(huán)回路中氫平衡 : V1 YH2， J =V13Y凹 ， 13+V20YH2， 2川 /2XV13XY陽(yáng) 3， J3+3/2V2叫陽(yáng) ， 卻 +3/2L1擴(kuò) .._.._… _.._……… ① 循環(huán)回路中氮平衡 : V1 XYN2， 1=V13YN。13+V20Y隅 ， 20+1/2V13X Y陽(yáng) 3， 13+1/2V20Y陽(yáng) 3， 20+ /2L19… .._.._..…… @ 循環(huán)回路中惰性 氣 體 平 衡 : V1 ( Yα4+YAr)=V13(yc陽(yáng) ，13+YAr， 13)+V20(Y39。α4， 20+YAr， 20) V1(+)=V13(+)+V20(+) V1=+=+ 一 .._.._..… .._.._.._.._.._..._..…… … @ 循環(huán)回路中 氨 平 衡 : V8Y陽(yáng) 3， 8V5Y陽(yáng) 3， 5=L19+V13Y陽(yáng) 3， 13+V20Y陽(yáng) 3， 20 =++=+ … @ 循環(huán)回路中總物料體平 衡 : V5=V8+VIV曠 V20L19=V8+V1V曠 ……… ._..._..._..… … 一一 ⑤ 將 L19=， V20= 及己求 得 的 氣 體 組 成 代 入 式 ① 、 ②中聯(lián)立求解得 =+… … … … _.._.._..…… _.._..……………………… … ⑥ =+ …，………… .._.._.._.._..……………………………… … ⑦ 聯(lián)立①②③④⑤⑥⑦各式解 得 : V13=， V1=， vs=12786256m 3， V5= 進(jìn)出合成塔物料計(jì)算 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè)共 63 頁(yè) 3 、 m 、 一進(jìn)氣體 量 ， 其 中 : NH3， V5， 陽(yáng) 3=%= m 同 理 ， 、 Ct4， V5， α4= m Ar， V5， 均 = m3 H2， V5， 日 2= 3 N2， V5， N2= m3 3 一 出 、 二 進(jìn)氣體 量 ， V6=V7=V5= m 二 出氣體 量 ， V842783256m3 其 中 ， NH3， 巧 ， 陽(yáng) 3=VSX罰， 陽(yáng)3== 曠 同理 CH4， Vs， α4= m3 Ar， Vs， Ar= m3 H2， Vs， 由 = m3 N2， Vs， N2= m3 合成塔生成氨的含 量 : !1V陽(yáng) 3=町， 陽(yáng) 3V5，陽(yáng) 3 == m3 進(jìn)出廢熱鍋爐物料量 進(jìn)出熱交換 器 物 料 量 V9=Vs=12783256m3 進(jìn)出冷氣體 量 ， V6=V7 = 進(jìn)出熱氣體 量 ， VIO=V9= Vs= m3 進(jìn)出水冷器物料計(jì)算 V11=V10=12783256m3 進(jìn)出氨分離器物料計(jì)算 進(jìn) 口 氣 體 量 : Vll= 在 分 離器 中 ， 將 水冷器冷凝下來(lái)的液氮進(jìn) 行 分 離 ， 得到液 氮 ， 由 氣， 液 平 衡 得 : L= kmol 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè)共 63 頁(yè) m m m m m m 出 口 液氮 量 ， LlFV11 L42783256 = m3 出 口 氣 體 量 ， V1 2== m3 其 中 ， NH3， VI 2， 陽(yáng) 3= 3== 同 理 ， C14， = 3 Ar， 3 H2， V I2 膽 = m3 N2， V = 3 出口液體各 組 分 由 L1 = 其 中 ， NH3， Lll 陽(yáng) 3== m 3 Cfu， == m 3 Ar， == m3 H2， Lll 膽 == m3 N2， Lll， N2== m3 放空氣體 量 ， V I3= 冷交換器物料計(jì)算 進(jìn)器物 料 :進(jìn) 入 冷交換 器 的物 料 等于 氨 分 離 器 出 口氣體物料減去放空氣 量 ， 即 V14=V I 2V13== 曠 其 中 ， NH3， VI 4， 陽(yáng) 3== m3 CH4， V =V = m3 H2， V14 日 2== 3 N2， =V = 3 Ar， = 3 出 器 物 料 (熱氣 ): 設(shè)熱氣出口溫度 17 C ， 查 t=17 C ， P= 氣相平衡氨含量 y陽(yáng) 3=%， 計(jì)算 0 0 熱