【正文】 說明： 10%進入徑向催化劑層 %的冷激氣進入1f調節(jié)二軸床層 %的冷激氣進入2f調節(jié)三軸床層 c.0f由合成塔底經(jīng)中心管進入塔上部 0f冷激氣混合 ,經(jīng)中心管進入一床層進行合成反應 因此有如下計算： 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 40 每個催化劑層生成的3NH量 : 4 ?? ?出 口 氨 進 口 氨層 式（ ） 將已知數(shù)據(jù)代入式（ ）得： ? ????n tNHkmol 冷激氣的總量 : MK=V5247。=V/nF=(451 3600)=其中管道截面積： 42dF ?? 管內實際給熱系數(shù)： ɑ039。 /(i kJ mh? ??℃ ） 31M 按下式計算?m?： ???3131iiiiimMyMy?? ?? 式 () 先計算 ??????? iiMy ???? ? 則代入式（ ）得 ?????????? （m? .. ??? =??hkJ/(℃ ) 計算得cmT?= P?=MPa 則假對比參數(shù)為： ???? rpp ????? rTTrT 查《小氮肥工藝設計手冊》 [8]普遍化氣體對比導數(shù)系得：??? mr ??? 得 ????? ??hmkJ/(℃ ) 查《化工原理》 [9]附錄3得各組 分氣體在壓力下粘度如表 所示。則將已知數(shù)據(jù)代入式（ ）和（ ）相加得 ： =+ 式（ ）由式（ ）代入數(shù)化簡得： =+ 式（ ） 式（ ）與式（ ）聯(lián)立可得：1V = V13=3m 再將已知數(shù)據(jù)1V， V13代入式（ ）和式（ ）聯(lián)立解得： V5= V8=3 合成塔進出口物料衡算 1．入塔總物料量： V5 =3m， V5=V6=V7 由 V5,i=V5y5,i計算得合成塔入口各組分的量并列入下表： V5NH3= = V5H2= = V5N2= = V5AR= =4460123 V5CH4= = 表 合成塔入口各組分的體積3m（ 5點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 2． 出塔物料量： V8=3 由 V8,i=V8y8,i計算得合成塔出口各組分的量： V8NH3= = V8N2= = V8AR= = V8H2= = V8CH4=*= 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 24 表 合成塔出口各組分的體積3m（ 8 點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 沸熱鍋爐出口 廢熱鍋爐出口、熱交換器出口、冷交出口物料組成未發(fā)生變化與合成塔出口相同，即 98 VV?=V10=V11=3m 氨分離器物料量 ，分為氣相和液相兩股物料，即 V11=L18+V12(V12暫以氣體體積計 ) 按前面氨分離器氣液平衡算得： V12/V18=R（氣液比） R= 式（ ） V12+ L18=V11 = 式（ ） 由式（ ）與式（ ）聯(lián)立解得： 氨分離器出口液氨量： L18= 氨分離器出口氣體量： V12=3m 折成液體 L18= 17kg/mol1/= 由 V12,i=V12y12， i計算得氨分離器出口氣體組分體積 V12NH3= = V12N2= = V12Ar= = V12H2= = V12CH4= = 表 氨分離器出口氣體組分體積3m（ 12 點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 由ii yLL ,1818,18 ?計算得氨分離器出口液體各組分體積： L18NH3= = L18N2= = L18AR=內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 25 = L18H2= = L18CH4= = 表 氨分離器出口液體組分體積3m（ 18點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 冷交換器 物料衡算 1. 冷交換器入口氣、氨分離器出口氣、放空氣組成相同，即 y12,i=y13,i= y14,i 由工藝流程圖知進入冷交換器之前，有放空氣放出，所以 V14=V12 V13==3m 由 V14,i=V14y14,i 計算得冷交換器入口氣體各組分的量并列入下表： V14NH3= = V14H2= = V14N2= = V14CH4= = V14AR= = 表 冷交換器入口氣體組分體積3m（ 14點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 按 V13,i =V13y13,i計算得放空氣中各組分體積： V13NH3= = V13H2= = V13N2= = V13CH4= = V13AR= = 表 放空氣各組分體積 （ 13 點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 2． 按 V1,i=V1y1,i計算得補充氣中各組分體積： V1H2= = V1CH4= = V1N2= = V1AR= = 表 補充氣各組分體積3m（ 1點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 26 體積 1. 按 V15,i=V2,iV1,i計算得冷交換器出口氣體各組分體積： V15NH3== V15H2== V15CH4== V15N2== V15AR== 表 氨冷器出口氣體各組分體積3m（ 2點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 表 新鮮氣體各組分含量（ 1點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 表 冷交換器出口氣體各組分體積3m（ 15點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 L18=V15－ V14=3m，按 L18,i=L18x18,i計算其中各組分體積： 表 冷交換器出口液氨各組分體積3（ 17 點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 （均以標準狀況下氣體體積計） 進入儲槽的液氨量： L19=L17+L18=3m 儲槽中排出產(chǎn)品液氨的量： L21=L19― V20=3 結果與計算基準基本一致。 由式（ ）計算得液氨貯槽出口產(chǎn)品液氨組分含量： 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 20 表 液氨貯槽出口產(chǎn)品液氨組分含量（ 21點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) % % % % % 100% 按式（ ）計算得馳放氣組分含量： 表 弛放氣組分含量（ 20 點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) % % % % % 100% 液氨貯槽物料衡算 以液氨貯槽出口 1t純液氨為基準，折成標準狀況下的氣體體積，以3m為單位計，則 L21=31000 /17 / m kmolkg mol? ?=3m 按式 L21,i=ixL ,2121計算得液氨貯槽中各組分物質的量并列入下表： 表 液氨貯槽中各組分體積3m（ 21 點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 按 V/L= 計，則液氨貯槽弛放氣體積 ： V20== 按 V20,i=V20y20,i 計算得弛放氣中各組分體積： 表 弛放氣中各組分體積 （ 20點） 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計算得： 表 液氨貯槽入口各組分體積 （ 19點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 體積 總計： L? ??? 7,1919 iLm3L19， = ∑ L19,I=3m 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 21 入口物料組分核算 由??? 19,19,19 LLx ii計算，計算結果列入下表： 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數(shù)（ 19點） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) % % % % % 100% 結 果ix,19?與i,19基本相等。 查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊 下冊》 【 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 由氣液平衡關系式（ ）計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） 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計 摩爾分數(shù) % % % % % 100% 液氨貯槽馳放氣和液相組成計算 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解析出來和部分氨的蒸氣形成弛放氣。 液相總量： 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 16 L=iL? 式（ ） 液相組分的摩爾分數(shù)： xi=iLL 式（ ） 氣體總量 V=FL=1L 式（ 含量按式（ ）計算或按下式計算 yi=iVV=iiFLV? 式 () 對于以上各式求解，需用試差法，現(xiàn)采用直接迭代，按下述步驟進行： a. 根據(jù)經(jīng)驗，先假設一個 V/L值； b. 按已知操作條件（溫 度，壓力）從手冊中查取向平衡常數(shù) mi； c. 將假設的 V/L值和 mi代入式（ ），計算出 Li； d. 按式（ ）求得 L； 按式（ ）和（ ）求得 xi， yi； 按式（ ）計算 V，進而算出 V/L； e. V/L 計算值與假定值比較，如果誤差較大，以計算值作為假定值，重復計算，直至誤差在允許范圍內為止。 氨生成量：根據(jù)反應式，在合成塔內，氣體總物質的量的減少，應等于生成氨的物內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 14 質的量，由氣體摩爾流量方程 和組分摩爾流量平衡得： 生成的氨的物質的量： 3,553,883 NHNHNH ynynn ?? 總物質的量的減少量： 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——— 入口氣總物質的量， ； 8——— 出口氣總物質的量， ； 3,5NHy——— 合成塔入口氨，摩爾分數(shù)； 3,8——— 合成塔出口氨，摩爾分數(shù)； 將已知數(shù)據(jù)代入上式： 3NHn= 3,83,53,85 1 )(NHNHNHy yyn ? ?= )(100 ? ??=kmol 出口氣總物質的量 :