【正文】 6== (7)合成塔二出氣體帶出熱量8當(dāng)t=370 oC P=30MPa表25 t=60C P=30MPa混合氣體各組分比熱容N2H2CH4ARNH3氣體含量各組分分壓Mpa各組分在56度Cp′Cp8=(kmol. oC) ∴8= V8Cp8t8 ==6 571 (8)合成塔熱損失根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式損=awFw(tw –tB),設(shè)塔壁溫度tw=63 oC，空氣溫度57oC，塔外壁高 h′=20m ,外徑D= 。）= 53 (Kmol所以5=4=868 （4）氣體反應(yīng)熱R設(shè)合成塔二出溫度370 oC假定氣體在塔內(nèi)先溫升至出口溫度后再進(jìn)行氨合成反應(yīng)?！姹?2 t4=38℃，p=30Mpa時(shí)的常壓下各組分比熱容并計(jì)算得N2H2CH4ARNH3氣體含量各組分分壓Mpa各組分在30度Cp′ Cp′=(Kmol?℃)誤差= ==%計(jì)算正確。混合后氨冷器入口熱氣溫度26℃。 查t14=25℃，p=30Mpa時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得：表15t14=25℃，p=30Mpa時(shí)的各組分比熱容NHCHArNH氣體含量各組分分壓Mpa各組分在25度Cp′Cp′=（kmol N2 L19N2 = L 21N2–L 20N2 ==179。 Ar L19AR = L 21AR–L 20AR ==179。其中：NH3 L19NH3=L21NH3–L20NH3==179。 N2 V20N2 ==179。 Ar V20AR ==179。其中：NH3 V20 NH3 ==179。 N2 L21N2 =+=179。 Ar L21AR =+=179。各組分物料含量：L 21i = L 15i + L 16i其中：NH3 L21 NH3 =+=179。 N2 L16N2 ==179。 Ar L16AR ==179。其中：NH3 L16 NH3 ==179。 N2 L15N2 ==179。 Ar L15AR ==179。其中：NH3 L15 NH3 ==179。 N2 V3N2 ==179。 Ar V3AR ==179。其中：NH3 V3 NH3 ==179。出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進(jìn)口總物料減去冷凝液體量?！? 代入（3）式得 由可求出冷交換器冷凝液體量 ?！? =+=179。 179。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 將代入上式，得式中的可由物料平衡和氨平衡計(jì)算式中—冷交入口總物料；—冷交熱氣出口總物料；—冷交入口總氨物料；179。其中氣體入口V2 =179。各組分百分含量y2i=V2i /V2其中：NH3 y2 NH3 = CH4 y2CH4 =Ar y2AR = H2 y2H2 =N2 y2N2 =出器總物料= V2 + L 2NH3 =+=179。 H2 V2H2 =V18H2=179。 CH4 V2CH4 =V18CH4=179。氨冷器出器氣體量：V2=V18 –b==179。則氨冷器中冷凝液氨量：L18= V18–b ==179。出器物料：﹪，設(shè)出器氣體中氨含量為b m179。各組分百分含量y18i=V18i /V18其中：NH3 y18 NH3 =CH4 y18CH4 = Ar y18AR = H2 y18H2 = N2 y18N2 =進(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量：L 18= L 18NH3 = L 17NH3 =179。 H2 V18H2 =+=179。 CH4 V18CH4 =+=179。V18（進(jìn)器氣體物料）=V1+V17=+=179。 H2 V1H2 ==179。其中：CH4 V1CH4 ==179。出口總氣量：V17=V14–L17NH3== m179。 = V14H2= m179。 = = m179。冷交換器熱氣冷凝液氨量為：L 17NH3=V14NH3 –a== m179。出口物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17℃，查t=17℃，p=30Mpa，氣相中平衡氨含量=﹪，計(jì)算熱氣出口冷凝液氨量時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體。 H2 V14H2 == m179。 CH4 V14CH4 == m179。 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== m179。 H2 V13H2 == m179。 CH4 V13CH4 == m179。 ，氨分離器出口氣體放空V13= m179。出器氣體：V12 = V11出= m179。即V11 = V11出+L 11出=+= m179。 N2 L11N2 == m179。Ar L11AR == m179。出器液體各組分由L 11i = V8i – V11i 其中 NH3 L11 NH3 == m179。 H2 V11H2 == m179。 CH4 V11CH4 == m179。 V 11出== m179。進(jìn)器物料：水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器熱氣進(jìn)出物料，即V10入= m179。 合成塔生成氨量： VNH3 = V8NH3V5NH3 == m179。 H2 V8H2 == m179。 CH4 V8CH4 == m179。出塔物料： V8 = m179。 N2 V5N2 = = m179。 Ar V5AR = = m179。其中 NH3 V5 NH3 = = m179。 V出= m179。 V補(bǔ)= m179。入口液體中組分含量核算，由m’0i=得： 入口液體中氨含量： ==入口液體中甲烷含量：== 入口液體中氬含量：== 入口液體中氫含量：==入口液體中氮含量：== 即 合成系統(tǒng)物料計(jì)算 合成系統(tǒng)物料計(jì)算將整個(gè)合成看做一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充氣V補(bǔ)，離開該系統(tǒng)的物料有放空氣V放，液氨貯槽馳放氣V馳，產(chǎn)品液氨L氨，如右圖所示：由前計(jì)算數(shù)據(jù)列入下表表14名稱氣量補(bǔ)充氣—V補(bǔ)放空氣V放弛放氣液氨入塔氣V入出塔氣V出 根據(jù)物料平衡和元素組分求：V補(bǔ)，V放，V出，V入 。 氮 L21N2=+= m179。 氬 L21Ar=+= m179。 入口液體各組分含量計(jì)算 L21i=L19i+L20i其中：氨 L21NH3=+= m179。液氨儲(chǔ)槽出口總物料=L19+V20=+=179。氫 V20H2=V20y20H2=%= m179。 甲烷 V20CH4=V20y20CH4=%= m179。 液氨儲(chǔ)槽出口弛放氣 （）= V20=== m179。 氫 L19H2=L19x19H2= m179。 甲烷 L19CH4=L19x19CH4= m179。 L19=Nm179。 G%= =%，%。表8 t=10℃，P=17Mpa的平衡常數(shù)KNH3KCH4KARKH2KN2冷交換器出口液體組分含量 出口液體中氨含量： XNH3==出口液體中甲烷含量：XCH4==出口液體中氬含量：XAR==出口液體中氫含量：XH2==出口液體中氮含量：XN2==表9 冷交換器出口液體含量NH3CH4ARH2N2合計(jì)100 液氨儲(chǔ)槽氣液平衡計(jì)算由于氨分離器出口分離液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨儲(chǔ)槽，經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解析，即弛放氣。由氣液平衡原理： Fm(i)=Vy(i)+Lx(i)=m(i) ( 1 ) K(i)=, (K(i)——組分i平衡常數(shù)) （2）將（2）式代人（1）式得： =K(i)+1 ==L(i) (3)L= (4)液體組分：X(i)= (5)V=FL=1L (6)氣體組分： y(i)== (7)計(jì)算氣、液組分的步驟為：首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)（V/L）值，查操作條件下的（t，P）平衡常數(shù)（Ki）代入（3）計(jì)算L（i），然后根據(jù)（4）（5）（6）式計(jì)算（V/L）值，將假定值與計(jì)算值進(jìn)相比較直至在誤差允許的范圍內(nèi)。根據(jù)氣液平衡原理，以1Kmol進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)，即F=1Kmol。 ==% 氨分離器氣液平衡計(jì)算設(shè)氨分離器進(jìn)口氣液混合物F，進(jìn)口物料組分m(i)；分離氣相組分y(i),氣量V。冷交換器及氨冷器中溶解在液氨中的氣量均忽略不計(jì)）（6） 精煉氣溫度：35 ℃（7） 水冷器冷卻水溫度：25℃（8） 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差：（9） 年工作日：330天（10） 計(jì)算基準(zhǔn)：生產(chǎn)一噸液氨。自冷凝塔二次出口的循環(huán)氣其中一部分進(jìn)入合成塔上部一次入口，氣體沿著內(nèi)件與外箱間環(huán)隙向下冷卻塔壁后，進(jìn)入下部換熱器管外，另一部分循環(huán)氣直接進(jìn)入塔外氣氣換熱器冷氣入口，通過管外并與管內(nèi)廢鍋口出來氣體換熱后，設(shè)有副線氣流分成四股，其中二股作為冷凝氣分別從塔頂進(jìn)入菱形分布器和層間換熱器，一股為塔底副線，另一股進(jìn)入合成塔下部二次入口與一次入口氣體混合，通過下部熱交換器與管內(nèi)氣體換熱后與塔底副線氣混合，由內(nèi)中心管進(jìn)入第一軸層反應(yīng)，反應(yīng)后氣體與塔頂引入的第一冷凝氣混合進(jìn)入第二軸向?qū)臃磻?yīng)氣體進(jìn)入層間換熱器管內(nèi)與第二冷凝氣換熱降低氣體溫度進(jìn)入徑向?qū)?，第二冷凝氣換熱后提高自身溫度進(jìn)入外中心管與內(nèi)中心管，氣體混合進(jìn)入第一軸向?qū)?，徑向?qū)幼岳锵蛲鈴较蛄鞒觯ㄟ^整個(gè)觸媒層進(jìn)入下部換熱器管內(nèi)，與管外換熱后出塔進(jìn)入廢鍋爐，與脫氧水換熱副產(chǎn)品，,氣體溫度降低到217 ℃以下,進(jìn)入氣氣換熱器,氣流經(jīng)與管外氣體換熱器降溫后進(jìn)入水冷器,后進(jìn)入循環(huán)機(jī),補(bǔ)充壓力,經(jīng)濾油器除去油圬后,進(jìn)入冷凝塔上部的熱交換器,出熱交換器后與新鮮氣混后開始下一個(gè)循環(huán)。 合成工段工藝流程簡述由高壓機(jī)送來的新鮮氣與冷凝塔一次出口循環(huán)氣混合送入氨冷器，在氨冷器內(nèi)，氣體走管內(nèi)，液氨走管外，由于液氨的蒸氣吸取熱量，氣體被進(jìn)一步冷卻，并使氣體中部分氣氨冷凝管外蒸氣的氣氨經(jīng)沫除器分離掉液氨后，去氨氣柜或硝銨車間。液氨在氨分離器中與循環(huán)氣體分開，減壓送入貯槽。本設(shè)計(jì)采用冷凝法。在中期活性降低，操作溫度應(yīng)比初期適當(dāng)提高8~10 ℃。反應(yīng)溫度的控制還與催化劑的使用時(shí)間有關(guān)。就整個(gè)反應(yīng)過程來說，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率不斷增加，最佳溫度隨轉(zhuǎn)化率增加而降低。反應(yīng)溫度不能低于活性溫度，在活性溫度范圍內(nèi)選用較低溫度，也有利于延長催化劑的使用壽命。而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性范圍內(nèi)。實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮反應(yīng)速率的要求。合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高