【正文】 入、V出、V補(bǔ)、V放 循環(huán)回路中氮平衡: V補(bǔ)yN2補(bǔ)=V放yN2放＋V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+1/2V弛yNH3弛+1/2LNH3 循環(huán)回路中氫平衡： 循環(huán)回路中惰性氣體平衡:V出yNH3出－V入yNH3入=V放y放+V弛y NH3弛+LNH3 － = V放++ 循環(huán)回路中惰性氣體平衡: V補(bǔ)(yCH4補(bǔ)+yAr補(bǔ))=V弛(yCH4放+yAr放)+V弛(yCH4弛+yAr弛) V補(bǔ)（ +）= V弛（+）+（+） V補(bǔ)= V弛 + 循環(huán)回路中總物料體平衡: V入=V出 + V補(bǔ) V放 V弛 LNH3= V出 + V補(bǔ) V放 聯(lián)立以上方程解得： V入= m3 ； V出 = m3 ；V補(bǔ)= m3 ；V放= m3 入塔物料：V5= m3 其中NH3：V5，NH3= %= m3 CH4：V5，CH4=12%= m3 H2：V5，H2=%= m3 N2：V5，N2=%= m3 Ar：V5，Ar= 3%= m3熱交換器和冷氣的進(jìn)出口物料等于合成塔入塔物料：則V5=V6=V7= m3出塔物料V8= m3其中NH3：V8，NH3= 16%= m3 CH4：V8，CH4=%= m3 H2：V8，H2=%= m3 N2：V8，N2=%= m3 Ar：V8，Ar= %= m3合成塔中生產(chǎn)的氨含量：ΔVNH3=V8，NH3V5，NH3 === 可得到V8=V9=V10= m3 水冷器物料計(jì)算出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計(jì)算得氣液比進(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= m3有如下方程: V11，出/L11，出=(V/L)= 則V11，出=，出 V11，出+L11，出=L10入= 由以上兩個(gè)方程得L11，出= m3 ；V11，出= m3出口的氣體組分根據(jù)V11i=V11出y11i可知：其中NH3：V11，NH3=%= m3 CH4：V11，CH4=%= m3 H2：V11，H2=%= m3 N2：V11，N2=%= m3 Ar：V11，Ar=%= m3出口的液體各組分根據(jù)L11i=V8iV11i可知其中NH3：L11，NH3= = m3 CH4：L 11，CH4= = m3 H2：L11，H2= = m3 N2：L11，N2= = m3 Ar：L11，Ar= = m3 氨分離器物料計(jì)算 進(jìn)氨分離器物料：它的進(jìn)器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料則V11=V11，出+L11，出=+= m3出氨分離器物料： 出器氣體；出器液體氨分離器出口的氣體放空量V13= m3其中NH3：V13，NH3=%= m3 CH4：V13，CH4=%= m3 H2：V13，H2=%= m3 N2：V13，N2=%= m3 Ar：V13，Ar=%= m3 進(jìn)冷交換器物料：進(jìn)器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量V14=V12V13== m3 其中NH3：V14，NH3=%= CH4：V14，CH4=%= H2：V14，H2=%= m3 N2：V14，N2=%= m3 Ar：V14，Ar=%= m3 出冷交換器物料（熱氣）：假定熱氣出口的溫度為17℃，查資料得t=17℃, P= NH3=%，忽略溶解于液氨中的氣體，取過(guò)飽和度為10%，則計(jì)算熱氣出口冷凝氨為V17，NH3=%=% 設(shè)定熱氣出口氨的體積是x，則x/（++x）= 解得x= m3 則L17，NH3=V14，NH3x= = m3 冷交換器的熱氣出口的氣含量與組分： 其中NH3：V17，NH3= V14，NH3L17，NH3== m3 CH4：V17，CH4= V14，CH4 = H2：V17，H2= V14，H2 = m3 N2：V17，N2= V14，N2= m3 Ar：V17，Ar= V14，Ar= m3 出口的總氣量V17=V14L17NH3== m3 出口的氣體各組分： 其中NH3：V17，NH3/ V17100％ =100％=％ CH4：V17，CH4/ V17100％=100％=％ H2：V17，H2/V17100％=100％=％ N2：V17，N2/V17100％=100％=％ Ar：V17，Ar/ V17100％=100％=％ 氨冷器物料計(jì)算 氨冷器的進(jìn)器物料：它的進(jìn)器物料等于冷交換器出器物料再加上補(bǔ)充新鮮氣的物料V1= m3其中CH4：V1，CH4== m3 H2：V1，H2== m3 N2：V1，N2== m3 Ar：V1，Ar== m3 V18（進(jìn)器氣體物料）=V1+V17=+= m3進(jìn)器氣體的各組分含量根據(jù)V18i=V1i+V17i其中NH3：V18，NH3= V17，NH3= m3 CH4：V18，CH4=+= m3 H2：V18，H2=+= m3 N2：V18，N2=+= m3 Ar：V18，Ar=+= m3各組分的百分比y18i=V18i/V18其中NH3：y18，NH3=100％=％ CH4：y18，CH4=100％=％ H2：y18，H2=100％=％ N2：y18，N2=100％=％ Ar：y18，Ar=100％=％進(jìn)氨冷器的液體等于冷交換器冷凝的液氨量L18=L18，NH3=L17，NH3= m3進(jìn)入氨冷器的總物料為V18+L18=+= m3出氨冷器的物料：％，假定出器的氣體中氨的含量是y m3，則y/(）=％ 解出 y= m3那么氨冷器中的冷凝液氨量為L(zhǎng)′18，NH3=V18，NH3y== m3氨冷器出口的氣量：V2=V18y== m3氨冷器出口的總液氨量：L2，NH3=L18，NH3+L′18NH3=+= m3其中NH3：V2，NH3= m3 CH4：V2，CH4= V18，CH4= m3 H2：V2，H2= V18，H2= m3 N2：V2，N2= V18，N2= m3 Ar：V2，Ar= V18，Ar= m3各組分的百分比含量：y2i=V2i/V2其中NH3：y2，NH3= 100％=％ CH4：y2，CH4=100％=％ H2：y2，H2=100％=％ N2：y2，N2=100％=％ Ar：y2，Ar=100％=％ 冷交換器物料計(jì)算冷交換器進(jìn)口物料：它的進(jìn)口總物料等于氨冷器的出口總物料，氣體的入口V2= m3；液體的入口L2，NH3= m3假定以11Kmol為進(jìn)口物料計(jì)算基準(zhǔn)，那么由氣液平衡計(jì)算得F=1V + L= F因?yàn)閥NH3=，xNH3=LxNH3+VyNH3=FmNH3V=（xNH3 mNH3）/（xNH3 yNH3）= mNH3/mNH3可根據(jù)物料平衡與氨平衡計(jì)算mNH3=V2NH3/V2V2′=V1+V17′ V17′=V8V13L15V2，NH3′=V2，NH3+L17，NH3+L18，NH3′其中V2，NH3′————冷交換器入口總氨物料 V2′ ————冷交換器入口總物料 V17′————冷交換器熱氣出口總物料把V8= m3，V13= m3，L15= m3代入以上式子解得V17′= m3，則V2′=+= m3V2，NH3′= ++= m3所以mNH3= V2，NH3′/ V2′=（3）中可得：V= ，則L=1V=，（L/V）=根據(jù)（L/V）就求出冷交換器中冷凝液體量為（L16/V3）=（L/V）=那么冷凝液體量 L16= V3== m3出器的物料：冷交換器出口的氣體物料等于進(jìn)口的總物料減去冷凝液體量V3== m3其中NH3：V3，NH3= ％= m3 CH4：V3，CH4=12％= m3 H2：V3，H2= ％= N2：V3，N2=％= Ar：V3，Ar= 3％= m3誤差=（V3V5）/V5 100％=％氨分離器中的液氨百分比：A分％=L15x15/(L15+L16x16)100％ =（+）100% =％冷交換器分離出液氨的百分比為A冷％=1A分％=％誤差=（A′A分）/A′=％進(jìn)槽物料冷交換器進(jìn)槽物料：L16= m3其中NH3：L16，NH3== m3 CH4：L 16，CH4== m3 H2：L16，H2= = m3 N2：L16，N2== m3 Ar：L16，Ar== m3氨分離器的入槽液體L15= m3其中NH3：L15，NH3== m3 CH4：L 15，CH4== m3 H2：L15，H2= = m3 N2：L15，N2== m3 Ar：L15，Ar== m3進(jìn)入槽內(nèi)的混合料L21= L16 +L15= += m3其中NH3：L21，NH3=+= m3 CH4：L21，CH4=+= m3 H2：L21，H2= += m3 N2：L21，N2=+ = m3 Ar：L21，Ar=+= m3百分含量為x21i=L21i/L21其中NH3：x21，NH3=100％=％ CH4：x21，CH4=100％=％ H2：x21，H2= /100％=％ N2：x21，N2= /100％=％ Ar：x21，Ar=100％=％出槽的物料：液氨貯槽出口的弛放氣為V20= m3其中NH3：V20，NH3== m3 CH4：V20，CH4== m3 H2：V20，H2= = m3 N2：V20，N2== m3 Ar：V20，Ar= = m3出口的液氨總物料為L(zhǎng)19=L21L20== m3其中NH3：L19，NH3== m3 CH4：L19，CH4== m3 H2：L19，H2= = m3 N2：L19，N2== m3 Ar：L19，Ar== m3各組分的百分含量為x19i=L19i/L19其中NH3：x19，NH3=100％=％ CH4：x19，CH4=100％=％ H2：x19，H2=100％=％ N2：x19，N2=100％=％ Ar：x19，Ar=100％=％液氨的產(chǎn)量核算有：mNH3=17=≈1000Kg 物料衡算結(jié)果匯總把上面的全部計(jì)算結(jié)果匯總見表312：表312 物料計(jì)算匯總表 裝置 單位 NH3 CH4 H2 N2 Ar 總計(jì)氨冷器出口（氣體）2摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/t(NH3) m3/h kmol/h冷交換器冷氣出口5摩爾分?jǐn)?shù)%123100m3/t(NH3) m3/h kmol/h合成塔一次入口7摩爾分?jǐn)?shù)%123100m3/t(NH3) m3/h kmol/h合成塔二次出口10摩爾分?jǐn)?shù)%16100m3/t(NH3)