【正文】 產(chǎn)品液氨 馳放氣 液氨貯槽入口 熱量核算 交換器熱量核算 (1) 熱氣進(jìn)口溫度 t1 冷交換器的熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題目已知條件可知 t1=35℃ (2) 冷氣進(jìn)口溫度 因合成塔入口的氨含量在 %，故為了保證合成塔入口氨含量，出氨冷器氣體的氨含量必須小于或等于 %，設(shè)過(guò)飽和度為 10%，則在該冷凝器溫度下的平衡氨含量 為 ：3NH0 . 0 0 2 5y 1 0 0 % 2 . 2 7 %1 . 1? ? ? 查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖平衡氨含量為 %時(shí)的冷凝溫度 t2=10℃ ，故冷氣進(jìn)口溫度等于 10℃ (3) 熱氣體帶入熱量 熱氣體在反應(yīng)器內(nèi)處于氨飽和區(qū)內(nèi)，在計(jì)算氣體比熱容時(shí)先求常壓比熱容，然后用壓力校正的辦法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容。 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) 表 214 各組分的 含量 物料 組 成 yi/% 氣 (液 )量 m3 NH3 H2 N2 CH4 Ar 新鮮氣 一 V1 放空氣 V13 弛放氣 (V20) 液氨 進(jìn)塔氣 V5 出塔氣 V8 根據(jù)物料平衡和元素平衡求 V V1 V V8（忽略產(chǎn)品液氨中溶解的氣體）： 循環(huán)回路中氫平衡： V1yH2,1=V13yH2,13+V20yH2,20+3/2V13y NH3,13+3/2V20y NH3,20+3/2L19┉┉┉┉┉┉┉┉┉① 循環(huán)回路中氮平衡 : V1y N2,1=V13yN2,13+V20yNH3,20+1/2V13y NH3,13+1/2V20yNH3,20+1/2L19┉┉┉┉┉┉┉┉┉② 循環(huán)回路中惰性氣體平衡 ： V1（ yCH4+yAr)=V13(yCH4,13+yAr,13)+V20(yCH4,20+yAr,20) V1(+)=V13(+)+V20(+) V1=+=+ ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉③ 循環(huán)回路中氨平衡 : V8yNH3,8V5yNH3,5=L19+V13yNH3,13+V20yNH3,20 =++=+ ┉┉┉┉┉┉④ 循環(huán)回路中總物料體平衡 : V5=V8+V1V13V20L19 =V8+┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉⑤ 將 L19=， V20= 及已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= m3， V1= m3， V8= m3， V5= m3 進(jìn)出合成塔物料計(jì)算 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 63 頁(yè) 一進(jìn)氣體量 ， V5= m3` 其中 ： NH3， V5， NH3=%= m3` 同理 ， CH4， V5， CH4= m3` Ar， V5， Ar= m3` H2， V5， H2= m3` N2， V5， N2= m3` 一出、二進(jìn)氣體量 ， V6=V7=V5= m3 二出氣體量 ， V8= m3 其中 ， NH3， V8， NH3=V8y 8,NH3== m3 同理 CH4， V8， CH4= m3 Ar， V8， Ar= m3 H2， V8， H2= m3 N2， V8， N2= m3 合成塔生成氨的含量： ΔVNH3=V8,NH3V5,NH3 == m3 進(jìn)出廢熱鍋爐物料量 V9= V8= m3 進(jìn)出熱交換器物料量 進(jìn)出冷氣體量 ， V6=V7 = m3 進(jìn)出熱氣體量 ， V10=V9= V8= m3 進(jìn)出水冷器物料計(jì)算 V11=V10= m3 進(jìn)出氨分離器物料計(jì)算 進(jìn)口 氣體量 ： V11= 在分離器中，將水冷器冷凝下來(lái)的液氨進(jìn)行分離，得到液氨，由氣 液平衡得： L= kmol 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 63 頁(yè) 出口液氨量 ， L15=V11L= = m3 出口氣體量 ， V12== m3 其中， NH3， V12,NH3=V12y 12， NH3== m3 同理 ， CH4， V12,CH4= m3 Ar， V12,Ar= m3 H2， V12,H2= m3 N2， V12,N2= m3 出口液體各組分由 L11,i=V8,iV12,i 其中， NH3， L11,NH3== m3 CH4， L11,CH4== m3 Ar， L11,Ar== m3 H2， L11,H2== m3 N2， L11,N2== m3 放空氣體量 ， V13= 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=V12V13== m3 其中， NH3， V14,NH3=V14= m3 CH4， V14,CH4=V14= m3 H2， V14,H2=V14= m3 N2， V14,N2=V14= m3 Ar， V14,Ar=V14= m3 出器物料（熱氣）： 設(shè)熱氣出口溫度 17℃ ，查 t=17℃ ， P= 氣相平衡氨含量 yNH3=%，計(jì)算熱氣出口冷凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體，取飽和度 10% 故 ， y17,NH3=%=% 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 63 頁(yè) 設(shè)熱氣出口氨濃度為 a，則： a 0 .0 6 4 91 2 1 2 4 .5 8 7 1 1 4 6 .1 3 7 a ??? 解得 ， a= m3 則 L17,NH3=V14,NH3a== m3 冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中 ， NH3， V17NH3= V14NH3L17NH3= = m3 CH4， V17,CH4= V14CH4 = m3 Ar， V17,Ar=V14Ar= m3 H2， V17,H2= V14H2 = m3 N2， V17,N2= V14N2= 出口總氣量 ， V17=V14L17NH3= = m3 出口氣體各組分： NH3， V17NH3/V17= 100%=% CH4， V17CH4/V17=100%=% Ar， V17Ar/V17=100%=% H2， V17H2/V17= 100%=% N2， V17N2/V17= 100%=% 氨冷器物料計(jì)算： 進(jìn)器物料：氨冷器進(jìn)器物料等于冷交換器出器物料加上補(bǔ)充新鮮氣物料 V1= 其中， CH4 ， V1,CH4== Ar， V1,Ar== H2， V1,H2= = N2， V1,N2= = V2=V18=V17+V1=+= m3 進(jìn)器氣體組分含量 ， V18,i=V1,i+V17,i NH3， V18,NH3= V17,NH3= CH4， V18,CH4= + = 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 63 頁(yè) Ar， V18,Ar=+ = H2， V18,H2= += N2， V18,N2= + = 注：冷交換器出口的熱氣體的組成 yi,17,即為放空氣組成以， yi， 13 所以有 1 7 i , 1 7 1 i , 1 i , 1 7 i , 1i , 1 8 18V y + V y 1 2 1 2 4 . 5 8 7 y + 2 1 8 3 . 6 8 0 yy = =V 1 4 3 0 8 . 2 6 7?? 由上式可求得氨冷器氣體組成 其中 ， NH3， y18,NH3= H2， y18,H2 = N2， y18,N2= CH4， y18,CH4 = Ar， y18,Ar= 進(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量 L18=L18,NH3=L17,NH3= m3 進(jìn)器總物料＝ V18+L18= + = 出器物料：已知出器氣體中氨含量為 %，設(shè)出器氣體中氨含量為 b m3 b/()=% 解得 ， b= 則氨冷器中冷凝液氨量： L′18,NH3=V18,NH3b== 氨冷器出口總液氨量 :L2NH3=L18NH3+L′18,NH3=+= 氨冷器出口氣量 :V2=V18 L′18,NH3= = 其中， NH3， V2,NH3= CH4， V2,CH4= V18,CH4= m3 Ar ， V2,Ar= V18,Ar= H2， V2,H2= V18,H2= N2， V2,N2= V18,N2= 各組分百分含量 ， y2,i=V2i/V2 NH3， y2,NH3=100%=% CH4， y2,CH4=% 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 63 頁(yè) Ar， y2,Ar=% H2， y2,H2=% N2， y2,N2= 出器總物料 =V2+L2NH3= + = 將氨冷器出口氣體組成 歸入表 215。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) V1， 離開(kāi)該系統(tǒng)的物料有放空氣 V13，液氨貯槽弛放氣 V 弛 ，產(chǎn)平液氨 L 氨 。21,N2= 100﹪ =% 入口液體中組分含量 x180。21,Ar=100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 x180。21,NH3=100﹪ =﹪ 入口液體中甲烷含量 ， x180。 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 以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量 L19=1000(17)= 其中 ， NH3 ， L19,NH3=L19NH3x 19NH3=﹪ = m3 CH4， L19,CH4=L19,CH4x 19,CH4=﹪ = m3 Ar ， L19,Ar=L19,Arx 19,Ar=﹪ = m3 H2 ， L19,H2=L19,H2x 19,H2=﹪ = N2 ， L19,N2=L19,N2x 19,N2=﹪ = 液氨貯槽出口弛放氣（ V/L） = V20=L19== m３ 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 63 頁(yè) 其中 ， NH3 ， V20,NH3=V20,NH3y 20,NH3=﹪ = m3 CH4， V20,CH4=V20,CH4y 20,CH4= ﹪ = m3 Ar ， V20,Ar=V20Ary 20,Ar= ﹪ = m3 H2 ， V20,H2=V20,H2y 20,H2= ﹪ = N2 ， V20,N2=V20,N2)y20,N2= ﹪ = m3 液氨貯槽出口總物料 =L19+ V20=+= m3 液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料 =出槽總物料， L21=L19+V20= m3 入口液體各組分含量計(jì)算 ： L21,i= L19,i + V20,i 其中 ， NH3， L21,NH3=+= m3 CH4， L21,CH4= + = m3 Ar ， L21,Ar= + = m3 H2 ， L21,H2= += m3 N2 ， L21,N2=+ = m3 入口液體中組分含量核算由 ， x180。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=100%=% 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100%=% 出口液體氬含量： xAr=LAr/L=100%=% 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100%=% 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) 出口液體氮?dú)夂浚? xN2=LN2/L=100%=% 將液氨貯槽出口液氨組分歸入表 212。 表 210 氨貯槽的液氨組成 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) z21,i/% 當(dāng) t=17℃ ， P= 時(shí)，計(jì)算得熱平衡常數(shù) 歸入表 211。 水冷后分離液氨占總量的 %冷交，氨冷后分離液氨占總量的 %。 表 29 冷交換器出口液體組分含量 組分 NH3 H2 N2 CH4 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)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣 。 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) 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=10℃ ， p= 下查得，見(jiàn)表 28。 表