【正文】 放空 油分離器 循環(huán)機(jī) 冷交換器 氨分離器 新鮮氣 弛放 液氨儲(chǔ)槽 氨冷器 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 11 .—— 精煉氣 .—— 合成氣； 13—— 放空氣 20—— 弛放氣 —— 液氨 圖 41 計(jì)算物料點(diǎn)流程 物料衡算 合成塔物料衡算 （ 1）合成塔入口氣組分： 入塔氨含量 : y5NH3=％ 。 從而可計(jì)算出液體中各組分含量： 液體中氨含量： xNH3=LNH3/L= 100％ =％ 液體中氬含量： xAr=LAr/L= IOO％ =％ 液體中甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％ =％ 液體中氫含量 : xH2=LH2/L= 100％ =％ 液體中氮含量： xN2=LH2/L= 100％ =％ 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 13 表 47 氨分離器出口液體含量 NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 分離氣體組分含量： 氣體氨含量： yNH3=［ mNH3LNH3］ /V=％ 氣體甲烷含量： yCH4=［ mCH4LCH4］ /V=％ 氣體氬含量： yAr=［ mArLAr］ /V=％ 氣體氫含量： yH2=［ mH2LH2］ /V=％ 氣體氮含量： yN2=［ mN2LN2］ /V=％ 表 48 氨分離器出口氣體含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 冷交換器氣液平衡計(jì)算 查 t=10℃ ,p= 的平衡常數(shù)： 表 49 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=％ 出口液體氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3=％ 出口液體氬含量 : xAr=yAr/ KAr=％ 出口液體氫含量 : xH2=yH2/ KH2=％ 出口液體氮含量 : xN2=yN2/ KN2=％ 表 410 冷交換器出口液體組分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 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 。 G％ =（ 1+y5NH3） (y8NH3yNH3)/(( y8NH3 y5NH3) (1 yNH3)) =[(1+）（ ） ]/ [（ ）（ ） ] =％ 水冷后分離液氨占總量的 ％冷交，氨冷后分離液氨占總量的年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 14 ％。 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％ =％ 出口液體氮?dú)夂浚? xN2=LN2/L= 100％ =％ 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 15 表 413 液氨貯槽出口液氨組分（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計(jì) 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(M0NH3LNH3)/V=()/ 100％ =％ 弛放氣甲烷含量： yCH4=(M0CH4LCH4)/V=()/ 100％=％ 弛放氣氬含量： yAr=(M0 ArLAr)/V=()/ 100％ =％ 弛放氣氫氣含量： yH2=(M0H2LH2)/V=()/ 100％ =％ 弛放氣氮?dú)夂浚? yN2=(M0N2LN2)/V=()/ 100％ =％ 表 414 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 L(19)=1000 ( 17)= 其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3) X(19NH3)= ﹪ = m３ CH4 L(19CH4)=L(19CH4) X(19CH4)= ﹪ = m３ Ar L(19Ar)=L(19Ar) X(19Ar)= ﹪ = m３ H2 L(19H2)=L(19H2) X(19H2)= ﹪ = m３ N2 L(19N2)=L(19N2) X(19N2)= ﹪ = m３ 液氨貯槽出口弛放氣（ V/L） = V(20)= L(19)= = m３ 其中 NH3 V(20NH3)=V(20NH3) y(20NH3)= ﹪ = m３ CH4 V(20CH4)=V(20CH4) y(20CH4)= ﹪ = m３ Ar V(20Ar)=V(20Ar) y(20Ar)= ﹪ = m３ H2 V(20H2)=V(20H2) y(20H2)= ﹪ = m３ N2 V(20N2)=V(20N2) y(20N2)= ﹪ = m３ 液氨貯槽出口總物料 =L(19)+ V(20)=+= 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， L(21)=L(19)+V(20)= m３ 入口液體各組分含量計(jì)算 :L(21i)= L(19i) + V(20i) 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 16 其中 NH3 L(21NH3)=+= m３ CH4 L(21CH4)= + = m３ Ar L(21Ar)= + = m３ H2 L(21H2)= += m３ N2 L(21N2)=+ = m３ 入口液體中組分含量核算 ,由 m180。(0NH3)= 100﹪ =﹪ 入口液體中甲烷含量 m180。(0Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。(0N2)= 100﹪ =% 入口液體中組分含量 m180。(0i) 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) V 補(bǔ) ， 離開該系統(tǒng)的物料有放空氣 V 放 ，液氨貯槽弛放氣 V 弛 ，產(chǎn)平液氨 L 氨 。 V 補(bǔ) = m３ 。 V 入 = m3 合成塔物料計(jì)算 入塔物料： V5= m3 NH3 V5NH3=11422 ﹪ = CH4 V5CH4= ﹪ = Ar V5Ar= ﹪ = H2 V5H2= ﹪ = N2 V5N2= ﹪ = 合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器，冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料 即 V5=V6=V7= m3 出塔物料 V8= m3 NH3 V8NH3= ﹪ = m3 CH4 V8CH4= ﹪ = m3 Ar V8Ar= ﹪ = m3 H2 V8H2= ﹪ = m3 N2 V8N2= ﹪ = m3 合成塔生成氨含量：Δ VNH3=V8NH3V5NH3 = =3= 沸熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換 器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。取過飽和度 10﹪ 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 19 故 V17NH3= ﹪ =﹪ 設(shè)熱氣出口氨體積為，則： a/( ++a)= a= m3 L17NH3=V14NH3a= = m3 冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中 NH3 V17NH3= V14NH3L17NH3= = m3 CH4 V17CH4= V14CH4 = m3 Ar V17Ar=V14Ar= m3 H2 V17H2= V14H2 = m3 N2 V17N2= V14N2= m3 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= m3 其中， CH4 V1CH4= = m3 Ar V1Ar= = m3 H2 V1H2= = N2 V1N2= = V18（進(jìn)器氣體物料） =V1+V17= + = 進(jìn)器氣體組分含量 V18i=V1i+V17i NH3 V18NH3= V17NH3= CH4 V18CH4= + = Ar V18Ar= + = H2 V18H2= += N2 V18N2= + = 各組分百分含量 y18i=V18i/V18 NH3 y18NH3= 100％ =％ CH4 y18CH4= 100％ =％ Ar y18Ar= 100％ =％ 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 20 H2 y18H2= 100％ =％ 3 N2 y18N2= 100％ =％ 進(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量 L18=L18NH3=L17NH3= m3 進(jìn)器總物料＝ V18+L18=+ = m3 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= m3 則氨冷器中冷凝液氨量： L′ 18NH3=V18NH3b== m3 氨冷器出口總液氨量 :L2NH3=L18NH3+L′ 18NH3=+= 氨冷器出口氣量 :V2=V18b= = m3 其中， NH3 V2NH3= CH4 V2CH4= V18CH4= m3 Ar V2Ar= V18Ar= H2 V2H2= V18H2= N2 V2N2= V18N2= 各組分百分含量 y2i=V2i/V2 NH3 y2NH3= 100％ =% CH4 y2CH4= 100％ =% Ar y2Ar= 100％ =% H2 y2H2= 100％ =% N2 y2N2= 100％ =% 出器總物料 =V2+L2NH3=11420787 + = m3 冷交換器物料計(jì)算 進(jìn)口物料：冷交換器進(jìn)口總物料等于氨冷器出口總物料，其中 氣體入口 V2= m3；液體入口 L2NH3= m3 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 L+V=F┉┉┉┉┉┉① LxNH3+VyNH3=FmNH3┉┉┉┉┉ ┉② 圖 43 冷交換器物料 將 yNH3=， xNH3= 代入上式： 示意圖 V=（ xNH3 mNH3） /（ xNH3 yNH3） = mNH3/┉┉③ ③式中 mNH3可由物料平衡和氨平衡計(jì)算 mNH3=V2NH3/V2 V2′ =V1+V17′┉┉┉┉┉┉④ V17′ =V8V13L15┉┉┉┉┉┉⑤ V2NH3′ =V2NH3+L17NH3+L18NH3′┉┉┉┉┉┉⑥ 式中 V2′ ——— 冷交換器入口總物料； V17′ ——— 冷交換器熱氣出口總物料 年產(chǎn) 8 萬噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 說明書 21 V′ 2NH3 ——— 冷交換器入口總氨物料 將 V8= m3， V13= m3， L15= m3代入上式解得： V17= ∴ V2′ = += m3； V2NH3′ =+ + = m3 ∴ mNH3= V2NH3′ / V2′ =③得： V=； L=1V=；（ L/V） = 由（ L/V）可求出冷交換器冷凝液體量（ L16/V3） =（ L/V） = 冷凝液體量 L16=== m3 出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進(jìn)口總物料減去冷激液體量 V3= = m3 其中 NH3 V3NH3= % = CH4 V3CH4= %= Ar V3Ar = % = H2 V3H2= %= N2 V3N2= %= 計(jì)算誤差 =（ V3V5） /V5 100％ =% 校核氨分離器液氨百分?jǐn)?shù) 氨分離器液 氨百分?jǐn)?shù)： G