年产8万吨合成氨合成工段设计所有专业(编辑修改稿)

年产8万吨合成氨合成工段设计所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

液体中甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％=％ 液体中氢含量 : xH2=LH2/L= 100％=％ 液体中氮含量： xN2=LH2/L= 100％=％ 14 表 47 氨分离器出口液体含量 NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 分离气体组分含量： 气体氨含量： yNH3=［ mNH3LNH3］ /V=％ 气体甲烷含量： yCH4=［ mCH4LCH4］ /V=％ 气体氩含量： yAr=［ mArLAr］ /V=％ 气体氢含量： yH2=［ mH2LH2］ /V=％ 气体氮含量： yN2=［ mN2LN2］ /V=％ 表 48 氨分离器出口气体含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 查 t=10℃ ,p= 的平衡常数： 表 49 各组分的平衡常数 KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 冷交换器出口液体组分含量： 出口液体甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=％ 15 出口液体氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3=％ 出口液体氩含量 : xAr=yAr/ KAr=％ 出口液体氢含量 : xH2=yH2/ KH2=％ 出口液体氮含量 : xN2=yN2/ KN2=％ 表 410 冷交换器出口液体组分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 液氨贮槽气液平衡计算 由于氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合后进入液氨贮槽经减压后溶解在液氨中的气体会解吸，即弛放气。 两种液体百分比估算值，即水冷后分离液氨占总量的白分数。 G％ =（ 1+y5NH3） (y8NH3yNH3)/(( y8NH3 y5NH3) (1 yNH3)) =[(1+）（ ） ]/ [（ ）（ ） ] =％ 水冷后分离液氨占总量的 ％冷交，氨冷后分离液氨占总量的％。 液氨贮槽入口 1Kmol 液体计算为准，即 L0=1Kmol，入口液体混合后组分含量： m(0i)=L(15)X15i+L16X16i = G％ L0X15i+(1 G％ )X16i =+ 混合后入口氨含量： m0NH3= + = 混合后入口甲烷含量 : m0CH4= + = 混合后入口氩含量 : m0Ar= + = 混合后入口氢含量： m0H2= + = 混合后入口氮含量： m0N2= + = 表 411 液氨贮槽入口液体含量 m0NH3 m0CH4 m0Ar m0H2 m0N2 小计 当 t=17℃， P= 时，计算得热平衡常数： 表 412 各组分的平衡常数 KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 170 540 575 620 根据气液平衡 L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],设 (V/L)=,代入上式得 : 出口液体氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L) kNH3] 16 =(1+ )= Kmol 出口液体甲烷含量： LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L) kCH4] =(1+ 170)= Kmol 出口液体氩含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L) kAr] =(1+ 540)= Kmol 出口液体氢气含量： LH2=m0H2/[ 1+(V/L) kH2] =(1+ 575)= Kmol 出口液体氮气含量： LN2=m0N2/[ 1+(V/L) kN2] =(1+ 620)= Kmol L(总 )=,V==,(V/L) ＇ =V/L=,误差 =()/=％，假定正确。 出口液体组分含量： 出口液体氨含量： xNH3=LNH3/L= 100％ =％ 出口液体甲烷含量： xCH4=LCH4/L= 100％ =％ 出口液体氩含量： xAr=LAr/L= 100％ =％ 出口液体氢气含量： xH2=LH2/L= 100％ =％ 出口液体氮气含量： xN2=LN2/L= 100％ =％ 表 413 液氨贮槽出口液氨组分（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 出口弛放气组分含量： 弛放气氨含量： yNH3=(M0NH3LNH3)/V=()/ 100％ =％ 弛放气甲烷含量： yCH4=(M0CH4LCH4)/V=()/ 100％=％ 弛放气氩含量： yAr=(M0 ArLAr)/V=()/ 100％ =％ 弛放气氢气含量： yH2=(M0H2LH2)/V=()/ 100％ =％ 弛放气氮气含量： yN2=(M0N2LN2)/V=()/ 100％ =％ 表 414 出口弛放气组分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小计 100 液氨贮槽物料计算 以液氨贮槽出 口一吨纯液氨为基准折标立方米计算液氨贮槽出口液体量 L(19)=1000 ( 17)= 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 液氨贮槽出口弛放气（ 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 液氨贮槽出口总物料 =L(19)+ V(20)=+= m３ 液氨贮槽进口液体： 由物料平衡，入槽总物料 =出槽总物料， L(21)=L(19)+V(20)= m３ 入口液体各组分含量计算 :L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=+= m３ CH4 L(21CH4)= + = m３ Ar L(21Ar)= + = m３ H2 L(21H2)= += m３ N2 L(21N2)=+ = m３ 入口液体中组分含量核算 ,由 m180。 (0i)=L(21i)/L(21): 入口液体中氨含量 m180。 (0NH3)= 100﹪ =﹪ 入口液体中甲烷含量 m180。 (0CH4)= 100﹪ =﹪ 入口液体中氩含量 m180。 (0Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液体中氢气含量 m180。 (0H2)= 100﹪ =% 入口液体中氮气含量 m180。 (0N2)= 100﹪ =% 入口液体中组分含量 m180。 (0i)≈ M180。 (0i) 合成系统物料计算 将整个合成看着一个系统，进入该系统的物料有新鲜补充气补 V 补 ， 离开该系统的物料有放空气 V 放 ，液氨贮槽弛放气 V 弛 ，产平液氨 L 氨。 18 图 42 系统示意图 由前计算数据如下表： 表 415 各组分的含量 名称 NH3 CH4 Ar H2 N2 气量 补 充气 V 补 放空气 V 放 弛放气 液氨 入塔气 V 入 出塔气 V 出 根据物料平衡和元素组分平衡求 V 补 ,V 放 ,V 入 ,V 出 ： 循环回路中氢平衡： V 补 yH2补 =V 放 yH2放 ＋ V 弛 yH2弛 +3/2V 放 yNH3放 +3/2V 弛 yNH3弛 +3/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉① 循环回路中氮平衡 : V 补 yN2补 =V 放 yN2放 ＋ V 弛 yN2弛 +1/2V 放 yNH3放 +1/2V 弛 yNH3弛 +1/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉② 循环回路中惰性气体平衡 : V 补 (yCH4放 +yAr放 )=V 弛 (yCH4放 +yAr放 )+V 弛 (yCH4弛 +yAr弛 ) V 补 (+)=V 放 (+)+(+) V 补 = 放 + ┉┉┉┉┉┉③ 循环回路中惰性气体平衡 :V 出 yNH3V 入 yNH3入 =V 放 y 放 +V 弛 y NH3弛 +LNH3 出 入 = 放 + ┉┉┉┉┉┉④ 循环回路中总物料体平衡 : V 入 =V 出 + V 补 V 放 V 弛 LNH3= V 出 + V 补 － V 放= V 出 + V 补 － V 放 ┉┉┉┉┉┉⑤ 联立①②③④⑤各式解得： V 放 = m３。 V 补 = m３。 V 出 = m３。 V 入 = m3 合成塔物料计算 入塔物料： V5= m3 NH3 V5NH3=11422 ﹪ = CH4 V5CH4= ﹪ = Ar V5Ar= ﹪ = H2 V5H2= ﹪ = N2 V5N2= ﹪ = 合成塔一出，二进物料，热交换器，冷气进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 19 CH4 V8CH4= ﹪ = m3 Ar V8Ar= ﹪ = m3 H2 V8H2= ﹪ = m3 N2 V8N2= ﹪ = m3 合成塔生成氨含量：Δ VNH3=V8NH3V5NH3 = =3= 沸热锅炉进出口物料，热交换 器进出口物料等于合成塔出塔物料。 即 V8=V9=V10= m3 水冷器物料计算 进器物料：水冷器进气物料等于热交换器出口物料，即 V10入 = m3 出器物料：在水冷器中部分气氨被冷凝；由氨分离器气液平衡计算得气液比(V/L)=,有如下方程 : V11出 /L11出 =(V/L)= ┉┉┉┉┉┉① V11出 +L11出 =L10入 = ┉┉┉┉┉┉② 将 V11出 = 带入②得 : L11出 = m3 V11出 = m3 出口气体组分由 V11i=V11出 y11i得 : 其中， NH3 V11NH3= %= CH4 V11CH4= % = Ar V11Ar= % = H2 V11H2= % = N2 V11N2= % = 出 口液体各组分由 L11i=V8iV11i 其中， NH3 L11NH3= = CH4 L11CH4= = Ar L11Ar= = H2 L11H2= = N2 L11N2= = 氨分离器物料计算 进器物料：氨分离器进器总物料等于水 冷器出口气液混合物总物料 即 V11=V11出 +L11出 = + = m3 出器物料：气液混合物在器内进行分离，分别得到气体和液体 出器气体 V12＝ V11出 ＝ m3，出器液体 L15＝ L11出 ＝ m3 氨分离器出口气体放空 V13= m3 20 其中， NH3 V13NH3= % = CH4 V13CH4= % = Ar V13Ar= % = H2 V13H2= % = N2 V13N2= % = 冷交换器物料计算 进器物料：进器物料等于氨分离器出口气体物料减去放空气量 V14=V12V13= = m3 其中， NH3 V14NH3= % = m3 CH4 V14CH4= % = m3 Ar V14Ar= %= m3 H2 V14H2= % = m3 N2 V14N2= % =。