年产五万吨合成氨合成工段工艺设计毕业设计(编辑修改稿)

年产五万吨合成氨合成工段工艺设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

9 N2: Ar: 出塔气组成列入下表 (包括 6,7,8,9,10 点 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% 100 合成率计算 反应掉的 N2， H2与入塔气中的 N2， H2气之比。 按下式计算。 合成率 氨分离器出口气液组成计算 设合成反应后在水冷器内部分氨被液化，气液已达到相平衡。 进入氨分离器的物料为气液混合物，物量为 F，物料组成为 F1；分离器出口气相组分为 yi，气量为 V。 分离器出口液相组分为 xi，液量为 L。 已知进口物料组成 Fi,即合成出口气组成，前已求出。 F Fi V,yi L,xi 10 假定 F=1kmol 对于每个组分的物料平衡： (1) 根据气液平衡关系 (2) 式中： mi为各组分的相平衡常数。 把式 (2)代入式 (1)得 或 (3) 式中： Li 为液相中各组分的量。 总液量 (4) 液体组分的摩尔分数 11 (5) 气体总量 (6) 气体组分含量，按 (2)式 (7) 对以上各式求解，需用试差法，现采用直接迭代法进行计算。 已知分离器入口气液混合物组成 即 6点值。 组分 合计 摩尔分数 1 查 下各组分的相平衡常数 (mi) 38 先设 ，假定入口气液混合物量 并假定。 以 代入式 (3)计算，计算结果如下。 液相中各组分的量： 12 液相总量： 分离后气相总量： 计算气液比： 误差 设 ，计算得 误差 设 ，计算得 误差 13 设 ，计算得 误差 以 代入式 (3)计算，计算结果如下： 计算得 误差 在允许范围之内，假定值可以认定。 液体组成 (摩尔分数 )：按 计算，计算结果列入下表： 表 氨分离器出口液体组成 (17点 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% % % % % % 14 分离后气体组成： 计算 NH3: 同法计算其他组分，结果列入下表。 表 氨分离器出口气体组成 (11,12,13,14,15 点 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% % % % % % 冷交换器分离出的液体组成 (18点 ) 由于从氨分离器出口气．经循环机和油分离器后进入冷交换器系统，此前已有部分气体放空并补充了新鲜气，因此气量和其组成均发生了变化。 而冷交换器出口气即是合成塔入口气，其组成已在前面算出。 因此在冷交换器中的氨分离器分离出的液氨，应与出口气成平衡，由气液平衡关系可以求出。 其关系式为 从手册差得在操作条件下 ()的相平衡常数 如下表： 70 75 25 40 冷交换器出口液体组成，根据计算。 15 计算结果列入下表 (18 点 )： 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 1 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 氨分离器出口液氧 (17点 )与冷交换器的氨分出口液氨 (18点 )汇合于贮槽 (19点 ) 由于减压，溶在液氨中的气体会解析出来和部分氧的蒸发气形成弛放气。 水冷后的氨分离嚣分离的液氨占总量的摩尔分数 G 可由下式计算： 代入已知数据： 取 G=% 则氨分离器的分离液氨占 %，冷交换器分离液氨占 %。 根据物料衡算按下式计算混合后液氨组成。 L17,x17,i 17 L18,x18,i 18 X19,i 19 V,yi 20 L,xi 21 16 计算结果列入下表 (19 点 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% % % % % % 根据氨贮槽的压力 差得气液平衡常数，如下表 575 620 170 540 在液氨贮槽中，类似于闪蒸过程，仍按氨分离器的计算方法，假定一个 V/L 初值，经过试差，求得计算结果，如下表。 现按试差最后的 V/L 值，具体计算如下。 设 代入下式。 (假定入槽液量 ) 则液氨中各组分的物质的量： 17 误差 以 代入式 (3)计算，计算结果如下： 计算得 误差 18 在允许范围之内，假定值可以认定。 液体组成 (摩尔分数 )：按 计算。 NH3: 其它组分计算结果列入下表 (21 点，产品液氨组成 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% % % % % % 驰放气 气体组成： 计算 NH3: 其它组分计算结果列入下表 (20 点，驰放气组成 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% % % % % % 19 液氨贮槽物料衡算 以液氨贮槽出口 1t纯液氨为基准，折成标准状况下的气体体积，以 m3为单位计，则 其中各组分的体积，按 NH3: H2: N2: CH4: ye Ar: 液氨贮槽驰放气体积，按 计，则 驰放气体积： NH3: H2: N2: CH4: Ar: 液氨贮槽出口总物料体积： 20 因此入口总物料也应与出口相等： 入口物料各组分体积按 计算，结果为： NH3: H2: N2: CH4: Ar: 由计算，计算结果列入下表： 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 /% % % % % % 结果与 基本相同。 合成循环回路总物料衡算 (各个部位物料量 ) (1)对整个回路做衡算，可求出补充新鲜气量 V1，放空气量 V12，一级合成塔进气量 V3和出气量 V6。 合成循环回路可简化如下示意图。 补充气 V 补 =V1 放空气 V 放 =V12 驰放气 V 驰 =V20 V 入 =V3 产品液氨 L21 V 出 =V6 合成塔 贮槽 21 图 合成循环回路简图 以 1t产品氨为基准，即等于 (液氨折成标准状况下气体体积 )。 为方便计算，把前已算得已知 数据列入下表： 名称 NH3 H2 N2 CH4 Ar 气量 /m3 补充气 1 0 V1 放空气 12 V12 驰放气 20 产品液氨 21 合成塔入口 3 V3 合成塔出口 6 V6 (2)首先列出以下元素平衡和总物料平衡方程 (式中液氨忽略溶解物，以 100% NH3计 ) 氢平衡：以体积量计算 (下同 ) (1) 氮平衡： (2) 惰气平衡： 22 (3) 氨平衡：合成塔内生成的氨应等于排出的氨 (4) 总物料平衡：合成反应后进出口气体体积减少了 V3 V6 (5) 把式 (1)与式 (2)合并，将已知数据代入式 (1)与式 (2) 式 (1)： (1)’ 式 (2)： (2)’ 式 (1)’ 加式 (2)’ 得： (6) 数据代入式 (3)得： (3)’ 23 将式 (3)’ 与式 (6)联立解得： 将已知数据 V1和 V12的值代入式 (4)与式 (5)。 式 (4)： (4)’ 式 (5)： (5)’ (4)’ 与 (5)’ 联立解得： (3)合成塔进出口物料量 (各组分的量 ) a. 入塔总物料量： 其中各组分的量按照 计算。 24 b. 出塔总物料量， 其中各组分量按照 计算。 (4)废热锅炉出口，热交换器出口和软水预热器出口物料，组成未发生变化与合成出口相同，即 25 (5)水冷却器和氨分离器物料量 a．水冷却器入口气即软水预热器出口气 V9。 水冷却器出口总物料未发生变化。 由于有部分氨被液化，出口物料实际为气液混合物。 其总量和总组成与入口完全一致。 即 经氨分离器后，分为气相和液相两股物料。 即 (Ll7量暂以气体体积计 ) 按前面氨分器气液平衡算得 气液比： 和 由以上两式可以解得 L17换算成质量 b. 氨分离器出口气体组分的体积，按计算。 26 氨分离器出口液体组分的量，按计算。 27 (6)循环机入口 V13和出口 V14：由流程图上表明进入循环机之前，有放空气放出。 所以 其中各组分的量按照计算。 放空气中各组分的量：按计算。 28 (7)冷交换器进出口物料 a. 进气量： V2=循环机出口加上补充气的量 即 b. 补充气中各组分的量：按 计算。 c. 冷交换器入口气体各组分的量：按 计算。 29 d. 冷交换器入口气体组成 (2点 )：按照 计算。 其他组分的计算结果如下表 (2点 ) 组成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 摩尔分数 e. 冷交换器出口气体的量 V3 其中各组分的量按 计算。 30 f. 冷交换器出口液氨的量：它是进出口气体体积之差。 其中分组分的量按计算。 31 g. 液氨贮槽物料衡算 (均以标准状况下气体体积计 ) 进入贮槽的液氨量： 贮槽中排除产品液氨的量： (标准状况 ) 结果与计算基准基本一致。 (8)物料衡算结果汇总如下： (以下物料量均在标准状况下，按 1t,NH3计算。 ) 补充新鲜气 (1点 ) 氨冷器入口气 (2 点 ) 合成塔进出口 (3,4,5 点 ) 合成塔出口 (6,7,8,9 点 ) 水冷却器出口 (10 点 )(气液混合，以气体计 ) 氨分离器出口气体 (11 点 ) 放空气 (12 点 ) 循环压缩机进出口气 (13,14 点 ) 氨冷器进出口 (15,16 点 )(气液混合 ) 32 氨分离器液体出口 (17 点 ) 冷交换器液体出口 (18 点 ) 两股液氨合并 (19 点 ) 驰放气 (20 点 ) 产品液氨 (21 点 ) (9)各部位的物料组成和数量，分别列表如下。 其中把以 1t 氨为基准的量，这算为按生产量每小时的氨产量为 的体积 (m3/h)和其物质的量 (kmol/h)作为能量衡算依据。 表 合成塔一次入 (3点 )，一次出 (4点 )，二次入 (5点 ) 组成 摩尔分数 /%。