年产20万吨合成氨合成工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产20万吨合成氨合成工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

离器后部分放空，然后进循环机增压后送往油分离器，从而完成一个循环。 在从氨分离器、冷凝 塔分离的液氨，经自调和手动两路降压后排入液氨总管送入液氨贮槽，贮槽内排放一部分驰放气，液氨再通过倒氨管线向新区氨库倒氨 [11]。 8 图 氨合成工段工艺流程图 9 第 三 章 工艺计算 根据前面的工艺流程进行物料衡算和热量衡算 原始条件 (1)年产量 200kt，年生产时间扣除检修时间后按 300 天计，则产量为： (2)新鲜补充气组成 表 新鲜补充气组成 (摩尔分数 %) 组分 H2 N2 CH4 Ar 总计 含量 100 (3)合成塔入口中氨含量： NH3 入 =% (4)合成塔出口中氨含量： NH3 出 =% (5)合成塔入口惰性气体含量： CH4 +Ar=15% (6)合成塔操作压力： 32Mpa (7)精练气温度： 35℃ (8)水冷器出口气体温 度 35℃ (9)循环机进出口压差 (10)年工作日 300 d 计算基准 生产 1t 氨 物料衡算 合成塔物料衡算 (1)合成塔入口气组分： 入塔氨含量 :y6NH3=%。 入塔甲烷含量： y6CH4=%(+)100%=%； 入塔氢含量： y6H2=［ 100(+15)］ 3/4100%=%； 入塔氩含量： y6Ar=15%%=%； 入塔氮含量： y6N2=［ 100 (+15)］ 1/4100%=% 表 入塔气组分含量 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 10 (2)合成塔出口气组分： 以 1000kmol入塔气作为基准求出塔气组分， 由下式计算塔内生成氨含量： mNH3=m6 (y9NH3y6NH3)/ (1+y9NH3) =1000()/ (1+)= 出塔气量 : m9=入塔气量 — 生成氨含量 =1000120 172= 出塔氨含量： y9NH3=% 出塔甲烷含量： y9CH4=(M6/M9)y6CH4=(1000/)%=% 出塔氩含量： y9Ar=(M6/M9)y5Ar=(1000/)%=% 出塔氢含量： y9H2=3/4(1y9NH3y9CH4y9Ar)100% =3/4()100%=% 出塔氮含量： y9N2=1/4()100%=% 表 出塔气体组分含量 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 (3)合成率： 合成率 =2mNH3/［ m6(1y6NH3y6CH4y6Ar)］ 100% =2［ 1000()］ 100%=% 氨分离器气液平衡计算 设氨分离器进口气液混合物 F，进口物料组分 m(i)， 分离器组分 y(i)，液量其中进口物料组分 m(i)等于合成塔出口气体组分。 根据气液平衡原理，以 F=1Kmol/h 进口物料为计算基准 ,则 m(i)=Lx(i)+Vy(i),y(i)=K(i)x(i).K(i)为组分 i 的平衡常数 [13]。 由两式得 L(i)=m(i)/[1+(V/L)K(i)]； V=FL=1L 液体组分 x(i)=L(i)/L；气体组分 y(i)=V(i)/V=[m(i)L(i)]/V 表 已知氨分离器入口混合物组分 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 查 t=35℃ ， P= 时各组分平衡常数： 表 各组分平衡常数 KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 11 设 (V/L)= 时，带入 L(i)=m(i)/［ 1+(V/L)K(i)］ =L(i): LNH3=mNH3/［ 1+(V/L)KNH3］ =(1+)= LCH4= mCH4/［ 1+(V/L)KCH4］ =(1+8.)= Kmol LAr=mAr/［ 1+(V/L)KAr］ =(1=)= Kmol LH2=mH2/［ 1+(V/L)KH2］ =(1=)= LH2=mN2)/［ 1+(V/L)KN2］ =(1=)= Kmol L 总 = L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= Kmol 分离气体量： V=1L== Kmol 计算气液比： (V/L)＇ = 误差 ［ (V/L)(V/L)＇］ /(V/L)=()/100%=%， 结果合理。 从而可计算出液体中各组分含量： 液体中氨含量： xNH3=LNH3/L=100=%% 液体中氩含量： xAr=LAr/L=I00%=% 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%=% 表 氨分离器出口液体含量 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 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 氨分离器出口气体含量 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 冷凝塔气液平衡计算 查 t=10℃ ,p= 的平衡常数： 12 表 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： 出口液体氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3= 出口液体甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4= 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 冷交换器出口液体组分含量 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 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+y6NH3)( y9NH3yNH3)/(( y9NH3 y6NH3)(1 yNH3)) =[(1+)()]/ [()()]=% 水冷后分离液氨占总量的 %， 冷凝塔分离液氨占总量的 %。 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(16)X16i+L17X17i= G%L0X16i+(1 G%)X17i=+ 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 液氨贮槽入口液体含量 (摩尔分数 %) m0NH3 m0CH4 m0Ar m0H2 m0N2 总 计 100 当 t=17℃， P= 时，计算得热平衡常数： 13 表 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] =(1+)= Kmol 出口液体甲烷含量： LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)kCH4] =(1+170)= 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)= 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 液氨贮槽出口液氨组分 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 计 100 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%=% 14 弛放气氢气含量： yH2=(m0H2LH2)/V=()/100%=% 弛放气氮气含量： yN2=(m0N2LN2)/V=()/100%=% 表 出口弛放气组分含量 (摩尔分数 %) NH3 CH4 Ar H2 N2 总 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)= 其中 NH3 L(19NH3)=L(19)X(19NH3)=﹪ = m３ CH4 L(19CH4)=L(19)X(19CH4)=﹪ = m３ Ar L(19Ar)=L(19)X(19Ar)=﹪ = m３ H2 L(19H2)=L(19)X(19H2)=﹪ = m３ N2 L(19N2)=L(19)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(20)y(20NH3)=﹪ = m３ CH4 V(20CH4)=V(20)y(20CH4)=14,46﹪ = Ar V(20Ar)=V(20)y(20Ar)=﹪ = m３ H2 V(20H2)=V(20)y(20H2)=﹪ = N2 V(20N2)=V(20)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(18)=L(19)+V(20)= m３ 入口液体各组分含量计算 :L(18i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(18NH3)=+= CH4 L(18CH4)=+= Ar L(18Ar)=+ = m３ H2 L(18H2)= += m３ N2 L(18N2)=+ = 入口液体中组分含量核算 ,由 m180。 (18i)=L(18i)/L(18): 15 入口液体中氨含量 m180。 (18NH3)=100﹪ =﹪ 入口液体中甲烷含量 m180。 (18CH4)=100﹪ =﹪ 入口液体中氩含量 m180。 (18Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液体中氢气含量 m180。 (18H2)= 100﹪ =% 入口液体中氮气含量 m180。 (18N2)= 100﹪ =% 入口液体中组分含量 m180。 (18i)≈ 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 ，产品液氨 L 氨。 (如上页图 ) 由前计算数据如。