天然气年产10万吨合成氨合成段_毕业设计(编辑修改稿)

天然气年产10万吨合成氨合成段_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

、 V V8（忽略产品液氨中溶解的气体）： 循环回路中氢平衡： V1yH2,1=V13yH2,13+V20yH2,20+3/2V13y NH3,13+3/2V20y NH3,20+3/2L19┉┉┉┉┉┉┉┉┉① 循环回路中氮平衡 : V1y N2,1=V13yN2,13+V20yNH3,20+1/2V13y NH3,13+1/2V20yNH3,20+1/2L19┉┉┉┉┉┉┉┉┉② 循环回路中惰性气体平衡 ： V1（ yCH4+yAr)=V13(yCH4,13+yAr,13)+V20(yCH4,20+yAr,20) V1(+)=V13(+)+V20(+) V1=+=+ ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉③ 循环回路中氨平衡 : V8yNH3,8V5yNH3,5=L19+V13yNH3,13+V20yNH3,20 =++=+ ┉┉┉┉┉┉④ 循环回路中总物料体平衡 : V5=V8+V1V13V20L19 =V8+┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉⑤ 将 L19=， V20= 及已求得的气体组成代入式 ① 、 ② 中联立求解得 =+┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉⑥ =+ ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉⑦ 联立 ①②③④⑤⑥⑦ 各式解得： V13= m3， V1= m3， V8= m3， V5= m3 进出合成塔物料计算 学院毕业设计 第 17 页 共 63 页 一进气体量 ， 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、二进气体量 ， V6=V7=V5= m3 二出气体量 ， 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 进出废热锅炉物料量 V9= V8= m3 进出热交换器物料量 进出冷气体量 ， V6=V7 = m3 进出热气体量 ， V10=V9= V8= m3 进出水冷器物料计算 V11=V10= m3 进出氨分离器物料计算 进口 气体量 ： V11= 在分离器中，将水冷器冷凝下来的液氨进行分离，得到液氨，由气 液平衡得： L= kmol 年产 10 万吨合成氨合成工段设计 第 18 页 共 63 页 出口液氨量 ， L15=V11L= = m3 出口气体量 ， 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 出口液体各组分由 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 放空气体量 ， V13= 冷交换器物料计算 进器物料：进入冷交换器的物料等于氨分离器出口气体物料减去放空气量，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（热气）： 设热气出口温度 17℃ ，查 t=17℃ ， P= 气相平衡氨含量 yNH3=%，计算热气出口冷凝液氨时，忽略溶解在液氨中的气体，取饱和度 10% 故 ， y17,NH3=%=% 学院毕业设计 第 19 页 共 63 页 设热气出口氨浓度为 a，则： 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 则 L17,NH3=V14,NH3a== m3 冷交换器热气出口气量及组分： 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= 出口总气量 ， V17=V14L17NH3= = m3 出口气体各组分： NH3， V17NH3/V17= 100%=% CH4， V17CH4/V17=100%=% Ar， V17Ar/V17=100%=% H2， V17H2/V17= 100%=% N2， V17N2/V17= 100%=% 氨冷器物料计算： 进器物料：氨冷器进器物料等于冷交换器出器物料加上补充新鲜气物料 V1= 其中， CH4 ， V1,CH4== Ar， V1,Ar== H2， V1,H2= = N2， V1,N2= = V2=V18=V17+V1=+= m3 进器气体组分含量 ， V18,i=V1,i+V17,i NH3， V18,NH3= V17,NH3= CH4， V18,CH4= + = 年产 10 万吨合成氨合成工段设计 第 20 页 共 63 页 Ar， V18,Ar=+ = H2， V18,H2= += N2， V18,N2= + = 注：冷交换器出口的热气体的组成 yi,17,即为放空气组成以， 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气体组成 其中 ， NH3， y18,NH3= H2， y18,H2 = N2， y18,N2= CH4， y18,CH4 = Ar， y18,Ar= 进器液体等于冷交换器冷凝液氨量 L18=L18,NH3=L17,NH3= m3 进器总物料＝ V18+L18= + = 出器物料：已知出器气体中氨含量为 %，设出器气体中氨含量为 b m3 b/()=% 解得 ， b= 则氨冷器中冷凝液氨量： L′18,NH3=V18,NH3b== 氨冷器出口总液氨量 :L2NH3=L18NH3+L′18,NH3=+= 氨冷器出口气量 :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= 各组分百分含量 ， y2,i=V2i/V2 NH3， y2,NH3=100%=% CH4， y2,CH4=% 学院毕业设计 第 21 页 共 63 页 Ar， y2,Ar=% H2， y2,H2=% N2， y2,N2= 出器总物料 =V2+L2NH3= + = 将氨冷器出口气体组成 归入表 215。 表 215 氨冷器其出口气体组成 组分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合计 进气口 yi， 18/% 100 进气口气体含量 进气口液体含 量 L18 0 0 0 0 出气口 y2， i/% 100 出口气体含量 出气口液体含量 L2 0 0 0 0 冷交换器物料衡算 进出冷交换器热气体量 ， V14=V17= m3 进入冷交换器的气液混合物量为氨冷器出口物量，即 ， V2= m3 冷交换器下部氨分离器分离液氨量 ， L16=V2V5= = m3 校核冷交换器下部氨分离器分离液氨量，取 V`2=1 kmol，由气液平衡计算得： 2 16 3V =L +V   3 3 ,1 6 32 N H 1 6 N H 3 N H ,3V Z = L x + V y   16 31=L +V 16 =0. 98580L + 解得 16L = ol 3V = 4265km ol 年产 10 万吨合成氨合成工段设计 第 22 页 共 63 页 3161 6 33L 0 . 0 5 7 3 5L V 1 3 4 4 7 . 6 4 7 8 1 8 . 1 4 3 mV 0 . 9 4 2 6 5      33 2 1 6V = V V = 1 4 3 0 8 . 2 6 7 8 1 8 . 1 4 3 = 1 3 4 9 0 . 1 2 4 m  计算误差 1 3 4 4 7 . 6 7 4 1 3 4 9 0 . 1 2 4 1 0 0 % 0 . 3 1 6 %1 3 4 4 7 . 6 7 4  符合要求 校核氨分离器分离液氨百分数 3331 5 N H , 1 51 5 N H , 1 5 1 6 N H , 1 6Lx 100%L x + L xx    5 5 0 . 8 3 1 0 . 9 6 4 1= 1 0 0 %5 5 0 . 8 3 1 0 . 9 6 4 1 8 1 8 . 1 4 3 0 . 9 8 5 8    =% 1 3 9 .7 0 5 % 6 0 .2 9 5 % 计算误差 0 . 3 9 6 4 0 0 . 3 9 7 0 51 0 0 % 0 . 1 6 5 %0 . 3 9 6 4 0   符合要求 液氨贮槽物料计算 进贮槽液氨量 ： 32 1 1 6 1 5L = L + L 8 6 0 . 6 2 0 5 5 0 . 8 3 1 1 4 1 1 . 4 5 1 m   驰放气量 ： 320V  液氨产量 ： 31 9 2 1 2 0L = L V 1 4 1 1 . 4 5 1 9 2 . 4 8 5 1 3 1 8 . 9 6 6 m   物料计算结果汇总 将以上的物料计算结果汇总表于表 216。 表 216 物料计算汇总 装置名称 气（液）量 /m3 组 成 /% NH3 H2 N2 CH4 Ar 新鲜空气 氨冷凝器出口 冷交换器冷气出口 学院毕业设计 第 23 页 共 63 页 (续） 表 216 物料计算汇总 装置名称 气（液）量 /m3 组 成 /% NH3 H2 N2 CH4 Ar 合成塔入口 水冷器出口 氨分离器气体出口 放空气 冷交换器热气入口 氨分离器液氨出口 冷交换器液氨出口 冷交换器热气出口 氨冷器入口 产品液氨 驰放气 液氨贮槽入口 热量核算 交换器热量核算 (1) 热气进口温度 t1 冷交换器的热气进口温度等于水冷器气体出口温度，由题目已知条件可知 t1=35℃ (2) 冷气进口温度 因合成塔入口的氨含量在 %，故为了保证合成塔入口氨含量，出氨冷器气体的氨含量必须小于或等于 %，设过饱和度为 10%，则在该冷凝器温度下的平衡氨含量 为 ：3NH0 . 0 0 2 5y 1 0 0 % 2 . 2 7 %1 . 1   查《小氮肥厂工艺设计手册》图平衡氨含量为 %时的冷凝温度 t2=10℃ ，故冷气进口温度等于 10℃ (3) 热气体带入热量 热气体在反应器内处于氨饱和区内，在计算气体比热容时先求常压比热容，然后用压力校正的办法计算实际的气体比热容。 由 《物理化学》 [7]查 t=35℃ ， P=30MPa 时的各组分比热容 ，见表 217。 年产 10 万吨合成氨合成工段设计 第 24 页 共 63 页 表 217 各组分含量，分压及比热容 组分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 气体含量 各组分分压 /Mpa Cp/KJ/(Kmol℃ ) C。