年產(chǎn)15萬噸合成氨合成工段--畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一部分 說明書------------------------------------------------------3</p><p>　　第一章 概 述-------------------------------------------------------------------3&

2、lt;/p><p>　　第二章 原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格-----------------------------------------4</p><p>　　第三章 危險(xiǎn)性物料主要物性表-----------------------------------------------5</p><p>　　第四章 生產(chǎn)原理及流程簡(jiǎn)述----------------

3、----------------------------------5</p><p>　　第五章 主要設(shè)備的選擇與計(jì)算-----------------------------------------------5</p><p>　　第六章 原材料及動(dòng)力消耗-----------------------------------------------------6</p>

4、;<p>　　第七章 生產(chǎn)分析及三廢排量--------------------------------------------------7</p><p>　　第八章 存在問題及建議--------------------------------------------------------7</p><p>　　第九章 主要參考書目---------------

5、--------------------------------------------7</p><p>　　第十章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算書--------------------------------------------------------8</p><p>　　第二部分 物料衡算和熱量衡算---------------------------------------------

6、-8</p><p>　　第三部分 設(shè)備的選型與計(jì)算-------------------------------------------------27</p><p>　　第四部分 帶主要控制點(diǎn)的工藝流程圖-------------------------------------46</p><p><b>　　第一部分 說明書</b>

7、;</p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　1-1工段的概況及特點(diǎn)：</p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)依據(jù)：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)按照材化系下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行編制，參照鴻鵠化工總廠的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，以及中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程總公司（原化工部第四設(shè)計(jì)院），和石

8、油化工部化工設(shè)計(jì)院的有關(guān)資料設(shè)計(jì)而成。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)規(guī)模及特點(diǎn)：</p><p>　　本工段生產(chǎn)液氨，生產(chǎn)能力為15萬噸液氨/年，與傳統(tǒng)流程相比較，具有節(jié)能低耗的特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)兩個(gè)串聯(lián)的氨冷器，在低壓下，既減少了動(dòng)力消耗，又保證了合成塔入口氨含量的要求；現(xiàn)具體起來如下：</p><p><b>　?。?）循環(huán)機(jī)位置：</b>&l

9、t;/p><p>　　本工段設(shè)置在氨分離系統(tǒng)后，合成塔之前，從而充分利用循環(huán)機(jī)壓縮功，提高進(jìn)合成塔溫度，減少冷量消耗，降低氨冷器負(fù)荷，同時(shí)提高進(jìn)塔壓力，提高合成率，而進(jìn)循環(huán)機(jī)的氨冷量較低，避免了塔后循環(huán)機(jī)流程容易帶液氨而導(dǎo)致循環(huán)機(jī)泄漏。</p><p>　?。?）反應(yīng)熱回收的方式及利用：</p><p>　　這涉及到廢熱鍋爐的熱量利用幾合成塔塔外換熱器如何科學(xué)設(shè)置的問題

10、，廢熱鍋爐的配置實(shí)際上是如何提高反應(yīng)熱的回收率和獲得高品位熱的問題，本設(shè)計(jì)選擇塔后換熱器及后置鍋爐的工藝路線，設(shè)置塔后換熱器使廢熱鍋爐出口氣體與合成塔二進(jìn)氣體換熱，充分提高合成塔二進(jìn)溫度，相應(yīng)提高了合成塔二出溫度，進(jìn)廢熱鍋爐的氣體溫度為360度，副產(chǎn)1.3兆帕的中壓蒸汽，充分提高回收熱量品位。</p><p>　?。?）采用“二進(jìn)二出”合成流程：</p><p>　　全部冷氣經(jīng)合成塔環(huán)隙后

11、進(jìn)入熱交換器，可使合成塔體個(gè)點(diǎn)溫度分布均勻，出口氣體保持較低溫度，確保合成塔長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，與循環(huán)機(jī)來的冷氣直接進(jìn)入熱交換器相比，使熱交換器出口溫度增大。進(jìn)入水冷的氣體溫度降低意味著合成余熱回收率高和水冷負(fù)荷低。</p><p>　　（4）水冷器、氨冷器的設(shè)置：</p><p>　　水冷后分離液氨再進(jìn)行冷交，氨冷有利于降低后續(xù)氨冷的負(fù)荷，邊冷卻邊分離液氨，即提高了液氨的分離效果，又避免了

12、氣液兩相流的存在，通過設(shè)置兩氨冷器的冷凝充分解決了低壓下，水冷后很少有氨冷凝下來的矛盾，達(dá)到了進(jìn)一步冷卻，保證合成塔入口氨冷量的要求。</p><p>　?。?）補(bǔ)充氣及放空點(diǎn)位置設(shè)置：</p><p>　　補(bǔ)充氣設(shè)置在冷交的二次入口，以便減少系統(tǒng)阻力，并通過氨冷進(jìn)一步洗脫微量二氧化碳和一氧化碳及氨基甲酸等雜質(zhì)，有利于保護(hù)觸媒防止管道和設(shè)備堵塞。放空點(diǎn)設(shè)置在冷交換器和氨分離器之間，氨分后有

13、效氣體濃度較低，惰性氣體含量較高，有利于降低新鮮氣單耗。</p><p>　　（6）新型設(shè)備的使用：</p><p><b>　?、匐x心式循環(huán)壓縮機(jī)</b></p><p>　　離心式循環(huán)壓縮機(jī)用于合成工段，能避免油污滲入循環(huán)氣，提高合成氣質(zhì)量，從而可不設(shè)油分離器降低能耗，對(duì)于本工段選用冷激式內(nèi)件，要求合成氣質(zhì)量較高，無油壓縮機(jī)更為合適，離心式

14、循環(huán)壓縮機(jī)還具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，經(jīng)江蘇宜興化肥廠資料表明，無油壓縮機(jī)與注油壓縮機(jī)相比較平均使用壽命可延長(zhǎng)十倍。</p><p><b>　?、诶浣粨Q器</b></p><p>　　分離器為外向型旋流板，上部換熱器為列管換熱器和下部氨分離器，將熱氣體在進(jìn)入氨冷器前用冷氣體進(jìn)行冷卻換熱，以回收冷氣體的冷凍量，使入氨冷器的熱氣體預(yù)冷卻，從而節(jié)省冷凍量，同時(shí)分離經(jīng)氨冷后含氨

15、混和氣中的液氨，安徽淮南化工公司發(fā)表與《小氮肥》雜志上的有關(guān)資料表明，該設(shè)備節(jié)能降耗顯著。</p><p>　　3．三廢治理及環(huán)境保護(hù)：</p><p>　?、俜趴諝獬诜艢馑蜌浠厥障到y(tǒng)，先用洗滌塔回收幾乎全部氨，制成濃氨水，再回收大部分氨送入高壓機(jī)壓縮后制氨既可以避免氨氣進(jìn)入大氣，與放空氣作燃料相比又更合理經(jīng)濟(jì)。</p><p>　?、趶U物集中處理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后

16、排放。</p><p><b>　　4．生產(chǎn)制度：</b></p><p>　　每年操作日330天，三班連續(xù)操作。</p><p>　　第二章 原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格</p><p><b>　　原材料技術(shù)規(guī)格：</b></p><p>　?。ǘ┮喊碑a(chǎn)品技術(shù)規(guī)格<

17、/p><p>　?。ㄈ┌彼a(chǎn)品技術(shù)規(guī)格</p><p>　　第三章 危險(xiǎn)性物料主要物性表</p><p>　　第四章 流程簡(jiǎn)述</p><p>　　由氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)送來的35℃～45℃的新鮮氣，與放空后經(jīng)冷交換器來的循環(huán)氣混合，而后溫度被降至20℃，進(jìn)入氨冷器Ⅰ。氣體管內(nèi)流動(dòng)，液氨在管外蒸發(fā)，由于氨大量蒸發(fā)吸收了混合氣的熱量，使管內(nèi)氣體

18、進(jìn)一步被冷卻至0℃左右，為降低氨冷器Ⅰ負(fù)荷，進(jìn)入氨冷器Ⅱ繼續(xù)冷卻至-15℃左右，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用分離器將液氨分離，分離出的液氨進(jìn)入液氨貯罐，分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至22℃后出冷交換器，然后，氣體經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)，補(bǔ)充壓力至15兆帕，由合成塔的下部進(jìn)入層間換熱器，移走第二絕熱床反應(yīng)熱，冷氣體升溫進(jìn)入第一絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，再入第一、二絕熱床空間（冷激器）由185度左右的冷氣體作冷激氣原與出第一

19、絕熱床的反應(yīng)氣體混合降溫到385度左右，混合后氣體進(jìn)入第二絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨凈值升高，出第二絕熱床氣體進(jìn)入層間換熱器，移走熱量，使冷氣升溫，熱氣體降溫后進(jìn)入第三絕熱床進(jìn)行合成反應(yīng)，氣體氨含量增加到16.5﹪，再經(jīng)塔內(nèi)下?lián)Q熱器將熱量移走，后進(jìn)入沸熱鍋爐，副產(chǎn)1.3Mpa蒸氣。換熱產(chǎn)生蒸汽后進(jìn)入循環(huán)器加熱器一次出塔氣體至160℃，本身溫度降至112℃左右進(jìn)水冷器被冷</p><p>　　后的循環(huán)氣經(jīng)冷交換器降

20、溫至17℃與新鮮氣混合，繼續(xù)下一循環(huán)。液氨產(chǎn)品易蒸發(fā)，有強(qiáng)烈刺激性氣味，對(duì)人的消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)都造成傷害，與空氣混合后遇火會(huì)爆炸，應(yīng)密閉貯存，管道輸送，盡可能避免泄漏。</p><p>　　第五章 主要設(shè)備的選擇與計(jì)算</p><p>　　1.主要設(shè)備的選擇計(jì)算見計(jì)算部分的設(shè)備選型</p><p>　　2.設(shè)備一覽表（見后）</p><p&

21、gt;　　3.設(shè)備的選定說明：</p><p><b>　　合成塔內(nèi)件</b></p><p>　　合成塔的選擇主要是觸媒筐和塔內(nèi)換熱器，本著節(jié)約自身的水電和冷凍量消耗同時(shí)提高氨合成反應(yīng)熱的回收品位和利用率本設(shè)計(jì)觸媒筐選用三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件。三段絕熱冷激間冷式內(nèi)件有如下特點(diǎn)：1）高效節(jié)能 冷激-間冷式內(nèi)件是托普索節(jié)能型氨合成塔內(nèi)件基礎(chǔ)上開發(fā)的一種高效節(jié)能型內(nèi)件，

22、氨凈值高；2）生產(chǎn)能力大； 3）床層間復(fù)合換熱；4）節(jié)約管材；5）便于催化劑還原。 裝填A(yù)106型合成塔催化劑，此種催化劑具有良好的抗毒性能，低溫高活性，較好的熱穩(wěn)定性特點(diǎn)。</p><p>　　第六章 原材料及動(dòng)力消耗</p><p><b>　　原材料消耗</b></p><p><b>　?。ǘ﹦?dòng)力消耗</b>

23、</p><p>　　注：消耗定額以每噸合格液氨產(chǎn)品計(jì)</p><p>　　第七章 生產(chǎn)分析及三廢排量</p><p>　　（一）生產(chǎn)控制分析方法</p><p><b>　?。ǘ┤龔U排量</b></p><p>　　第八章 存在問題和意見</p><p>　　催化劑

24、的裝卸問題 由于第二段反應(yīng)床與第三段反應(yīng)床采用中間換熱器，床層催化劑不能從頂部裝卸，為解決此問題，建議在換熱器下面的筒體上開一至二個(gè)裝卸孔。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)達(dá)到了鍛煉的目的，學(xué)會(huì)了用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱、收集、整理資料，并運(yùn)用工具書解決實(shí)際問題，能夠在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立處理一些設(shè)計(jì)中遇到的困難，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)計(jì)算機(jī)編輯和繪圖功能的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。當(dāng)然設(shè)計(jì)中還存在一些問題需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)。這次

25、設(shè)計(jì)的順利完成還得益于xx老師和其他老師、同學(xué)的大力支持，在此一并感謝。</p><p>　　第九章 主要參考書目</p><p>　　《物理化學(xué)（上、下）》天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，高等教育出版社出版，1993年6月第三版</p><p>　　《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下）》國(guó)家醫(yī)藥管理局編，化學(xué)工業(yè)出版社，1986年6月第一版</p><p&

26、gt;　　《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下）》，梅安華主編，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　《化工工藝設(shè)計(jì)技術(shù)概論》，揚(yáng)國(guó)榮編</p><p>　　《小氮肥》，1998-2000年各期</p><p>　　《化工設(shè)計(jì)通訊》，1990-1995年各期</p><p>　　《化工計(jì)算》，葛家華編</p><p>

27、　　《化工原理（上、下）》，天津大學(xué)化工原理教研室主編</p><p>　　《合成氨》，陳五平主編</p><p>　　《化工熱力學(xué)》，張聯(lián)科編</p><p>　　《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)—理化數(shù)據(jù)》，石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院編，石油化學(xué)工業(yè)出版社出版</p><p>　　第十章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算書</p><p><

28、b>　　一、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　年工作日：330天；系統(tǒng)工作壓力：15MPa</p><p>　　精練氣組成（％）：H2 72.76,N2 25.92,CH4 0.98,Ar0.34</p><p>　　合成塔進(jìn)氣（％）：NH3 2.5,CH4+Ar 15;出氣，NH3 16.5</p><p>　　水冷

29、器出口溫度：35℃</p><p><b>　　設(shè)計(jì)裕度：10％</b></p><p><b>　　二、工藝流程圖：</b></p><p>　　第二部分 物料計(jì)算和熱量計(jì)算</p><p><b>　　1.3物料計(jì)算：</b></p><p>　　1

30、.3.1合成塔入口氣組分：</p><p>　　入塔氨含量：y5NH3=2.5％;</p><p>　　入塔甲烷含量：y5CH4=15.00％x0.98/（0.98+0.34）x100％=11.136％；</p><p>　　入塔氫含量：y5H2=［100-（2.5+11.136+3.864）］x3/4x100％=61.875％；</p><p&

31、gt;　　入塔氬含量：y5Ar=15.00x0.34/（0.98+0.34）x100％=3.864％；</p><p>　　入塔氮含量：y5N2=［100-（2.5+11.136+3.864）］x1/4x100％=20.625％</p><p>　　入塔氣組分含量（％）</p><p>　　2.合成塔出口氣組分：</p><p>　　以100

32、0kmol入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分，</p><p>　　由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量：</p><p>　　MNH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.165-0.025)/(1+0.165)=120.172kmo</p><p>　　出塔氣量: M8=入塔氣量—生成氨含量=1000-120.172=879.828kmo<

33、;/p><p>　　出塔氨含量： y8NH3=16.5％</p><p>　　出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)xy5CH4=(1000/879.828)x11.136％=12.657％</p><p>　　出塔氨含量： y8Ar=(M5/M8)xy5Ar=1000/879.828x3.864％=4.392％</p><p>　　出塔氫

34、含量： y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)x100％</p><p>　　=3/4(1-0.165-0.12657-0.043921)x100％=49.838％</p><p>　　出塔氮含量： y8N2=1/4(1-0.0165-0.12657-0.04392)x100％=16.612％</p><p>　　出塔氣體組分含量（％）<

35、/p><p><b>　　1.3.3合成率：</b></p><p>　　合成率=2MNH3/［M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)］x100％</p><p>　　=2x120.172/［1000(1-0.025-0.11364-0.03964)］x100％=29.133％</p><p>　　1.3.4氨分離器氣

36、液平衡計(jì)算：</p><p>　　已知氨分離器入口混合物組分m(i)</p><p>　　查35℃，P=14.4555MPa各組分平衡常數(shù)：</p><p>　　設(shè)（V/L）=29.85時(shí)，帶入Lx(i)=m(i)/［1+(V/L)xK(i)］=L(i):</p><p>　　LNH3=mNH3/［1+(V/L)xKNH3］=0.032066

37、Kmol</p><p>　　LCH4= mCH4/［1+(V/L)xK CH4］=0.000187 Kmol</p><p>　　LAr=mAr/［1+(V/L)xK Ar］=0.000023 Kmol</p><p>　　LH2=mH2/［1+(V/L)xKH2］=0.000208 Kmol</p><p>　　LH2=mN2)/［1+(

38、V/L)xKN2］=0.000077 Kmol</p><p>　　L總= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.032559 Kmol</p><p>　　分離氣體量：V=1-L=1-0.032559=0.967441 Kmol；</p><p>　　計(jì)算氣液比：（V/L）＇=0.967441/0.032559=

39、29.713;</p><p>　　誤差 ［（V/L）-（V/L）＇］/（V/L）=（29.85-29.713）/29.85X100％=0.46％，結(jié)果合理從而可計(jì)算出液體中各組分含量：</p><p>　　液體中氨含量：xNH3=LNH3/L=0.03266/0.032559x100％=98.48％</p><p>　　液體中氬含量：xAr=LAr/L=0.000

40、023/0.032559xIOO％=0.07％</p><p>　　液體中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.00185/0.032559x100％=0.57％</p><p>　　液體中氫含量：xH2=LH2/L=0.000208/0.032559x100％=0.64％</p><p>　　液體中氮含量：xN2=LH2/L=0.000077/0.032559x1

41、00％=0.24％</p><p>　　氨分離器出口液體含量</p><p><b>　　分離氣體組分含量：</b></p><p>　　氣體氨含量 yNH3=［mNH3-LNH3］/V=(0.165-0.02066)/0.967441x100 ％=13.410％</p><p>　　氣體甲烷含量 yCH4=［mCH4-

42、LCH4］/V=(0.12657-0.00185)/0.967441x100 ％=13.064％</p><p>　　氣體氬含量 yAr=［mAr-LAr］/V=(0.04392-0.000023)/0.967441x100 ％=4.537％</p><p>　　氣體氫含量 yH2=［mH2-LH2］/V=(0.49838-0.000208)/0.967441x100 ％=51.494％&

43、lt;/p><p>　　氣體氮含量 yN2=［mN2-LN2］/V=(0.11654-0.000077)/0.967441x100 ％=17.163％</p><p>　　氨分離器出口氣體含量（％）</p><p>　　1.3.5冷交換器氣液平衡計(jì)算：</p><p>　　查t=15℃,p=13.062MPa的平衡常數(shù)</p>&l

44、t;p>　　冷交換器出口液體組分含量：</p><p>　　出口液體甲烷含量 xCH4=yCH4/ KCH4=0.11136/74.585x100％=0.149％</p><p>　　出口液體氨含量 xNH3=yNH3/ KNH3=0.025/0.02522 x100％=99.110％</p><p>　　出口液體氬含量 xAr=yAr/ KAr=0.038

45、64/72.725 x100％=0.053％</p><p>　　出口液體氫含量 xH2=yH2/ KH2=0.61875/133.32 x100％=0.464％</p><p>　　出口液體氮含量 xN2=yN2/ KN2=0.20625/93.966 x100％=0.149％</p><p>　　冷交換器出口液體組分含量（％）</p><p&

46、gt;　　1.3.6液氨貯槽氣液平衡計(jì)算：</p><p>　　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;兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù).</p><p>　　G％=（1+y5NH3）x(y8NH3-yNH3分)/(( y8NH3- y5NH3)x(1- yNH3分))</p><p>

47、　　=[(1+0.025）x（0.165-0.13741）]/ [（0.165-0.025） x（1-0.13741）]x100％=23.418％</p><p>　　水冷后分離液氨占總量的23.418％冷交，氨冷后分離液氨占總量的76.582％.</p><p>　　液氨貯槽入口1Kmol液體計(jì)算為準(zhǔn)，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量：</p><p&g

48、t;　　m(0i)=L(15)xX15i+L16xX16i</p><p>　　= G％x L0x X15i+(1- G％)xX16i</p><p>　　=0.23418x X15i+0.76582 X16i</p><p>　　混合后入口氨含量：m0NH3=0.23418x0.9848+0.76582x0.9911=0.98962</p><

49、p>　　混合后入口甲烷含量:m0CH4=0.23418x0.0057+0.76582x0.00149=0.002476</p><p>　　混合后入口氬含量:m0Ar= 0.23418x0.0070+0.76582x0.00053=0.00057</p><p>　　混合后入口氫含量：m0H2=0.23418x0.0064+0.76582x0.00464=0.005052</p

50、><p>　　混合后入口氮含量：m0N2=0.23418x0.0024+0.76582x0.00224=0.002277</p><p>　　液氨貯槽入口液體含量</p><p>　　當(dāng)熱t(yī)=17℃平衡計(jì)算得，平衡常數(shù)P=1.568MPa</p><p>　　根據(jù)氣液平衡L(i)=m(0i)/[1+(V/L)xk(i)],設(shè)(V/L)=0.027

51、5,代入上式得:</p><p>　　出口液體氨含量：LNH3=m0NH3/[(1+(V/L)xkNH3]=0.989/(1+0.0275x0.598)=0.972999 Kmol</p><p>　　出口液體甲烷含量：LCH4=m0CH4/ [ 1+(V/L)xkCH4]</p><p>　　= 0.002476/(1+0.0275x170)=0.000436Km

52、ol</p><p>　　出口液體氬含量：LAr=m0 Ar/ [ 1+(V/L)xkAr ]=0.00057/(1+0.0275x540)=0.000036 Kmol</p><p>　　出口液體氫氣含量：LH2=m0H2/[ 1+(V/L)xkH2 ]=0.005052/(1+0.0275x575)=0.003 Kmol</p><p>　　出口液體氮?dú)夂浚篖

53、N2=m0N2/ [ 1+(V/L)xkN2 ]=0.002277/(1+0.0275x620)=0.000126 Kmol</p><p>　　L(總)=0.973897,V=1-0.973897=0.026103Kmol</p><p>　　(V/L) ＇=V/L=0.0268,誤差 (0.275-0.0268)/0.0275=2.4％</p><p>　　當(dāng)

54、V/L=0.025時(shí)</p><p>　　LNH3=0.974432Kmol, LCH4=0.000472Kmol</p><p>　　LAr=0.000039Kmol, LH2=0.000328 Kmol</p><p>　　LN2=0.000138 Kmol V=1-L(總)=0.024591</p><p>　　(V/L)＇=V/L

55、=0.024591/0.975409=0.0251</p><p>　　誤差 (0.025-0.0252)/0.025x100％=0.4％</p><p>　　出口液體組分含量： </p><p>　　出口液體氨含量：xNH3=LNH3/L=0.974432/0.975409x100％=99.8998％</p><p>　　出口液體甲烷含量：

56、xCH4=LCH4/L=0.000472/0.975409x100％=0.048％</p><p>　　出口液體氬含量：xAr=LAr/L=0.000039/0.975409x100％=0.004％</p><p>　　出口液體氫氣含量：xH2=LH2/L=0.000328/0.975409x100％=0.0336％</p><p>　　出口液體氮?dú)夂浚簒N2=L

57、N2/L=0.000138/0.975409x100％=0.0141％</p><p>　　液氨貯槽出口液氨組分（％）</p><p>　　出口弛放氣組分含量：</p><p>　　弛放氣氨含量：yNH3=(M0NH3-LNH3)/V=(0.98962-0.97443)/0.024591x100％=61.784％</p><p>　　弛放氣甲

58、烷含量：yCH4=(M0CH4-LCH4)/V=(0.00248-0.000472)/0.02459x100％=8.15％</p><p>　　弛放氣氬含量：yAr=(M0 Ar-LAr)/V=(0.00057-0.000039)/0.024591x100％=2.15％</p><p>　　弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2-LH2)/V=(0.005052-0.000328)/0.024

59、591x100％=19.21％</p><p>　　弛放氣氮?dú)夂浚簓N2=(M0N2-LN2)/V=(0.002277-0.000138)/0.024591x100％=8.698％</p><p><b>　　出口弛放氣組分含量</b></p><p>　　1.3.7液氨貯槽物料計(jì)算：</p><p>　　以液氨貯槽出

60、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)=1000x22.4/(0.998998x17)=1318.969m３</p><p>　　其中NH3 L(19NH3)=L(19NH3)xX(19NH3)=1318.969x99.8998﹪=1317.647 m３</p><p>　　CH4 L(19CH4)=L(19CH4)xX(19CH4)=1318.969x0.

61、0484﹪=0.638 m３</p><p>　　Ar L(19Ar)=L(19Ar)xX(19Ar)=1318.969x0.004﹪=0.053 m３</p><p>　　H2 L(19H2)=L(19H2)xX(19H2)=1318.969x0.0336﹪=0.053 m３</p><p>　　N2 L(19N2)=L(19N2)xX(19N2

62、)=1318.969x0.0141﹪=0.186 m３</p><p>　　液氨貯槽出口弛放氣（V/L）=0.025</p><p>　　V(20)=0.025xL(19)=0.025x1318.969=32.974 m３</p><p>　　其中　　NH3 V(20NH3)=V(20NH3) × y(20NH3)=32.974x61.874﹪=20.3

63、73 m３</p><p>　　CH4 V(20CH4)=V(20CH4) × y(20CH4)=32.974x8.149﹪=2.687m３</p><p>　　Ar V(20Ar)=V(20Ar) × y(20Ar)=32.974x2.159﹪=0.712 m３</p><p>　　H2 V(20H2)=V(20H2) × y(2

64、0H2)=32.974x19.21﹪=6.334 m３</p><p>　　N2 V(20N2)=V(20N2) × y(20N2)=32.974x8.698﹪=2.868 m３</p><p>　　液氨貯槽出口總物料=L(19)+ V(20)=1318.969+32.974=1351.943 m３</p><p><b>　　液氨貯槽進(jìn)口液體

65、：</b></p><p>　　由物料平衡，入槽總物料=出槽總物料，L(21)=L(19)+V(20)=1351.943 m３</p><p>　　入口液體各組分含量計(jì)算:L(21i)= L(19i) + V(20i)</p><p>　　其中 NH3 L(21NH3)=1317.647+20.373=1338.020 m３</p>&l

66、t;p>　　CH4 L(21CH4)=0.638+2.687=3.325 m３</p><p>　　Ar L(21Ar)=0.053+0.712=0.765 m３</p><p>　　H2 L(21H2)=0.443+6.334=6.777m３</p><p>　　N2 L(21N2)=0.186+2.868=3.054 m３</p>

67、;<p>　　入口液體中組分含量核算,由 m´(0i)=L(21i)/L(21):</p><p>　　入口液體中氨含量 m´(0NH3)=1338.02/1351.943x100﹪=98.97﹪</p><p>　　入口液體中甲烷含量 m´(0CH4)= 3.325/1351.943x100﹪=0.246﹪</p><

68、;p>　　入口液體中氬含量 m´(0Ar)= 0.765/1351.943x100﹪=0.057﹪</p><p>　　入口液體中氫氣含量 m´(0H2)= 6.777/1351.943x100﹪=0.501﹪</p><p>　　入口液體中氮?dú)夂?m´(0N2)= 3.045/1351.943x100﹪=0.226﹪</p>

69、<p>　　入口液體中組分含量 m´(0i)≈ M´(0i)</p><p>　　1.3.8合成系統(tǒng)物料計(jì)算:</p><p>　　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</p><p>　　氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨</p><p>

70、;　　由前計(jì)算數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求V補(bǔ),V放,V入,V出：</p><p>　　循環(huán)回路中氫平衡：V補(bǔ)yH2補(bǔ)=V放yH2放＋V弛yH2弛+3/2V放yNH3放+3/2V弛yNH3弛+3/2LNH3┉┉┉┉┉┉①</p><p>　　循環(huán)回路中氮平衡:V補(bǔ)yN2補(bǔ)=V放yN2放＋V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+1/2V弛

71、yNH3弛+1/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉②</p><p>　　循環(huán)回路中惰性氣體平衡: V補(bǔ)(yCH4放+yAr放)=Ｖ弛(yCH4放+yAr放)+V弛(yCH4弛+yAr弛)</p><p>　　V補(bǔ)(0.0098+0.0034)=V放(0.12938+0.4493)+32.944(0.08149+0.02159)0.01332 V補(bǔ)=0.17431 V放+3.39587┉┉┉┉┉

72、┉③</p><p>　　循環(huán)回路中惰性氣體平衡:V出yNH3-V入yNH3入=V放y放+V弛y NH3弛+LNH3</p><p>　　0.165V出-0.025V入=0.13741V放 + 32.974 x 0.61784 + 1317.647┉┉┉┉┉┉④</p><p>　　循環(huán)回路中總物料體平衡: V入=V出 + V補(bǔ) - V放 - V弛- LNH3<

73、;/p><p>　　= V出 + V補(bǔ)－V放-32.974-1317.647┉┉┉┉┉┉⑤</p><p>　　聯(lián)立①②③④⑤各式解得：</p><p>　　V放=201.475 m３; V補(bǔ)=2917.8 m３; V出=9998.906 m３; V入=11364.61 m3</p><p>　　1.3.9合成塔物料計(jì)算：</p>

74、<p>　　入塔物料：Ｖ5=11364.610 m3</p><p>　　NH3 V5NH3=11364.61 x 2.5﹪=284.115m3</p><p>　　CH4 V5CH4=11364.61 x 11.136﹪=1265.563m3</p><p>　　Ar V5Ar=11364.61 x 3.864﹪=439.129m3</p&

75、gt;<p>　　H2 V5H2=11364.61 x 61.875﹪=7031.852m3</p><p>　　N2 V5N2=11364.61 x 20.625﹪=2343.951m3</p><p>　　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</p><p>　　即　　Ｖ5=V6=V7=11364.610 m3&l

76、t;/p><p>　　出塔物料　　 V8=9998.906m3</p><p>　　NH3 V8NH3=9998.906 x 16.5﹪=1649.819m3</p><p>　　CH4 V8CH4=9998.906 x 12.657﹪=1264.862m3</p><p>　　Ar V8Ar=9998.906 x 4.392﹪=

77、439.152m3</p><p>　　H2 V8H2=9998.906 x 49.838﹪=4983.255m3</p><p>　　N2 V8N2=9998.906 x 16.612﹪=1661.018m3</p><p>　　合成塔生成氨含量：⊿VNH3=V8NH3-V5NH3=1649.819-284.115=1365.704 m3=1036.4

78、72Kg</p><p>　　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。</p><p>　　即V8=V9=V10=9998.906 m3</p><p>　　1.3.10水冷器物料計(jì)算：</p><p>　　進(jìn)器物料：水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10入=9998.906 m3</p><

79、p>　　出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計(jì)算得氣液比 (V/L)=29.85,有如下方程:</p><p>　　V11出/L11出=(V/L)=29.85┉┉┉┉┉┉①</p><p>　　V11出+L11出=L10入=9998.906┉┉┉┉┉┉②</p><p>　　將 V11出=29.85L11出帶入②得:</p>

80、<p>　　L11出=324.114 m3 V11出=9674.792 m3</p><p>　　出口氣體組分由V11i=V11出y11i得:</p><p>　　其中， NH3 V11NH3=9674.792 x 13.741﹪=1329.431m3</p><p>　　CH4 V11CH4=9674.792 x 13.064﹪=12

81、63.91m3</p><p>　　Ar V11Ar=9674.792 x 4.537﹪=438.945m3</p><p>　　H2 V11H2=9674.792 x 51.494﹪=4981.937m3</p><p>　　N2 V11N2=9674.792 x 17.163﹪=1660.485m3</p><p>　　出口液

82、體各組分由L11i=V8i-V11i</p><p>　　其中， NH3 L11NH3=1649.819-1329.413=320.406m3</p><p>　　CH4 L11CH4=1264.862-1263.915=0.947m3</p><p>　　Ar L11Ar=439.152-438.945=0.207m3</p><

83、p>　　H2 L11H2=4983.255-4981.937=1.318m3</p><p>　　N2 L11N2=1661.018-1660.485=0.533m3</p><p>　?。?３.１１氨分離器物料計(jì)算：</p><p>　　進(jìn)器物料：氨分離器進(jìn)器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料</p><p>　　即　

84、V11=V11出+L11出=9674.792+324.114=9998.906 m3</p><p>　　出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進(jìn)行分離，分別得到氣體和液體</p><p>　　出器氣體V12＝V11出＝9674.792 m3，出器液體L15＝L11出＝324.114 m3</p><p>　　氨分離器出口氣體放空V13=201.475 m3</p>

85、<p>　　其中， NH3 V13NH3=201.475 x 13.741﹪=27.685m3</p><p>　　CH4 V13CH4=201.475 x 13.064﹪=26.321m3</p><p>　　Ar V13Ar=201.475 x 4.537﹪=9.141m3</p><p>　　H2 V13H2=201.475

86、x 51.494﹪=103.748m3</p><p>　　N2 V13N2=201.475 x 17.163﹪=34.579m3</p><p>　　1.3.12冷交換器物料計(jì)算：</p><p>　　進(jìn)器物料：進(jìn)器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量</p><p>　　V14=V12-V13=9674.792-201.475=

87、9473.317 m3</p><p>　　其中， NH3 V14NH3=9674.792 x 13.741﹪=1301.728m3</p><p>　　CH4 V14CH4=9674.792 x 13.064﹪=1225.658m3</p><p>　　Ar V14Ar=9674.792x 4.537﹪=425.636m3</p>&l

88、t;p>　　H2 V14H2=9674.792 x 51.494﹪=4890.316m3</p><p>　　N2 V14N2=9674.792x 17.163﹪=1629.979m3</p><p><b>　　出器物料（熱氣）：</b></p><p>　　設(shè)熱氣出口溫度17℃ 查 t=17℃,P=13.062MPa氣相平

89、衡氨含量y NH3=8.386﹪，計(jì)算熱氣出口冷凝液氨時(shí)，忽略溶解在液氨中的氣體。取過飽和度10﹪</p><p>　　故 V17NH3=1.1x8.386﹪=9.225﹪</p><p>　　設(shè)熱氣出口氨體積為，則：</p><p>　　a/(9473.317-1301.728+a)=0.09225 a=830.427 m3</p>

90、<p>　　L17NH3=V14NH3-a=1301.728-830.437=471.291 m3</p><p>　　冷交換器熱氣出口氣量及組分：</p><p>　　其中 NH3 V17NH3= V14NH3-L17NH3=830.437m3</p><p>　　CH4 V17CH4= V14CH4 =1225.658m3</p>

91、<p>　　Ar V17Ar=V14Ar=425.636m3</p><p>　　H2 V17H2= V14H2 =4890.316m3</p><p>　　N2 V17N2= V14N2=1629.979m3</p><p>　　出口總氣量 V17=V14-L17NH3=9473.317-471.291=9002.026 m3</p&

92、gt;<p><b>　　出口氣體各組分：</b></p><p>　　NH3 V17NH3／V17= 830.437／9002.026x100％=9.225％</p><p>　　CH4 V17CH4／V17= 1225.658／9002.026 x100％=13.615％</p><p>　　Ar V17Ar／V17=

93、425.636／9002.026 x100％=4.728％</p><p>　　H2 V17H2／V17= 4890.316／9002.026 x100％=54.325％</p><p>　　N2 V17N2／V17= 1629.979／9002.026 x100％=18.107％</p><p>　　1.3.13氨冷器物料計(jì)算：</p>&l

94、t;p>　　1.3.13.1氨冷器Ⅰ物料計(jì)算：</p><p>　　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=2917.8 m3</p><p>　　其中， CH4 V1CH4=2917.8x0.0098=28.594m3</p><p>　　Ar V1Ar=2917.8x0.0034=9.921m3</p>

95、<p>　　H2 V1H2= 2917.8x0.7276=2122.991m3</p><p>　　N2 V1N2= 2917.8x0.2592=756.294m3</p><p>　　V18（進(jìn)器氣體物料）=V1+V17=2917.8+9002.026=11919.826 m3</p><p>　　進(jìn)器氣體組分含量　　V18i=V1i+V17i&l

96、t;/p><p>　　其中， NH3 V18NH3= V17NH3=830.437m3</p><p>　　CH4 V18CH4= 28.594+1225.658=1254.252m3</p><p>　　Ar V18Ar=9.921+425.636=435.557m3</p><p>　　H2 V18H2= 2122.9

97、91+4890.316=7013.307m3</p><p>　　N2 V18N2= 756.294+1629.979=2386.273m3</p><p>　　各組分百分含量　　y18i=V18i/V18</p><p>　　NH3 y18NH3= 830.437/11919.826x100％=6.967％</p><p>　　CH

98、4 y18CH4=1254.252/11919.826x100％=10.522％</p><p>　　Ar y18Ar=435.557/11919.826x100％=3.654％</p><p>　　H2 y18H2= 7013.307/11919.826x100％=58.837％3</p><p>　　N2 y18N2= 2386.273/11919.82

99、6x100％=20.02％</p><p>　　進(jìn)器液體等于冷交換器冷凝液氨量　L18=L18NH3=L17NH3=471.291 m3</p><p>　　進(jìn)器總物料＝V18=L18=11919.826+471.291=12391.117 m3</p><p>　　出器Ⅰ物料：已知出器Ⅰ氣體中氨含量為 4.872％，設(shè)出器氣體中氨含量為b m3</p>

100、<p>　　b/(11919.826/V18-830.437/V18NH3)=4.872％ 解得 b=540.275 m3</p><p>　　則氨冷器Ⅰ中冷凝液氨量：L′18NH3=V18NH3-b=830.437-540.275=290.162 m3</p><p>　　氨冷器Ⅰ出口總液氨量:L2NH3=L18NH3+L′18NH3=471.291+290.162=76

101、1.453 m3</p><p>　　氨冷器Ⅰ出口氣量:V2=V18-b=11919.826-290.162=11629.664 m3</p><p>　　其中， NH3 V2NH3= 540.275m3</p><p>　　CH4 V2CH4= V18CH4= 1254.252m3</p><p>　　Ar V2Ar= V18Ar=

102、435.557m3</p><p>　　H2 V2H2= V18H2= 7013.307m3</p><p>　　N2 V2N2= V18N2= 2386.273m3</p><p>　　各組分百分含量 y2i=V2i/V2</p><p>　　NH3 y2NH3=540.275/11629.664x100％=4.646％</

103、p><p>　　CH4 y2CH4=1254.252/11629.664x100％=10.785％</p><p>　　Ar y2Ar=435.557/11629.664x100％=3.475％</p><p>　　H2 y2H2=7013.307/11629.664x100％=60.305％</p><p>　　N2 y2N2=2386

104、.273/11629.664x100％=20.519％</p><p>　　出器Ⅰ總物料=V2+L2NH3=11629.664+761.453=12391.117 m3</p><p>　　1.3.11.2氨冷凝器Ⅱ物料計(jì)算：</p><p>　　進(jìn)器氣體物料=V2=11629.664 m3</p><p>　　進(jìn)器氣體組分含量 V22i=

105、V2i</p><p>　　其中 各組分含量 y22i=y2i</p><p>　　NH3 V22NH3=V2NH3= 540.275m3 NH3 y22NH3= y2NH3=4.646％</p><p>　　CH4 V22CH4

106、=V2CH4= V18CH4= 1254.252m3 CH4 y22CH4= y2CH4=10.785％</p><p>　　Ar V22Ar =V2Ar= V18Ar=435.557m3 Ar y22Ar= y2Ar=3.475％ </p><p>　　H2 V22H2=V2H2= V18H2= 7013.30

107、7m3 H2 y22H2= y2H2=60.305％</p><p>　　N2 V22N2=V2N2= V18N2= 2386.273m3 N2 y22N2= y2N2=20.519％</p><p>　　進(jìn)器液體等于氨冷器Ⅰ液氨量=761.453 m3</p><p>

108、　　進(jìn)器總物料等于出器Ⅰ總物料=12391.117 m3</p><p>　　出器Ⅱ物料：已知出器Ⅱ氣體中氨含量為 2.5％，設(shè)出器氣體中氨含量為bⅡ m3</p><p>　　bⅡ/(11629.664-540.275)=0.025 解得bⅡ =277.235 m3</p><p>　　則氨冷器Ⅱ中冷凝液氨量：L′22NH3=V′28NH3- bⅡ=540.275

109、-277.235=263.04 m3</p><p>　　氨冷器Ⅱ出口總液氨量:LⅡNH3=L8NH3+L′28NH3=761.453+263.04=1024.493 m3</p><p>　　氨冷器Ⅱ出口氣量:VⅡ=V8- bⅡ=11629.664-263.04=11366.624 m3</p><p>　　其中，NH3 VⅡNH3= 277.235m3<

110、/p><p>　　CH4 VⅡCH4= V22CH4= 1254.252m3</p><p>　　Ar VⅡAr= V22Ar=435.557m3</p><p>　　H2 VⅡH2= V22H2= 7013.307m3</p><p>　　N2 VⅡN2= V22N2= 2386.273m3</p><p>　　

111、各組分百分含量 yⅡi=VⅡi/VⅡ</p><p>　　NH3 yⅡNH3=277.235/11366.624x100％=2.439％</p><p>　　CH4 yⅡCH4=1254.252/11366.624x100％=11.035％</p><p>　　Ar yⅡAr=435.557/11366.624x100％=3.832％</p>

112、<p>　　H2 yⅡH2=7013.307/11366.624x100％=61.700％</p><p>　　N2 yⅡN2=2386.273/11366.624x100％=20.994％</p><p>　　出器Ⅱ總物料=VⅡ+LⅡNH3=11366.624+1024.493 =12391.117 m3</p><p>　　1.3.14 冷交換器

113、物料計(jì)算：</p><p>　　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</p><p>　　其中氣體入口VⅡ=11365.624 m3；液體入口 LNH3=1024.493 m3</p><p>　　由氣液平衡計(jì)算得，以一1Kmol進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)：即 F=1</p><p>　　L+V=F┉┉┉┉┉┉①</p>

114、<p>　　LxNH3+VyNH3=FmNH3┉┉┉┉┉┉②</p><p>　　將yNH3=0.025，xNH3=0.9911代入上式：</p><p>　　V=（xNH3- mNH3）/（xNH3- yNH3）= 1.026- mNH3/0.9661┉┉┉┉┉┉③</p><p>　?、凼街衜NH3可由物料平衡和氨平衡計(jì)算mNH3=V2NH3/V2&l

115、t;/p><p>　　V′Ⅱ=V1+V′17┉┉┉┉┉┉④</p><p>　　V′17=V18-V13-L15┉┉┉┉┉┉⑤</p><p>　　V′ⅡNH3=VⅡNH3+L17NH3+L′22NH3┉┉┉┉┉┉⑥</p><p>　　式中V′Ⅱ ———冷交換器入口總物料；V′17———冷交換器熱氣出口總物料</p><p&

116、gt;　　V′ⅡNH3 ———冷交換器入口總氨物料</p><p>　　將 V8=9998.906 m3，V13=201.475 m3，L15=324.114 m3代入上式解得：V17=9473.317 m3</p><p>　　∴V′Ⅱ=2917.8+9473.317=12391.117 m3；V′ⅡNH3 =277.235+471.291+553.202=1301.728 m3<