液氨合成工段工藝設(shè)計

1、化工課程設(shè)計液氨合成工段工藝設(shè)計第一部分 說明書-3第一章 概 述-3第二章 原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格-4第三章 危險性物料主要物性表-5第四章 生產(chǎn)原理及流程簡述-5第五章 主要設(shè)備的選擇與計算-5第六章 原材料及動力消耗-6第七章 生產(chǎn)分析及三廢排量-7第八章 存在問題及建議-7第九章 主要參考書目-7第十章 工藝設(shè)計計算書-8第二部分 物料衡算和熱量衡算-8第三部分 設(shè)備的選型與計算-27第四部分 帶主要控制點的工藝流程圖-46第一部分 說明書第一章 概 述1-1工段的概況及特點：1設(shè)計依據(jù)：本設(shè)計按照材化系下達設(shè)計任務(wù)書進行編制，參照鴻鵠化工總廠的現(xiàn)場生產(chǎn)，以及中國五環(huán)化學工程總公司（

2、原化工部第四設(shè)計院），和石油化工部化工設(shè)計院的有關(guān)資料設(shè)計而成。2設(shè)計規(guī)模及特點：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，通過設(shè)計兩個串聯(lián)的氨冷器，在低壓下，既減少了動力消耗，又保證了合成塔入口氨含量的要求；現(xiàn)具體起來如下：（1）循環(huán)機位置：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)機壓縮功，提高進合成塔溫度，減少冷量消耗，降低氨冷器負荷，同時提高進塔壓力，提高合成率，而進循環(huán)機的氨冷量較低，避免了塔后循環(huán)機流程容易帶液氨而導(dǎo)致循環(huán)機泄漏。（2）反應(yīng)熱回收的方式及利用：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設(shè)置的問題，廢熱鍋爐

3、的配置實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氣體換熱，充分提高合成塔二進溫度，相應(yīng)提高了合成塔二出溫度，進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。（3）采用“二進二出”合成流程：全部冷氣經(jīng)合成塔環(huán)隙后進入熱交換器，可使合成塔體個點溫度分布均勻，出口氣體保持較低溫度，確保合成塔長期安全穩(wěn)定運行，與循環(huán)機來的冷氣直接進入熱交換器相比，使熱交換器出口溫度增大。進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荷低。（4）水冷器、氨冷器的設(shè)置：水冷后分離液氨再進行

4、冷交，氨冷有利于降低后續(xù)氨冷的負荷，邊冷卻邊分離液氨，即提高了液氨的分離效果，又避免了氣液兩相流的存在，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，達到了進一步冷卻，保證合成塔入口氨冷量的要求。（5）補充氣及放空點位置設(shè)置：補充氣設(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)，有利于保護觸媒防止管道和設(shè)備堵塞。放空點設(shè)置在冷交換器和氨分離器之間，氨分后有效氣體濃度較低，惰性氣體含量較高，有利于降低新鮮氣單耗。（6）新型設(shè)備的使用：離心式循環(huán)壓縮機離心式循環(huán)壓縮機用于合成工段，能避免油污滲入循環(huán)氣，提高合成氣質(zhì)量，從而

5、可不設(shè)油分離器降低能耗，對于本工段選用冷激式內(nèi)件，要求合成氣質(zhì)量較高，無油壓縮機更為合適，離心式循環(huán)壓縮機還具有運行時間長的特點，經(jīng)江蘇宜興化肥廠資料表明，無油壓縮機與注油壓縮機相比較平均使用壽命可延長十倍。冷交換器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，將熱氣體在進入氨冷器前用冷氣體進行冷卻換熱，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，同時分離經(jīng)氨冷后含氨混和氣中的液氨，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。3三廢治理及環(huán)境保護：放空氣弛放氣送氫回收系統(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

6、壓縮后制氨既可以避免氨氣進入大氣，與放空氣作燃料相比又更合理經(jīng)濟。廢物集中處理達到國家排放標準后排放。4生產(chǎn)制度：每年操作日330天，三班連續(xù)操作。第二章 原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格（一） 原材料技術(shù)規(guī)格：序號名稱規(guī)格備注成分百分含量（摩爾）1精練氣氫氣72.76氮氣25.92氨氣0甲烷0.98氬氣0.34 （二）液氨產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格序號名稱規(guī)格國家標準備注等級組分含量1液氨一級品氨99.8GB356-65水和油0.22液氨二級品氨99.5GB356-65水和油0.5 （三）氨水產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格序號名稱規(guī)格標準備注等級組分含量1農(nóng)業(yè)用氨水一級品氨20部標HGI-88-64二級品氨18三級品氨152工業(yè)用

7、氨水一級品氨25部標HGI-88-64殘渣0.3二級品氨20殘渣0.3三級品氨20殘渣0.5 第三章 危險性物料主要物性表序號名稱分子量熔點（度）沸點（度）閃點（度）燃點（度）空氣中爆炸極限（）國家標準備注上限下限1氨氣17.03-77.7-33.5651.2263027.415.7已2氫氣2.016-259.8-252.840074.24.1甲3甲烷16.043-184-161.5-19065015.05.0甲第四章 流程簡述 由氮氫氣壓縮機送來的3545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，進入氨冷器。氣體管內(nèi)流動，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

8、，使管內(nèi)氣體進一步被冷卻至0左右，為降低氨冷器負荷，進入氨冷器繼續(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，補充壓力至15兆帕，由合成塔的下部進入層間換熱器，移走第二絕熱床反應(yīng)熱，冷氣體升溫進入第一絕熱床進行合成反應(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絕熱床的反應(yīng)氣體混合降溫到385度左右，混合后氣體進入第二絕熱床進行合成反應(yīng)，氣體氨凈值升高，出第二絕熱床氣體進入層間換熱器，移走熱量，使冷氣升溫，熱氣體降溫

9、后進入第三絕熱床進行合成反應(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，后進入沸熱鍋爐，副產(chǎn)1.3Mpa蒸氣。換熱產(chǎn)生蒸汽后進入循環(huán)器加熱器一次出塔氣體至160，本身溫度降至112左右進水冷器被冷卻產(chǎn)生部分液氨，溫度降至35，混合氣液進氨分離器，分離液氨，分離的液氨去液氨罐貯存，出氨分離器的氣體則部分放空，放空氣去氫回收裝置，放空后的循環(huán)氣經(jīng)冷交換器降溫至17與新鮮氣混合，繼續(xù)下一循環(huán)。液氨產(chǎn)品易蒸發(fā)，有強烈刺激性氣味，對人的消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)都造成傷害，與空氣混合后遇火會爆炸，應(yīng)密閉貯存，管道輸送，盡可能避免泄漏。第五章 主要設(shè)備的選擇與計算1.主要設(shè)備的選擇計算見計算部分的設(shè)備

10、選型2.設(shè)備一覽表（見后）3.設(shè)備的選定說明：合成塔內(nèi)件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提高氨合成反應(yīng)熱的回收品位和利用率本設(shè)計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：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，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。材化學院工程名稱設(shè)備一覽表編制趙伍編號1校核第1 頁共1頁設(shè)計項目審核序號位號設(shè)備名稱及規(guī)格圖號或標準

11、號單位數(shù)量材料技術(shù)特性表編號備注1E0301合 成 塔臺12C0301氨冷凝器臺116MnR3C0302氨冷凝器臺116MnR4C0303循環(huán)加熱器臺11Cr18NiTi5C0304沸熱鍋爐臺11Cr18NiTi6C0305冷交換器臺116MnR7C0306水冷器臺18J0301循環(huán)壓縮機臺19F0301氨分離器臺116MnR10F0302氨罐120MnMo修改標記姓名蔡愛民日期2002/6/03第六章 原材料及動力消耗（一） 原材料消耗序號名稱消耗定額（每噸氨）消耗量單位備注每小時每年1新鮮補充氣2917.855260.2144.377x108m3（二）動力消耗序號名稱消耗定額（每噸氨）消耗

12、量單位備注每小時每年1液氨1316.22824928.0421.974x108m32冷卻水48.426917.1407.264x106m33鍋爐給水647.78212268.3439.717x109m34電38.633731.6705.795x106KW注：消耗定額以每噸合格液氨產(chǎn)品計第七章 生產(chǎn)分析及三廢排量 （一）生產(chǎn)控制分析方法序號取樣點分析項目分析方法控制指標分析次數(shù)1合成塔二次出口氨氣NH313.2每兩小時一次氫氣H2/N2=3氮氣 （二）三廢排量序號123名稱冷卻水放空氣廢污溫度（度）4021壓力，MP0.329.421.3排除點水冷量氨分后氨分離器，冷交換器排放量/H114568

13、kg668.12Nm3有害物含量NH3=7.009固體含量2000PPM排放標準處理意見送涼水塔回收利用送水處理第八章 存在問題和意見催化劑的裝卸問題 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裝卸孔。通過這次設(shè)計達到了鍛煉的目的，學會了用計算機網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱、收集、整理資料，并運用工具書解決實際問題，能夠在老師的指導(dǎo)下獨立處理一些設(shè)計中遇到的困難，同時進一步加強了對計算機編輯和繪圖功能的學習和運用。當然設(shè)計中還存在一些問題需要進一步加強學習。這次設(shè)計的順利完成還得益于翁賢芬老師和其他老師、同學的大力支持，在此一并

14、感謝。第九章 主要參考書目物理化學（上、下）天津大學物理化學教研室編，高等教育出版社出版，1993年6月第三版化工工藝設(shè)計手冊（上、下）國家醫(yī)藥管理局編，化學工業(yè)出版社，1986年6月第一版小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊（上、下），梅安華主編，化學工業(yè)出版社化工工藝設(shè)計技術(shù)概論，揚國榮編小氮肥，1998-2000年各期化工設(shè)計通訊，1990-1995年各期化工計算，葛家華編化工原理（上、下），天津大學化工原理教研室主編合成氨，陳五平主編化工熱力學，張聯(lián)科編氮肥工藝設(shè)計手冊理化數(shù)據(jù)，石油化學工業(yè)部化工設(shè)計院編，石油化學工業(yè)出版社出版第十章 工藝設(shè)計計算書一、設(shè)計要求： 年工作日：330天；系統(tǒng)工作

15、壓力：15MPa 精練氣組成（）：H2 72.76,N2 25.92,CH4 0.98,Ar0.34 合成塔進氣（）：NH3 2.5,CH4+Ar 15;出氣，NH3 16.5 水冷器出口溫度：35 設(shè)計裕度：10二、工藝流程圖：沸熱鍋爐液氨貯槽氨冷器氨冷器冷交換器循環(huán)機氨分離器水冷器 熱交換器合成塔第二部分 物料計算和熱量計算1.3物料計算：1.3.1合成塔入口氣組分：入塔氨含量：y5NH3=2.5;入塔甲烷含量：y5CH4=15.00x0.98/（0.98+0.34）x100=11.136；入塔氫含量：y5H2=100-（2.5+11.136+3.864）x3/4x100=61.875；入

16、塔氬含量：y5Ar=15.00x0.34/（0.98+0.34）x100=3.864；入塔氮含量：y5N2=100-（2.5+11.136+3.864）x1/4x100=20.625入塔氣組分含量（）NH3CH4ArH2N2小計2.511.1363.86461.87520.6251002.合成塔出口氣組分：以1000kmol入塔氣作為基準求出塔氣組分，由下式計算塔內(nèi)生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.165-0.025)/(1+0.165)=120.172kmo出塔氣量: M8=入塔氣量生成氨含量=1000-120.172=879.828km

17、o出塔氨含量： y8NH3=16.5出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)xy5CH4=(1000/879.828)x11.136=12.657出塔氨含量： y8Ar=(M5/M8)xy5Ar=1000/879.828x3.864=4.392出塔氫含量： y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)x100=3/4(1-0.165-0.12657-0.043921)x100=49.838出塔氮含量： y8N2=1/4(1-0.0165-0.12657-0.04392)x100=16.612出塔氣體組分含量（）NH3CH4ArH2N2小計16.512.6574.39249.8381

18、6.6121001.3.3合成率：合成率=2MNH3/M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)x100=2x120.172/1000(1-0.025-0.11364-0.03964)x100=29.1331.3.4氨分離器氣液平衡計算：已知氨分離器入口混合物組分m(i)MNH3mCH4mH2mArmN2小計0.1650.126570.043920.498380.166121.00000查35，P=14.4555MPa各組分平衡常數(shù)：KNH3KCH4KArKH2KN20.1388822.648562.825780.377172.8704設(shè)（V/L）=29.85時，帶入Lx(i)=m(i)/1

19、+(V/L)xK(i)=L(i):LNH3=mNH3/1+(V/L)xKNH3=0.032066KmolLCH4= mCH4/1+(V/L)xK CH4=0.000187 KmolLAr=mAr/1+(V/L)xK Ar=0.000023 KmolLH2=mH2/1+(V/L)xKH2=0.000208 KmolLH2=mN2)/1+(V/L)xKN2=0.000077 KmolL總= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.032559 Kmol分離氣體量：V=1-L=1-0.032559=0.967441 Kmol；計算氣液比：（V/L）=

20、0.967441/0.032559=29.713;誤差 （V/L）-（V/L）/（V/L）=（29.85-29.713）/29.85X100=0.46，結(jié)果合理從而可計算出液體中各組分含量：液體中氨含量：xNH3=LNH3/L=0.03266/0.032559x100=98.48液體中氬含量：xAr=LAr/L=0.000023/0.032559xIOO=0.07液體中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.00185/0.032559x100=0.57液體中氫含量：xH2=LH2/L=0.000208/0.032559x100=0.64液體中氮含量：xN2=LH2/L=0.000077/0.0

21、32559x100=0.24氨分離器出口液體含量NH3CH4ArH2N2小計98.480.570.070.640.24100.00分離氣體組分含量：氣體氨含量 yNH3=mNH3-LNH3/V=(0.165-0.02066)/0.967441x100 =13.410氣體甲烷含量 yCH4=mCH4-LCH4/V=(0.12657-0.00185)/0.967441x100 =13.064氣體氬含量 yAr=mAr-LAr/V=(0.04392-0.000023)/0.967441x100 =4.537氣體氫含量 yH2=mH2-LH2/V=(0.49838-0.000208)/0.967441

22、x100 =51.494氣體氮含量 yN2=mN2-LN2/V=(0.11654-0.000077)/0.967441x100 =17.163氨分離器出口氣體含量（）NH3CH4ArH2N2小計13.41013.0644.53751.49417.163100.001.3.5冷交換器氣液平衡計算：查t=15,p=13.062MPa的平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN20.0252274.58572.752133.32693.699冷交換器出口液體組分含量：出口液體甲烷含量 xCH4=yCH4/ KCH4=0.11136/74.585x100=0.149出口液體氨含量 xNH3=yNH3/

23、KNH3=0.025/0.02522 x100=99.110出口液體氬含量 xAr=yAr/ KAr=0.03864/72.725 x100=0.053出口液體氫含量 xH2=yH2/ KH2=0.61875/133.32 x100=0.464出口液體氮含量 xN2=yN2/ KN2=0.20625/93.966 x100=0.149冷交換器出口液體組分含量（）NH3CH4ArH2N2小計99.1100.1490.0530.4640.149100.001.3.6液氨貯槽氣液平衡計算：由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會解吸，即弛放氣;兩種液體百分

24、比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分數(shù).G=（1+y5NH3）x(y8NH3-yNH3分)/( y8NH3- y5NH3)x(1- yNH3分)=(1+0.025）x（0.165-0.13741）/ （0.165-0.025） x（1-0.13741）x100=23.418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.液氨貯槽入口1Kmol液體計算為準，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量：m(0i)=L(15)xX15i+L16xX16i= Gx L0x X15i+(1- G)xX16i=0.23418x X15i+0.76582 X16i混合后入口氨含

25、量：m0NH3=0.23418x0.9848+0.76582x0.9911=0.98962混合后入口甲烷含量:m0CH4=0.23418x0.0057+0.76582x0.00149=0.002476混合后入口氬含量:m0Ar= 0.23418x0.0070+0.76582x0.00053=0.00057混合后入口氫含量：m0H2=0.23418x0.0064+0.76582x0.00464=0.005052混合后入口氮含量：m0N2=0.23418x0.0024+0.76582x0.00224=0.002277液氨貯槽入口液體含量m0NH3m0CH4m0Arm0H2m0N2小計0.98962

26、0.0024760.000570.0050520.0022771.0000當熱t(yī)=17平衡計算得，平衡常數(shù)P=1.568MPaKNH3KCH4KArKH2KN20.598170540575620根據(jù)氣液平衡L(i)=m(0i)/1+(V/L)xk(i),設(shè)(V/L)=0.0275,代入上式得:出口液體氨含量：LNH3=m0NH3/(1+(V/L)xkNH3=0.989/(1+0.0275x0.598)=0.972999 Kmol出口液體甲烷含量：LCH4=m0CH4/ 1+(V/L)xkCH4= 0.002476/(1+0.0275x170)=0.000436Kmol出口液體氬含量：LAr=m

27、0 Ar/ 1+(V/L)xkAr =0.00057/(1+0.0275x540)=0.000036 Kmol出口液體氫氣含量：LH2=m0H2/ 1+(V/L)xkH2 =0.005052/(1+0.0275x575)=0.003 Kmol出口液體氮氣含量：LN2=m0N2/ 1+(V/L)xkN2 =0.002277/(1+0.0275x620)=0.000126 KmolL(總)=0.973897,V=1-0.973897=0.026103Kmol(V/L) =V/L=0.0268,誤差 (0.275-0.0268)/0.0275=2.4當 V/L=0.025時LNH3=0.974432

28、Kmol, LCH4=0.000472KmolLAr=0.000039Kmol, LH2=0.000328 KmolLN2=0.000138 Kmol V=1-L(總)=0.024591(V/L)=V/L=0.024591/0.975409=0.0251誤差 (0.025-0.0252)/0.025x100=0.4出口液體組分含量： 出口液體氨含量：xNH3=LNH3/L=0.974432/0.975409x100=99.8998出口液體甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.000472/0.975409x100=0.048出口液體氬含量：xAr=LAr/L=0.000039/0.975409

29、x100=0.004出口液體氫氣含量：xH2=LH2/L=0.000328/0.975409x100=0.0336出口液體氮氣含量：xN2=LN2/L=0.000138/0.975409x100=0.0141液氨貯槽出口液氨組分（）NH3CH4ArH2N2小計99.89980.0480.0040.03360.01411.0000出口弛放氣組分含量：弛放氣氨含量：yNH3=(M0NH3-LNH3)/V=(0.98962-0.97443)/0.024591x100=61.784弛放氣甲烷含量：yCH4=(M0CH4-LCH4)/V=(0.00248-0.000472)/0.02459x100=8.

30、15弛放氣氬含量：yAr=(M0 Ar-LAr)/V=(0.00057-0.000039)/0.024591x100=2.15弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2-LH2)/V=(0.005052-0.000328)/0.024591x100=19.21弛放氣氮氣含量：yN2=(M0N2-LN2)/V=(0.002277-0.000138)/0.024591x100=8.698出口弛放氣組分含量NH3CH4ArH2N2小計61.7848.152.1519.218.698100.001.3.7液氨貯槽物料計算：以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準折標立方米計算液氨貯槽出口液體量L(19)=1000x22

31、.4/(0.998998x17)=1318.969m其中NH3 L(19NH3)=L(19NH3)xX(19NH3)=1318.969x99.8998=1317.647 mCH4 L(19CH4)=L(19CH4)xX(19CH4)=1318.969x0.0484=0.638 mAr L(19Ar)=L(19Ar)xX(19Ar)=1318.969x0.004=0.053 mH2 L(19H2)=L(19H2)xX(19H2)=1318.969x0.0336=0.053 mN2 L(19N2)=L(19N2)xX(19N2)=1318.969x0.0141=0.186 m液氨貯槽出口弛放氣（V

32、/L）=0.025V(20)=0.025xL(19)=0.025x1318.969=32.974 m其中NH3 V(20NH3)=V(20NH3) × y(20NH3)=32.974x61.874=20.373 mCH4 V(20CH4)=V(20CH4) × y(20CH4)=32.974x8.149=2.687mAr V(20Ar)=V(20Ar) × y(20Ar)=32.974x2.159=0.712 mH2 V(20H2)=V(20H2) × y(20H2)=32.974x19.21=6.334 mN2 V(20N2)=V(20N2) 

33、5; y(20N2)=32.974x8.698=2.868 m液氨貯槽出口總物料=L(19)+ V(20)=1318.969+32.974=1351.943 m液氨貯槽進口液體：由物料平衡，入槽總物料=出槽總物料，L(21)=L(19)+V(20)=1351.943 m入口液體各組分含量計算:L(21i)= L(19i) + V(20i)其中 NH3 L(21NH3)=1317.647+20.373=1338.020 mCH4 L(21CH4)=0.638+2.687=3.325 mAr L(21Ar)=0.053+0.712=0.765 mH2 L(21H2)=0.443+6.334=6.7

34、77mN2 L(21N2)=0.186+2.868=3.054 m入口液體中組分含量核算,由 m´(0i)=L(21i)/L(21):入口液體中氨含量 m´(0NH3)=1338.02/1351.943x100=98.97入口液體中甲烷含量 m´(0CH4)= 3.325/1351.943x100=0.246入口液體中氬含量 m´(0Ar)= 0.765/1351.943x100=0.057入口液體中氫氣含量 m´(0H2)= 6.777/1351.943x100=0.501入口液體中氮氣含量 m´(0N2)= 3.045/1351.

35、943x100=0.226入口液體中組分含量 m´(0i) M´(0i)1.3.8合成系統(tǒng)物料計算:將整個合成看著一個系統(tǒng)，進入該系統(tǒng)的物料有新鮮補充 氣補V補， 離開該系統(tǒng)的物料有放空氣V放，液氨貯槽弛放氣V弛，產(chǎn)平液氨L氨由前計算數(shù)據(jù)如下表：名稱NH3CH4ArH2N2氣量補充氣-0.00980.00340.72760.2592V補放空氣0.137410.130640.045370.514940.017163V放弛放氣0.618740.081490.021590.19210.0869832.974液氨0.9989980.0004840.000040.0003360.0.

36、001411318.969入塔氣0.0250.11360.038640.618750.20625V入出塔氣0.1650.126570.043920.498380.16612V出根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求V補,V放,V入,V出：循環(huán)回路中氫平衡：V補yH2補=V放yH2放V弛yH2弛+3/2V放yNH3放+3/2V弛yNH3弛+3/2LNH3循環(huán)回路中氮平衡:V補yN2補=V放yN2放V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+1/2V弛yNH3弛+1/2LNH3 循環(huán)回路中惰性氣體平衡: V補(yCH4放+yAr放)=弛(yCH4放+yAr放)+V弛(yCH4弛+yAr弛)V補(0.0098+0.0

37、034)=V放(0.12938+0.4493)+32.944(0.08149+0.02159)0.01332 V補=0.17431 V放+3.39587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+LNH30.165V出-0.025V入=0.13741V放 + 32.974 x 0.61784 + 1317.647循環(huán)回路中總物料體平衡: V入=V出 + V補 - V放 - V弛- LNH3= V出 + V補V放-32.974-1317.647聯(lián)立各式解得：V放=201.475 m; V補=2917.8 m; V出=9998.906 m; V入=11364.

38、61 m31.3.9合成塔物料計算：入塔物料：5=11364.610 m3NH3 V5NH3=11364.61 x 2.5=284.115m3CH4 V5CH4=11364.61 x 11.136=1265.563m3Ar V5Ar=11364.61 x 3.864=439.129m3H2 V5H2=11364.61 x 61.875=7031.852m3N2 V5N2=11364.61 x 20.625=2343.951m3合成塔一出，二進物料，熱交換器，冷氣進出物料等于合成塔入塔物料即5=V6=V7=11364.610 m3出塔物料 V8=9998.906m3NH3 V8NH3=9998.

39、906 x 16.5=1649.819m3CH4 V8CH4=9998.906 x 12.657=1264.862m3Ar V8Ar=9998.906 x 4.392=439.152m3H2 V8H2=9998.906 x 49.838=4983.255m3N2 V8N2=9998.906 x 16.612=1661.018m3合成塔生成氨含量：VNH3=V8NH3-V5NH3=1649.819-284.115=1365.704 m3=1036.472Kg沸熱鍋爐進出口物料，熱交換器進出口物料等于合成塔出塔物料。即V8=V9=V10=9998.906 m31.3.10水冷器物料計算：進器物料：

40、水冷器進氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10入=9998.906 m3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算得氣液比 (V/L)=29.85,有如下方程:V11出/L11出=(V/L)=29.85V11出+L11出=L10入=9998.906將 V11出=29.85L11出帶入得:L11出=324.114 m3 V11出=9674.792 m3出口氣體組分由V11i=V11出y11i得:其中， NH3 V11NH3=9674.792 x 13.741=1329.431m3CH4 V11CH4=9674.792 x 13.064=1263.91m3Ar V11Ar=9674

41、.792 x 4.537=438.945m3H2 V11H2=9674.792 x 51.494=4981.937m3N2 V11N2=9674.792 x 17.163=1660.485m3出口液體各組分由L11i=V8i-V11i其中， NH3 L11NH3=1649.819-1329.413=320.406m3CH4 L11CH4=1264.862-1263.915=0.947m3Ar L11Ar=439.152-438.945=0.207m3H2 L11H2=4983.255-4981.937=1.318m3N2 L11N2=1661.018-1660.485=0.533m3.氨分離器

42、物料計算：進器物料：氨分離器進器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料即V11=V11出+L11出=9674.792+324.114=9998.906 m3出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進行分離，分別得到氣體和液體出器氣體V12V11出9674.792 m3，出器液體L15L11出324.114 m3氨分離器出口氣體放空V13=201.475 m3其中， NH3 V13NH3=201.475 x 13.741=27.685m3CH4 V13CH4=201.475 x 13.064=26.321m3Ar V13Ar=201.475 x 4.537=9.141m3H2 V13H2=201.475 x 5

43、1.494=103.748m3N2 V13N2=201.475 x 17.163=34.579m31.3.12冷交換器物料計算：進器物料：進器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量V14=V12-V13=9674.792-201.475=9473.317 m3其中， NH3 V14NH3=9674.792 x 13.741=1301.728m3CH4 V14CH4=9674.792 x 13.064=1225.658m3Ar V14Ar=9674.792x 4.537=425.636m3H2 V14H2=9674.792 x 51.494=4890.316m3N2 V14N2=9674.79

44、2x 17.163=1629.979m3出器物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17 查 t=17,P=13.062MPa氣相平衡氨含量y NH3=8.386，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體。取過飽和度10故 V17NH3=1.1x8.386=9.225設(shè)熱氣出口氨體積為，則：a/(9473.317-1301.728+a)=0.09225 a=830.427 m3L17NH3=V14NH3-a=1301.728-830.437=471.291 m3冷交換器熱氣出口氣量及組分：其中 NH3 V17NH3= V14NH3-L17NH3=830.437m3CH4 V17CH4= V14CH4

45、 =1225.658m3Ar V17Ar=V14Ar=425.636m3H2 V17H2= V14H2 =4890.316m3N2 V17N2= V14N2=1629.979m3出口總氣量 V17=V14-L17NH3=9473.317-471.291=9002.026 m3出口氣體各組分：NH3 V17NH3V17= 830.4379002.026x100=9.225CH4 V17CH4V17= 1225.6589002.026 x100=13.615Ar V17ArV17=425.6369002.026 x100=4.728H2 V17H2V17= 4890.3169002.026 x10

46、0=54.325N2 V17N2V17= 1629.9799002.026 x100=18.1071.3.13氨冷器物料計算：1.3.13.1氨冷器物料計算：進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料V1=2917.8 m3其中， CH4 V1CH4=2917.8x0.0098=28.594m3Ar V1Ar=2917.8x0.0034=9.921m3H2 V1H2= 2917.8x0.7276=2122.991m3N2 V1N2= 2917.8x0.2592=756.294m3V18（進器氣體物料）=V1+V17=2917.8+9002.026=11919.826 m3進

47、器氣體組分含量V18i=V1i+V17i其中， NH3 V18NH3= V17NH3=830.437m3CH4 V18CH4= 28.594+1225.658=1254.252m3Ar V18Ar=9.921+425.636=435.557m3H2 V18H2= 2122.991+4890.316=7013.307m3N2 V18N2= 756.294+1629.979=2386.273m3各組分百分含量y18i=V18i/V18NH3 y18NH3= 830.437/11919.826x100=6.967CH4 y18CH4=1254.252/11919.826x100=10.522Ar y

48、18Ar=435.557/11919.826x100=3.654H2 y18H2= 7013.307/11919.826x100=58.8373N2 y18N2= 2386.273/11919.826x100=20.02進器液體等于冷交換器冷凝液氨量L18=L18NH3=L17NH3=471.291 m3進器總物料V18=L18=11919.826+471.291=12391.117 m3出器物料：已知出器氣體中氨含量為 4.872，設(shè)出器氣體中氨含量為b m3b/(11919.826/V18-830.437/V18NH3)=4.872 解得 b=540.275 m3則氨冷器中冷凝液氨量：L1

49、8NH3=V18NH3-b=830.437-540.275=290.162 m3氨冷器出口總液氨量:L2NH3=L18NH3+L18NH3=471.291+290.162=761.453 m3氨冷器出口氣量:V2=V18-b=11919.826-290.162=11629.664 m3其中， NH3 V2NH3= 540.275m3CH4 V2CH4= V18CH4= 1254.252m3Ar V2Ar= V18Ar=435.557m3H2 V2H2= V18H2= 7013.307m3N2 V2N2= V18N2= 2386.273m3各組分百分含量 y2i=V2i/V2NH3 y2NH3=540.275/11629.664x100=4.