年产五万吨合成氨合成工段工艺设计毕业设计

1、目录中文摘要 . . 1英文摘要 . . 21 引言 . . 4矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。1.1 氨的基本用途 . . 1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.2 合成氨技术的发展趋势 . . 2残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.3 合成氨常见工艺方法 . . 3酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.3.1 高压法 . 3彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.3.2 中压法 . 3謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.3.3 低压法 . 3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.4 设计条件 . . 3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.5 物料流程示意图 . . 4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2 物料衡算 . . 6籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.1 合成塔入口气组成 . . 6預頌圣

2、鉉儐歲龈讶骅籴。2.2 合成塔出口气组成 . . 7渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2.3 合成率计算 . . 9铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2.4 氨分离器出口气液组成计算 . . 9擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.5 冷交换器分离出的液体组成 . . 14贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 . . 15坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.7 液氨贮槽物料衡算 . . 19蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.8 合成循环回路总物料衡算 . . 20買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。3 能量衡算 . . 36綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.1 合成塔能量衡算 . . 37驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.2 废热锅炉能量衡算 . 40

3、猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.3 热交换器能量衡算 . . 41锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.4 软水预热器能量衡算 . . 42構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 . . 44輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.6 循环压缩机能量衡算 . . 45尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 . . 47识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.8 合成全系统能量平衡汇总 . . 49凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。4 设备选型及管道计算 . . 52恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。4.1 管道计算 . . 52鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。4.2 设备选型 . . 59硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。结论 . . 60阌擻輳嬪諫

4、迁择楨秘騖。致谢 . . 62氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。参考文献 . . 63釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。年产五万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成工段的工艺设计， 氨合 成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步 骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。其中氨合成工 段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H273.25%，N225.59%， CH41.65%,Ar 0.51% 合成操作压力为 31MPa， 合成塔入口气的组成为 NH3(3.0%),CH4+Ar(15.5%), 要求合成塔出口气中 氨的摩尔分数达到 1

5、7%。通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨 合成氨厂合成工段的工艺流程，并借助 CAD 技术绘制了该工艺的管道及 仪表流程图和设备布置图。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡 算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和 材质进行了选择。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算The Design of 50kt/a Synthetic AmmoniaProcessAbstract:There are many types of Ammonia synthesis technology and process,Generally,they include

6、s ammonia synthesis, separation and recycling, inertgases Emissions and other basic steps, Combining the above basic stepsturnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , inwhich ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammon iaprocess谚辞調担鈧谄动禪泻類。The task of cu

7、rriculum design is the ammonia synthesis section of an annualfifty thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feedgas is: H2(73.77%),N2(24.56%),CH4(1.27%),Ar(0.4%), the temperature is 35C , the operat ing pressure is 31MPa, the in let gas composition of theReactor is : NH3(3.0%

8、),CH4+Ar(15.7%),it Requires the mole fraction ofammonia reacheds to 16.8% of outlet gas of synthesis reactor. By consultingthe relevant literature and information,we designed the ammonia synthesissection of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia plant, with thehelp of CAD technology,we desi

9、gned piping and instrument diagram andequipment layout. Finally,we did the material balance accounting ,and theenergy balance accounting of the process, also we selected piping size andmaterial according to the design operati on of temperature, pressure andreleva nt sta ndards嘰觐詿缧铴嗫偽純铪 锩。Keywords:am

10、monia synthesis section material balance accounting熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。energy balance accounting作者签名：日 期：毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。鶼渍蝮偉阅劍輙腎邏蘞。期

11、：期：作者签名：指导教师签名：日日使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容 。纣忧蔣氤頑莶驅藥悯骛。导师签名:日期： 年 月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的

12、研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 _大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。作者签名：日 期：涉密论文按学校规疋处理。作者签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）

13、过程中的治学态度、工作精神优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度优良中及格不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力优良中及格不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性优良中及格不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况优良中及格不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优良中及格不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及

14、格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V）指导教师：（签名）单位：（盖章）评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优良中及格不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V”

15、）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日0教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、 答辩过程1 毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况优良中及格不及格3、学生答辩过程中的精神状态优良中及格不及格二、 论文（设计）质量1 论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优良中及格不及格三、 论文（设计）水平1 论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及格3

16、、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格评定成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年 月 日教学系意见：系主任：（签名）1年 月 日1引言1.1氨的基本用途氨是基本化工产品之一，用途很广。化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又 是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都 居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。各种氮肥生产是以合成氨 为主要原料的，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥 料。还

17、可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。此外，液氨本身就是一种高效氮素肥 料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。可见，合成氨工业是氮肥工业的基 础，对农业增产起着重要的作用。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。我国的氮肥工业自 20 世纪 50 年代以来, 不断发展壮大 , 目前合成氨产量已跃居 世界第一位 , 现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃 多种原料生产合成氨、尿素的技术 , 形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、 中、小生产规模并存的生产格局。目前我国合成氨氮肥厂有大中小型氮肥装置近千 个, 大型氮肥装置重复引进 32 套, 国产化装置超过 20 套, 中型装置近百套 ,

18、 小型 装置约 600 套，合成氨生产能力达到 4500 万 t la。氮肥工业已基本满足了国内需求, 在与国际接轨后 , 具备与国际合成氨产品竞争的能力 , 今后发展重点是调整原料和 产品结构 , 进一步改善经济性。只有通过科技进步对经济增长的贡献率来实现 , 这 也是今后发展合成氨氮肥工业新的增长点。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。合成氨工业是氮肥工业的基础 , 在国民经济中占有重要的地位。我国大多数合 成氨企业的煤制气技术沿用固定床水煤气炉 , 炉型老化、技术落后、能源利用率低、原料价格高 ,是当前急需进行技术改造的重点。目前合成氨工业的发展方向是优化 原料路线 , 实现制氨原料的多元化 , 引进

19、先进的煤气化工艺制取合成气 , 降低产品 成本, 改善生产环境 ; 同时研究开发简单可行 , 又可就地取得原料制取合成气的洁 净煤气化技术 , 这也是我国目前占氮肥生产总量 60% 左右的中小型氮肥厂亟待要解 决的问题。在这种背景下，该项目以“年产 5 万吨合成氨合成工段工艺设计”为设计 课题，对合成氨合成工段的各种工艺条件和设备选型等进行深入的研究。塤礙籟馐决穩賽 釙冊庫。21.2合成氨技术的发展趋势由于石油价格的飞涨和深加工技术的进步 , 以“天然气、轻油、重油、煤”作为 合成氨原料结构、并以天然气为主体的格局有了很大的变化。基于装置经济性考虑 , “轻油”和“重油”型合成氨装置已经不具备

20、市场竞争能力 , 绝大多数装置目前已 经停车或进行以结构调整为核心内容的技术改造。其结构调整包括原料结构、品质 构调整。由于煤的储量约为天然气与石油储量总和的 10 倍, 以煤为原料制氨等煤化工 及其相关技术的开发再度成为世界技术开发的热点 , 煤有可能在未来的合成氨装置 原料份额中再次占举足轻重的地位 , 形成与天然气共为原料主体的格局。裊樣祕廬廂颤谚 鍘羋蔺。根据合成氨技术发展的情况分析 , 估计未来合成氨的基本生产原理将不会出现 原则性的改变 , 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期 , 改 善经济性”的基本目标 , 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长

21、 周期运行”等方面进行技术的研究开发。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。大型化、集成化、自动化 , 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将 是未来合成氨装置的主流发展方向。在合成氨装置大型化的技术开发过程中 , 其焦 点主要集中在关键性的工序和设备 , 即合成气制备、合成气净化、氨合成技术、合 成气压缩机。在低能耗合成氨装置的技术开发过程中 , 其主要工艺技术将会进一步 发展。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。第一, 以“油改气” 和“油改煤”为核心的原料结构调整和以 “多联产和再加工”为核心的产品结构调整 , 是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的有效途径。骁 顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。第二 , 实施与环境友好的

22、清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。 生产 过程中不生成或很少生成副产物、废物 , 实现或接近“零排放”的清洁生产技术将 日趋成熟和不断完善。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。第三, 提高生产运转的可靠性 , 延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、 增强竞争力”的必要保证。有利于“提高装置生产运转率、延长运行周期”的技术 , 包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。1.3合成氨常见工艺方法氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在 催化剂的作用下多快好省地合成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。 工业上合成氨3的各种工艺流程一般

23、以压力的高低来分类。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。1.3.1 高压法操作压力 70100MPa 温度为 550650C。这种方法的主要优点是氨合成效率 高，混合气中的氨易被分离。故流程、设备都比较紧凑。但因为合成效率高，放出 的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又因 为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。目前工业上很少 采用此法生产。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。1.3.2中压法操作压力为 2060MPa 温度 450550E，其优缺点介于高压法与低压法之间， 目前此法技术比较成熟，经济性比较好。因为合成压力的确定，不外乎从设备投资 和压缩功耗这两方面来考虑

24、。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重 最大。但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。总 的来看，在 1530Pa 的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。1.3.3低压法操作压力 10MPa 左右，温度 400450E。由于操作压力和温度都比较低，故对 设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优点。但此法所用催化 剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。又因 操作压力低，氨的合成效率低，分离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不 采用了。合成氨工艺流程大概可以分为：原料气的制备；

25、原料气的净化；气体压缩 和氨的合成四大部分。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。1.4设计条件(1) 生产能力：液氨产量为 50kt/a 。(2) 新鲜氮氢气组成如下表：组成H2N2CH4Ar合计摩尔分数/%73.2524.591.650.511004(3) 合成塔入口气：加嶠 为 3.0%,跖沁曲 f 为 15.5%.合成塔出口气：为 17%(5) 合成操作压力：31MPa(6) 新鲜气温度：35。(7) 其他部位的温度和压力，见流程图。(8) 水冷却器的冷却器温度：25。(9) 以下各项再计算中，有些部位略去不计。(i) 溶解液氨中的气体量；(ii) 部分设备和管道的阻力；(iii)部分设备和管道的热损

26、失。1.5物料流程示意图流程简介：在油分离器出口的循环气中补充从净化工序送来的新鲜氮氢气，进 入冷交换器和氨冷器进一步冷却，使其中的氨气绝大部分被冷凝分离出去。循环气 进入合成塔，进塔走塔内间隙，温度稍升高，引出到外部热交换器再次升高温度。 第二次入合成塔，经塔内热交换器加热并在催化作用下发生合成反应，温度升高出 塔后一次经废热锅炉、热交换器和软水预热器回收热量，然后再经水冷却器冷却， 使气体中部分氨液化，进到氨分离器分离出液氨。气体则进入循环压缩机补充压力 形成循环回路。在油分离器出口补充了新鲜氮氢气入冷交换器。从冷交换器中的氨 分离器分离出的液氨与由氨分离器分出的液氨汇合入液氨贮槽。由于液

27、氨贮槽压力 降低，贝 U 溶于液氨的气体和部分氨被闪蒸出来，即所谓驰放气送出另外处理。另外 为限制循环气中惰气含量的积累，使其浓度不致于过高，故在氨分离器后放出一部 分循环气，成为放空气。从整个系统而言，进入系统的是新鲜氮氢气，离开系统的 是产品液氨、驰放气、和空气。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。52图 1.1氨合成工序物料流程示意图1 新鲜氮气；12放空气；20 驰放气；21产品液氨为计算方便起见，在流程图中各不同部位的物料，用数字编号表示。62物料衡算以 it 氨为基准。2.1合成塔入口气组成（摩尔分数）（3点）已知入口气的 NH 和 CH+Ar 浓度，并假定氢与氮的比例为 3。因此NH:（已知）

28、N2:入塔气组成列入下表（包括 3,4,5 点）组分NH2CHAr合计摩尔分数/%3.00061.12520.37511.8143.686100CH:Ar:1.65y3CH4= lS-5%Xi|6S + 0tSi= 11.814%Y3AT15.5X511.65 + 0.51=3.686%72.2合成塔出口气组成(6点)假定入塔器为 lOOkmol,列方程求解。氨生成量：根据反应式，在合成塔内，气体总物质的量的减少，应等于生成氨 的物质的量。因此可写成联立方程：生成的氨的物质的量总物质的量的减少量(2)胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。联立解出8式中：nNH-合成塔中生成的氨，kmol n3-入口气总物质的

29、量，kmoln6-出口气总物质的量，kmoly3,NH3-合成塔入口氨摩尔分数y6,NH3合成塔出口氨摩尔分数将已知数据代入，则出塔气总物质的量所以出塔气组成（6 点）NH 典-（已知）H2:lOOkmol X 11.814%y6CH4=-R0342kmol = 13.420%88lOOkmol X 3 686%Ar：.gwN门出塔气组成列入下表（包括 6,7,8,9,10 点）CH9组成NHH2CHAr合计摩尔分数/%17.00049.04516.34813.4204.1871002.3合成率计算反应掉的 2, H2 与入塔气中的 2, H 气之比。按下式计算合成率2.4氨分离器出口气液组成

30、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 Fi；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。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。丨 MyF已知进口物料组成 Fi,即合成出口气组成，前已求出10假定 F=1kmol对于每个组分的物料平衡:根据气液平衡关系(2)稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。式中：m 为各组分的相平衡常数把式代入式得式中：Li 为液相中各组分的量总液量11(4)陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。液体组分的摩尔分数ii气体总量氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。气体组分含量，按（2）式对以上各式求解，需用试差法，现采用直接

31、迭代法进行计算 已知分离器入口气液混合物组成 F 即 6 点值。组分Fug屉FouFAT合计摩尔分数0.170.49050.163480.134200.041871查一 二吒下各组分的相平衡常数（m）inNH3mH2mAr0.1127.534.58.238先设，假定入口气液混合物量卜丄：詡 并假定以代入式（3）计算，计算结果如下。液相中各组分的量：= 0.073 2 8 kmolLH2二0.001482 kinolLN2= 0.0003949kmolLfH4 二 0r0013 SOK molLiEV=FlL=llL12LAr= 0.00009162kmol液相总量：分离后气相总量：V=FIL=

32、II0.07660=0k9234kmol计算气液比：误差计算得:匚心( =久2 113，计算得L设误差13误差设误差以 L - 代入式 计算，计算结果如下:L間-0.07284kmolLH2= 0.001466kmolLN2= 0.0003898kmolLH4 = 0001336kmolLAr= 0.00009066kmol(- = 12.139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 2.1 氨分离器出口液体组成（17 点）组成NH142CHAr合计14摩尔分数/%95.6818%1.9259%0.5121%1.7551%0.1191%10

33、0.000计算NH:同法计算其他组分，结果列入下表。表 2.2 氨分离器出口气体组成（11,12,13,14,15 点）组成NHCHAr合计摩尔分数/%10.5177%52.9172%17.6528%14.3810% 4.5222%100.000V=0.92388kinolL=0.07612kmol2.5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

34、求出。其关系式为钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。从手册差得在操作条件下（）的相平衡常数如下表:分离后气体组成:150.030570752540冷交换器出口液体组成，根据计算。 计算结果列入下表（18 点）:组成NHN2CHAr合计摩尔分数0.983610.008730.002720.004730.000112.6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L17,X17,i17L18,X18,i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

35、 G=53.3%则氨分离器的分离液氨占 53.3%,冷交换器分离液氨占 46.7% 根据物料衡算按下式计算混合后液氨组成。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。X19,i1916计算结果列入下表（19 点）组成NHCHAr合计摩尔分数/%96.936%1.434%0.400%1.156%0.068%100.000根据氨贮槽的压力-IJIIr ilHIU差得气液平衡常数，如下表inNH3mH2N2mAr0.598575620170540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。謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。设、广叫

36、如） 代入下式。（假定入槽液量F = 1kmol）则液氨中各组分的物质的量:17误差以；L -_：代入式 计算，计算结果如下:LNHS= 0* 925 6 7k】n( (lLH2= 0.003092 7kmolLIP= 0i 00008013 lkmolLCH4= 0 00080205kmol= 0.000015594kmol18V=FlLll0.9268B=0.07312kmol误差在允许范围之内，假定值可以认定 V/L= 0.078888l0.0789液体组成（摩尔分数）：按NH其它组分计算结果列入下表（21 点，产品液氨组成）组成NH3H2CH4Ar合计摩尔分数/%99.879%0.03

37、3%0.009%0.087%0.002%100.000驰放气气体组成:NH:计算计算19其它组分计算结果列入下表（20 点，驰放气组成）20组成NHH2NICHAr合计摩尔分数/%59.751%19.188%5.361%14.713%0.908%100.0002.7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,1000kg x-7kmol17k/kmolX 0-998791319.2433m3NH:L21NH3= 1319.2433 X 99.879% = 1317 6471mH2: L2XH2= 1319.2433 X 0 033% = 0,

38、4353m3LZ1N2= 1319.2433 X 0.009% = 0.1187m3其中各组分的体积，按1-覧 SL21CH4= 1319.2433 X 0. 087% = 1-1477m3CH4:yeAr：丨- ,一I_4；工D. 丄乂 -I). .12. 4m液氨贮槽驰放气体积，按巴、7W 计，则驰放气体积：V20= 0. 0789 = 0.0789 X 1319.2433 = 104.0083m3NH：.亠I二二:-二亠1T二丄.J.1.- :- Z-tllH：一、 丄I 1 IW I1.-.丄北：匕5mN：V2D.N2 = 104.0883 X 5 361% = 5CH：-心一1门4

39、ii：；1 _LI丨匚；IAr：:- 1 l4：；-O. i心址I.1液氨贮槽出口总物料体积:21因此入口总物料也应与出口相等:NH3:1- / 一 -i_，j-4，J，:1H2：L . _- . . o :nAr：l - -11-广11】由计算，计算结果列入下表:组成NH3H2CHAr合计摩尔分数/%96.942%1.432%0.400%1.157%0.069%100.000结果与-基本相同2.8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 V，放空气量 V12, 一级合成塔进气入口物料各组分体积按计算，结果为:CH:L19.CH+= 16.4622m3

40、222合成循环回路可简化如下示意图图 2.1合成循环回路简图以 1t 产品氨为基准，即等于 1319.2433（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NHCHAr气量 /m3补充气 100.73250.24590.01650.0051V1放空气 120.105180.529270.176530.143800.04522V12驰放气 200.597510.191880.053610.147130.009451104.0883产品液氨 210.998790.000330.000090.000870.000021319.2433合成塔入口 30.030000.611

41、250.203750.118140.03686V3合成塔出口 60.170000.490450.163480.134200.04187V6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%NH计）氢平衡：以体积量计算（下同）氮平衡:23惰气平衡:氨平衡：合成塔内生成的氨应等于排出的氨总物料平衡：合成反应后进出口气体体积减少了V3- V6把式(1)与式(2)合并，将已知数据代入式(1)与式(2)式：0.7325V! =(0,52927 - | 0. 10518)V12+ 104.0833 X fo.19180 X | X 0. 59751 + 二式：0245叫=fo. 176

42、53 -I- X 0,10518 V12+ 104.0833 X( (0.05361 XX 0,59751) +：224式加式(2)得:0.9784 = 0.91616V12+ 2788.42733 m3数据代入式(3)得：将式(3)与式 联立解得：% = 3100.96430m3y12= 268.13382m3将已知数据 V 和 V12的值代入式与式。式：(5)呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。与联立解得：V3=11176 31641m3V6= 9766.81753m3合成塔进出口物料量(各组分的量)a.入塔总物料量:V3= 11176.31641m325其中各组分的量按照H2：VJJ12=6831.

43、52341m3N2: V3/fZ= 2277 17447m*Ar: V3Ar= 411.84844m3b.出塔总物料量， 七丄】=!其中各组分量按照H2：V6HZ= 4790. 13566m3N2：V6N2= 1596.67933m3计算计算26Ar：V6Ar= 408. 93 6 6 5m3(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(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 V90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。即莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。经氨分

44、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由以上两式可以解得V14= 9022.79243m3L17= 744.02510m3气液比:=R = 12,127L1727L17= 744,02510 X 4 = 564 65：L91k旨b.氨分离器出口气体组分的体积，按计算=948.99024m3H2：12 = 4745 5114in3N2：1592.77550m3A黔V11Ar= 400 0287m3氨分离器出口液体组分的量，按计算。L17换算成L17J12= 14. 32918m328(6)循环机入口 V 和出口 Vi4：由流程图上表明进入循环机之前，

45、有放空气放出其中各组分的量按照计算H2：v13 H2= 4633. 59567m3N2：V13N2= 1545.442 3 8m3Ar：%込=395 903放空气中各组分的量：按计算H2：V13H2= 141.91572m329N2：V12Ji2= 47. 33313 m3Ar：V12Ar= 12.12501m3(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H2：V1H2= 2271.45635m3N2: V1N2= 762 52712mAr: V1Ar= 15.81492m3计算30H2：V2H2= 6905.05202m3N2:V2JJZ

46、=2307今5。】彳Ar: V2Ar= 411. 71809m3其他组分的计算结果如下表（2 点）组成NHH2CHAr合计摩尔分数0.007650.582430.194670.110520.034731.000e.冷交换器出口气体的量 V3c.冷交换器入口气体各组分的量：按计算d.冷交换器入口气体组成（2 点）:按照计算31H2：VJJ12=6831. 52341m3N2:V3JJ2=2277 17447m*Ar: V3Jlr= 411.95902 m3f.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其中各组分的量按计算32g.液氨贮槽物料衡算（均以标准状况下气体体积计）

47、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,补充新鲜气（1 点）：.-小山上小皿氨冷器入口气（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）1t,NH3计算。）33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）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，

48、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 6.625t 的体积（m3/h）和其物质的量（kmol/h）作为能 量衡算依据。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。表 2.3 合成塔一次入（3 点），一次出（4 点），二次入（5 点）组成摩尔分数/%nVt NH3m/hkmol/hNH3335.28952221.292999.164961.1256831.523445258.84252020.4840NN20.3752277.174515086.2808673.4947CH11.8141320.37008747.4514390.5112Ar3.686411.95902729.228

49、5121.840610011176.316474043.09623305.4954表 2.4 合成塔出口 （6 点和 7,8,9，10 点）组成摩尔分数/%m/tNH3m/hkmol/h34NH17.0001660.359010999.8782491.066049.0454790.135631734.64861416.7254NN16.3481596.711910578.2162472.2418CH13.4201310.70698683.4333387.6533Ar4.187408.93662709.2053120.94671009766.817564705.16592888.6235表 2.

50、5 氨分离器出口气（11 点）组成摩尔分数/%riVt NH3mi/hkmol/hNH10.518949.01736287.2396280.680352.9274775.493331637.64331412.3948N17.6531592.793510552.2572471.0829CH14.3801297.47758595.7888383.7406Ar4.522408.01072703.0707120.67281009022.792459775.99972668.5714表 2.6 循环机入，出口（13,14 点）组成摩尔分数/%3m/t NH3m/hkmol/hNH10.518920.81

51、506100.3993272.3393H252.9274633.578230697.45531370.4221N17.6531545.459910238.3444457.0836CH414.3801258.91998340.3444372.3368Ar4.522395.88572622.7425117.08671008754.658657999.61322589.2684表 2.7 放空气（12 点）组成摩尔分数/%3m/t NH3m/hkmol/h35NH10.51828.2023186.84038.341152.927141.9152940.188041.9727NN17.65347.33

52、37313.585613.9994CH14.38038.5577255.444511.4038Ar4.52212.125080.32823.5861100268.13381776.386479.3030表 2.8 新鲜补充气（1 点）组成摩尔分数/%riVt NH3mi/hkmol/hNH000073.252271.456415048.3983671.8035N24.59762.52715051.7422225.242CH1.6551.1659338.974215.1382Ar0.5115.8149104.77384.67741003100.964320543.8885917.1379表 2.

53、9 冷交换一入（2 点），一出（15 点），二入（16 点）组成摩尔分数/%3m/t NH3m/hkmol/hNH7.765920.68916098.9027272.2725H258.2436905.070445746.09172042.2362N19.4672307.934115290.0635682.5921CH11.0521310.28348680.6278387.5280Ar3.473411.74582727.8158121.777510011855.622978543.50173506.4063表 2.10 氨分离器出口液氨（17 点）组成摩尔分数/%3m/t NH3m/hkmol/

54、h36NH95.682711.89814716.3249210.55021.92614.329994.93574.2382NN0.5121.12677.46420.3332CH1.7553.905925.87671.1552Ar0.1190.26481.75460.0783100744.02514929.1663220.0520表 2.11 冷交换器出口液氨（18 点）组成摩尔分数/%riVt NH3mi/hkmol/hNH98.361668.17264426.6439197.61800.8735.930339.28851.7540N0.2721.847712.24110.5465CH0.47

55、33.213121.28690.9503Ar0.010.00680.04500.0020100679.30654500.4056200.9110表 2.12 驰放气组成（20 点）组成摩尔分数/%3m/t NH3m/hkmol/hNH51.75162.1938412.033918.3944H219.18819.9725132.31765.9070N5.3615.580236.96871.6504CH14.71315.3145101.45864.5294Ar0.9080.94516.26140.2759100104.0883689.585030.7850表 2.13 液氨贮槽入口 （19 点）组成摩尔分数/%3m/t NH3m/hkmol/h37NH96.9361379.81739141.2897408.0933HH1.43420.4120135.22956.0