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1、年产15万吨液氨合成工段工艺设计(二)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)=1000x22.4/(0.998998x17)= 其中 NH3 L(19NH3)=L(19NH3)xX(19NH3)=1318.969x99.8998=1317.647 m CH4 L(19CH4)=L(19CH4)xX(19CH4)=1318.969x0.0484=0.638 m Ar L(19Ar)=L(19Ar)xX(19Ar)=1318.969x0.004=0.053 m H2 L(19H2)=L(19H2)xX(19H2)=1318.969x0.0336
2、=0.053 m N2 L(19N2)=L(19N2)xX(19N2)=1318.969x0.0141=0.186 m 液氨贮槽出口弛放气（V/L）=0.025 V(20)=0.025xL(19)=0.025x1318.969=32.974 m 其中 NH3 V(20NH3)=V(20NH3) × y(20NH3)=32.974x61.874=20.373 m CH4 V(20CH4)=V(20CH4) × y(20CH4)=32.974x8.149= Ar V(20Ar)=V(20Ar) × y(20Ar)=32.974x2.159=0.712 m H2 V(2
3、0H2)=V(20H2) × y(20H2)=32.974x19.21=6.334 m N2 V(20N2)=V(20N2) × y(20N2)=32.974x8.698=2.868 m 液氨贮槽出口总物料=L(19)+ V(20)=1318.969+32.974=1351.943 m 液氨贮槽进口液体： 由物料平衡，入槽总物料=出槽总物料，L(21)=L(19)+V(20)=1351.943 m 入口液体各组分含量计算:L(21i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(21NH3)=1317.647+20.373=1338.020 m CH4 L(21CH
4、4)=0.638+2.687=3.325 m Ar L(21Ar)=0.053+0.712=0.765 m H2 L(21H2)=0.443+6.334= N2 L(21N2)=0.186+2.868=3.054 m 入口液体中组分含量核算,由 m?(0i)=L(21i)/L(21): 入口液体中氨含量 m?(0NH3)=1338.02/1351.943x100=98.97 入口液体中甲烷含量 m?(0CH4)= 3.325/1351.943x100=0.246 入口液体中氩含量 m?(0Ar)= 0.765/1351.943x100=0.057 入口液体中氢气含量 m?(0H2)= 6.77
5、7/1351.943x100=0.501 入口液体中氮气含量 m?(0N2)= 3.045/1351.943x100=0.226 入口液体中组分含量 m?(0i) M?(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，产平液氨L氨 由前计算数据如下表： 根据物料平衡和元素组分平衡求V补,V放,V入,V出： 循环回路中氢平衡：V补yH2补=V放yH2放V弛yH2弛+3/2V放yNH3放+3/2V弛yNH3弛+3/2LNH3 循环回路中氮平衡:V补yN2补=V放yN2放V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+
6、1/2V弛yNH3弛+1/2LNH3 联立各式解得： V放=201.475 m; V补=2917.8 m; V出=9998.906 m; V入=11364.61 m3 合成塔物料计算：入塔物料：5=11364.610 m3 NH3 V5NH3=11364.61 x 2.5= CH4 V5CH4=11364.61 x 11.136= Ar V5Ar=11364.61 x 3.864= H2 V5H2=11364.61 x 61.875= N2 V5N2=11364.61 x 20.625= 合成塔一出，二进物料，热交换器，冷气进出物料等于合成塔入塔物料 即 5=V6=V7=11364.610 m
7、3 出塔物料 V8= NH3 V8NH3=9998.906 x 16.5= CH4 V8CH4=9998.906 x 12.657= Ar V8Ar=9998.906 x 4.392= H2 V8H2=9998.906 x 49.838= N2 V8N2=9998.906 x 16.612= 合成塔生成氨含量：VNH3=V8NH3-V5NH3=1649.819-284.115=1365.704 m3= 沸热锅炉进出口物料，热交换器进出口物料等于合成塔出塔物料。 即V8=V9=V10=9998.906 m3 水冷器物料计算： 进器物料：水冷器进气物料等于热交换器出口物料，即 V10入=9998.
8、906 m3 出器物料：在水冷器中部分气氨被冷凝；由氨分离器气液平衡计算得气液比 (V/L)=29.85,有如下方程: 将 V11出=11出带入得: L11出=324.114 m3 V11出=9674.792 m3 出口气体组分由V11i=V11出y11i得: 其中， NH3 V11NH3=9674.792 x 13.741= CH4 V11CH4=9674.792 x 13.064= Ar V11Ar=9674.792 x 4.537= H2 V11H2=9674.792 x 51.494= N2 V11N2=9674.792 x 17.163= 出口液体各组分由L11i=V8i-V11i
9、其中， NH3 L11NH3=1649.819-1329.413= CH4 L11CH4=1264.862-1263.915= Ar L11Ar=439.152-438.945= H2 L11H2=4983.255-4981.937= N2 L11N2=1661.018-1660.485= 氨分离器物料计算： 进器物料：氨分离器进器总物料等于水冷器出口气液混合物总物料 即 V11=V11出+L11出=9674.792+324.114=9998.906 m3 出器物料：气液混合物在器内进行分离，分别得到气体和液体 出器气体V12V11出9674.792 m3，出器液体L15L11出324.114
10、 m3 氨分离器出口气体放空V13=201.475 m3 其中， NH3 V13NH3=201.475 x 13.741= CH4 V13CH4=201.475 x 13.064= Ar V13Ar=201.475 x 4.537= H2 V13H2=201.475 x 51.494= N2 V13N2=201.475 x 17.163= 冷交换器物料计算： 进器物料：进器物料等于氨分离器出口气体物料减去放空气量 V14=V12-V13=9674.792-201.475=9473.317 m3 其中， NH3 V14NH3=9674.792 x 13.741= CH4 V14CH4=9674.
11、792 x 13.064= Ar V14Ar=9674.792x 4.537= H2 V14H2=9674.792 x 51.494= N2 V14N2=9674.792x 17.163= 出器物料（热气）： 设热气出口温度17查 t=17,P=13.062MPa气相平衡氨含量y NH3=8.386，计算热气出口冷凝液氨时，忽略溶解在液氨中的气体。取过饱和度10 故 V17NH3=1.1x8.386=9.225 设热气出口氨体积为，则： a/(9473.317-1301.728+a)=0.09225 a=830.427 m3 L17NH3=V14NH3-a=1301.728-830.437=4
12、71.291 m3 冷交换器热气出口气量及组分： 其中 NH3 V17NH3= V14NH3-L17NH3= CH4 V17CH4= V14CH4 = Ar V17Ar=V14Ar= H2 V17H2= V14H2 = N2 V17N2= V14N2= 出口总气量 V17=V14-L17NH3=9473.317-471.291=9002.026 m3 出口气体各组分： NH3 V17NH3V17= 830.4379002.026x100=9.225 CH4 V17CH4V17= 1225.6589002.026 x100=13.615 Ar V17ArV17=425.6369002.026 x
13、100=4.728 H2 V17H2V17= 4890.3169002.026 x100=54.325 N2 V17N2V17= 1629.9799002.026 x100=18.107 氨冷器物料计算： .1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=2917.8 m3 其中， CH4 V1CH4=2917.8x0.0098= Ar V1Ar=2917.8x0.0034= H2 V1H2= 2917.8x0.7276= N2 V1N2= 2917.8x0.2592= V18（进器气体物料）=V1+V17=2917.8+9002.026=11919.8
14、26 m3 进器气体组分含量 V18i=V1i+V17i 其中， NH3 V18NH3= V17NH3= CH4 V18CH4= 28.594+1225.658= Ar V18Ar=9.921+425.636= H2 V18H2= 2122.991+4890.316= N2 V18N2= 756.294+1629.979= 各组分百分含量 y18i=V18i/V18 NH3 y18NH3= 830.437/11919.826x100=6.967 CH4 y18CH4=1254.252/11919.826x100=10.522 Ar y18Ar=435.557/11919.826x100=3.6
15、54 H2 y18H2= 7013.307/11919.826x100=58.8373 N2 y18N2= 2386.273/11919.826x100=20.02 进器液体等于冷交换器冷凝液氨量 L18=L18NH3=L17NH3=471.291 m3 进器总物料V18=L18=11919.826+471.291=12391.117 m3 出器物料：已知出器气体中氨含量为 4.872，设出器气体中氨含量为b m3 b/(11919.826/V18-830.437/V18NH3)=4.872 解得 b=540.275 m3 则氨冷器中冷凝液氨量：L18NH3=V18NH3-b=830.437-
16、540.275=290.162 m3 氨冷器出口总液氨量:L2NH3=L18NH3+L18NH3=471.291+290.162=761.453 m3 氨冷器出口气量:V2=V18-b=11919.826-290.162=11629.664 m3 其中， NH3 V2NH3= CH4 V2CH4= V18CH4= Ar V2Ar= V18Ar= H2 V2H2= V18H2= N2 V2N2= V18N2= 各组分百分含量 y2i=V2i/V2 NH3 y2NH3=540.275/11629.664x100=4.646 CH4 y2CH4=1254.252/11629.664x100=10.7
17、85 Ar y2Ar=435.557/11629.664x100=3.475 H2 y2H2=7013.307/11629.664x100=60.305 N2 y2N2=2386.273/11629.664x100=20.519 出器总物料=V2+L2NH3=11629.664+761.453=12391.117 m3 .2氨冷凝器物料计算： 进器气体物料=V2=11629.664 m3 进器气体组分含量 V22i=V2i 其中 各组分含量 y22i=y2i NH3 V22NH3=V2NH3= NH3 y22NH3= y2NH3=4.646 CH4 V22CH4 =V2CH4= V18CH4=
18、 CH4 y22CH4= y2CH4=10.785 Ar V22Ar =V2Ar= V18Ar= Ar y22Ar= y2Ar=3.475 H2 V22H2=V2H2= V18H2= H2 y22H2= y2H2=60.305 N2 V22N2=V2N2= V18N2= N2 y22N2= y2N2=20.519 进器液体等于氨冷器液氨量=761.453 m3 进器总物料等于出器总物料=12391.117 m3 出器物料：已知出器气体中氨含量为 2.5，设出器气体中氨含量为b m3 b/(11629.664-540.275)=0.025 解得b =277.235 m3 则氨冷器中冷凝液氨量：L
19、22NH3=V28NH3- b=540.275-277.235=263.04 m3 氨冷器出口总液氨量:LNH3=L8NH3+L28NH3=761.453+263.04=1024.493 m3 氨冷器出口气量:V=V8- b=11629.664-263.04=11366.624 m3 其中，NH3 VNH3= CH4 VCH4= V22CH4= Ar VAr= V22Ar= H2 VH2= V22H2= N2 VN2= V22N2= 各组分百分含量 yi=Vi/V NH3 yNH3=277.235/11366.624x100=2.439 CH4 yCH4=1254.252/11366.624x
20、100=11.035 Ar yAr=435.557/11366.624x100=3.832 H2 yH2=7013.307/11366.624x100=61.700 N2 yN2=2386.273/11366.624x100=20.994 出器总物料=V+LNH3=11366.624+1024.493 =12391.117 m3 冷交换器物料计算： 进口物料：冷交换器进口总物料等于氨冷器出口总物料 其中气体入口V=11365.624 m3；液体入口 LNH3=1024.493 m3 由气液平衡计算得，以一1Kmol进口物料为计算基准：即 F=1 L+V=F LxNH3+VyNH3=FmNH3
21、将yNH3=0.025，xNH3=0.9911代入上式： 式中mNH3可由物料平衡和氨平衡计算mNH3=V2NH3/V2 V=V1+V17 V17=V18-V13-L15 VNH3=VNH3+L17NH3+L22NH3 式中V 冷交换器入口总物料；V17冷交换器热气出口总物料 VNH3 冷交换器入口总氨物料 将 V8=9998.906 m3，V13=201.475 m3，L15=324.114 m3代入上式解得：V17=9473.317 m3 V=2917.8+9473.317=12391.117 m3；VNH3 =277.235+471.291+553.202=1301.728 m3 mNH
22、3= VNH3/ V得： V=1.026-0.10505/0.9661=0.91726；L=1-V=0.08274；（L/V）=0.08274/0.91726=0.0902 由（L/V）可求出冷交换器冷凝液体量（L16/V3）=（L/V）=0.0902 冷凝液体量 L16=0.0902V3=0.0902x11364.61=1025.088 m3 出器物料：冷交换器（冷气）出口气体物料等于进口总物料减去冷激液体量 V3=12391.117-1025.088=11366.029 m3 其中 NH3 V3NH3= 11366.029x2.5= CH4 V3NH3= 11366.029x11.136=
23、 Ar V3NH3= 11366.029x3.864= H2 V3NH3= 11366.029x61.875= N2 V3NH3= 11366.029x20.625= 计算误差=（V3-V5）/V5 x100=（11366.029-11364.61）/11364.61 x100=0.01245 校核氨分离器液氨百分数 氨分离器液氨百分数： G分=L15x15/(L15+L16x16)X100 =324.114x0.9848/(324.114x0.9848+0.9911x1025.088) X100=23.096 冷交换器分离液氨百分数：G冷=1-G分=1-29.906=76.094 计算误差=
24、（G-G分）/G=（23.418-23.906）/23.906=-2.0413 液氨贮槽物料计算: 进槽物料：氨分离器入槽液体 L15=324.114 m3 其中 NH3 L15NH3= 324.114x0.9848= CH4 L15CH4= 324.114x0.0057= Ar L15Ar= 324.114x0.0007= H2 L15H2= 324.114x0.0064= N2 L15N2= 324.114x0.0024= 冷交换器入槽液体 L16=1025.088 m3 其中 NH3 L16NH3= 1025.088x0.9911= CH4 L16CH4= 1025.088x0.0014
25、9= Ar L16Ar= 1025.088x0.00053= H2 L16H2= 1025.088x0.004644= N2 L16N2= 1025.088x0.00224= 入槽混合物料 L21=L15+L16=324.114+1025.088=1349.202 m3 各组分物料含量：L21i=L15i+L16i 其中 NH3 L21NH3= 319.187+1015.965= CH4 L21CH4= 1.847+1.527= Ar L21Ar= 0.227+0.543= H2 L21H2= 2.074+4.756= N2 L21N2= 0.778+2.296= 百分含量 x21i=L21i
26、/L21 其中 NH3 x21NH3= 1335.152/1349.202x100=98.959 CH4 x21CH4=3.374/1349.202x100=0.25 Ar x21Ar= 0.77/1349.202x100=0.057 H2 x21H2= 6.83/1349.202x100=0.506 N2 x21N2=3.074/1349.202x100=0.228 出槽物料：液氨贮槽出口弛放气 V20=32.974 m3 其中 NH3 V20NH3= CH4 V20NH3= Ar V20NH3= H2 V20NH3= N2 V20NH3= 出口液氨总物料 L19=L21-L20=1349.
27、202-32.974=1316.228 m3 其中 NH3 L19NH3= L21NH3-V20NH3=1335.152-20.373= CH4 L19CH4= L21CH4-V20CH4=3.374-2.687= Ar L19NH3= L21NH3-V20NH3=0.770-0.712= H2 L19H2= L21H2-V20H2=6.83-6.334= N2 L19N2= L21N2-V20N2=3.074-2.868= 各组分百分含量：x19i=L19i/L19 其中 NH3 x19NH3= 1314.779/1316.228x100=99.892 CH4 x19CH4=0.687/1316.228x100=0.052 Ar x19Ar= 0.058/1316.228x100=0.004 H2 x19H2= 0.496/1316.228x100=0.038 N2 x19N2=0.206/1316.228x100=0.016 ;