化工毕业设计产八万吨合成氨合成工段的设计.doc

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1、目 录摘要1关键词11.前言22.流程方案的确定42.1生产原理42.2各生产方法的特点52.3工艺流程的选择54.设计条件75. 物料衡算85.1 合成塔物料衡算85.2氨分离器气液平衡计算95.3冷交换器气液平衡计算105.4 液氨贮槽气液平衡计算115.5液氨贮槽物料计算135.6合成系统物料计算146 热量衡算246.1冷交换器热量衡算246.2氨冷器热量计算266.3 循环机热量计算276.4 合成塔热量计算296.5 废热锅炉热量计算306.6 热交换器热量计算316.7 水冷器热量计算326.8 氨分离器热量核算337.主要设备选型338.结语37参考文献38致谢.39 摘要：氨

2、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：H2 74.5%，N2 24%，CH4 1.2%,Ar 0.3%，合成塔入口气的组成为NH3(2.5%),CH4+Ar(17%),要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到13.2%。通过查阅相关文献和资料，进行年产八万吨合成氨合成工段的设计，对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，以及设备计算和选型。最后借助CAD技术绘制了该工艺流程图和换热器设备图。关 键 词：氨合成 物料衡算 能量衡算Abstract: There a

3、re many types of Ammonia synthesis technology and process, Generally,they includes ammonia synthesis, separation and recycling, inert gases Emissions and other basic steps, Combining the above basic steps turnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , in which ammonia synthesis

4、 section is the central part of a synthetic ammonia process.The task of curriculum design is the ammonia synthesis section of an annual three hundred thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feed gas is: H2(74.5%),N2(24%),CH4(1.2%),Ar(0.3%), the inlet gas composition of the R

5、eactor is : NH3(2.5%),CH4+Ar(17%),it Requires the mole fraction of ammonia reacheds to 13.2% of outlet gas of synthesis reactor. By consulting the relevant literature and information,we designed the ammonia synthesis section of an annual three hundred thousand tons synthetic ammonia plant, and we di

6、d the material balance accounting , energy balance accounting and the equipment selection and calculation. Finally, with the help of CAD technology,we draw the process flow diagram and the heat exchanger equipment diagram.Keywords: ammonia synthesis section material balance accounting energy balance

7、 accounting1.前言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30万吨合成氨合成工段”为设计课题，对合成氨合成工段的工艺流程和设备选型等进行

8、研究。1.1氨的基本用途氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的基础，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分均占70%的比例，称之为“化肥氨”； 同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯

9、、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。液氨常用作制冷剂。合成氨是大众化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。氨作为最为重要的基础化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及其它化工产品的氨用量也在增长。据统计1994年世界氨产量为113.46Mt，其中中国、美国、印度、俄罗斯四个主要产氨国占了一半以上。在化学工业中合成氨工业已经成为重要的支柱产业1。1.2氨的物化性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻

10、，具有特殊的刺激性臭味。人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8小时会引起慢性中毒。氨的主要物理性质有：极易溶于水，溶解时放出大量的热。氨水溶液呈碱性，易挥发。液氨和干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。氨的化学性质有：在常温下相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。具有可燃性，自然点为630，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐。1.3合成氨工业现状及发展我国的氮肥工业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

11、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。目前合成氨总生产能力为 4 500 万 t/ a 左右，氮肥工业已基本满 足了国内需要。在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品的能力，今后发展重点是调整 原料和产品结构，进一步改善经济性12。 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、长周期运行”等方面 进行技术的研究开发。 展

12、望我国的合成氨工业，中小型装置除继续延续优胜劣汰的趋势外，在现在的基础上，会继续向规模化和节能降耗的方向迈进。原料仍会气、液、固多样化，新建或扩建 厂除注重采用先进成熟的工艺外，还应特别注意经济性和盈利性。最近，我国天然气的 开发已进入了一个新阶段，目前已探明的天然气储量达 15276 亿立方米。由于天然气合 成氨的优越及国家加快天然气发展的策略，以天然气为原料的合成氨装置将在近期内加 快发展，新技术的引进将引发装置的新一轮的技术改造和设备及操作的更新换代，设备 的国产化率会在原有基础上增加更快15。总之，我国合成氨工业总体水平将在 21世纪登上一个新台阶。 未来我国的合成氨工业发展方向： 1

13、.生产能力大型化目前国外合成氨生产规模发展趋势是提高单系列生产能力。 2.研究天然气分子重排制尿素工艺。 3.开发天然气电热换热多媒体转化器。 4.产品多样化当今，从制氨用合成气出发，在制取合成氨的同时，联产甲醇和碳一化工产品。2.流程方案的确定2.1生产原理(1) 合成氨反应的特点0.5N21.5H2=NH3 H=-46.22 kJmol-1a.是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。b.是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。c.是体积缩小的反应。d.反应需要有催化剂才能较快的进行。(2) 合成氨反应的动力学 动力学过程氨合成为气固相催化反应，

14、它的宏观动力学过程包括以下几个 步骤: a混合气体向催化剂表面扩散(外,内扩散过程)； b氢,氮气在催化剂表面被吸附，吸附的氮和氢发生反应，生成的氨从催化 剂表面解吸(表面反应过程)； c. 氨从催化剂表面向气体主流体扩散(内,外扩散过程)。 对整个气固相催化反应过程，是表面反应控制还是扩散控制，取决于实际操 作条件。低温时可能是动力学控制，高温时可能是内扩散控制； 大颗粒的催化剂内扩散路径长，小颗粒的路径短，所以在同样温度下大颗粒可能 是内扩散控制，小颗粒可能是化学动力学控制。2.2各生产方法的特点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

15、成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。2.2.1高压法操作压力70100MPa，温度为550650。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。2.2.2中压法操作压力为2060MPa，温度450550，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

16、来考虑。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。2.2.3低压法操作压力10MPa左右，温度400450。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；原料气的净化；气体压缩和氨的合成四大部分

17、。2.3工艺流程的选择实现氨合成的循环，必须包括如下几个步骤：氮氢原料气的压缩并补入循环系统；循环气的预热与氨的合成；氨的分离；热能的回收利用；对未反应气体补充压力并循环使用，排放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡等。由于采用压缩机的型式、氨分冷凝级数、热能回收形式以及各部分相对位置的差异，而形成不同的工业生产流程，但实现氨合成过程的基本工艺步骤是相同的。考虑氨合成工段的工艺和设备问题时，必须遵循三个原则：一是有利于氨的合成和分离；二是有利于保护催化剂，尽量延长使用寿命；三是有利于余热回收降低能耗。氨合成工艺选择主要考虑合成压力、合成塔结构型式及热回收方法。氨合成压力高对合成反应有利, 但

18、能耗高。中压法技术比较成熟，经济性比较好，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。 一般中小氮肥厂多为32MPa , 大型厂压力较低,为1020MPa。由于近来低温氨催化剂的出现, 可使合成压力降低。合成反应热回收是必需的, 是节能的主要方式之一。除尽可能提高热回收率,多产蒸汽外, 应考虑提高回收热的位能, 即提高回收蒸汽的压力及过热度。高压过热蒸汽的价值较高, 当然投资要多, 根据整体流程统一考虑。本次设计选用中压法（压力为32MPa）合成氨流程，采用预热反应前的氢氮混合气和副产蒸汽的方法回收反应热，塔型选择见设备选型部分。3.物料流程示意图 流程简介：由精炼工

19、段来的精炼气经一级氨分离器有部分氨冷凝成液氨，其余的经二级氨冷器 到冷交换器，此时有部分氨冷凝成液氨，其余的经过合成塔，未合成的氢气、氮气进行 了合成反应，然后依次到达水冷器、水冷后氨分离器，此时就系统整体考虑，放空部分 气体，其余的到达循环机、油分离器后，部分返回合成塔，部分达冷交换器，此时有部 分氨冷凝成液氨，其余的达一级氨冷器、一级氨分离器，此时有部分氨冷凝成液氨，其 余的达二级氨冷器再到冷交换器，构成一循环系统。合成塔水冷器热交换器废热锅炉放空油分离器循环机冷交换器氨分离器新鲜气弛放液氨储槽氨冷器 图3-1 工艺流程图 本工段生产液氨，生产能力为八万吨液氨/年，与传统流程相比，具有节能

20、低耗的特点。通过设计按冷器，在低压下，减少了动力消耗又保证了合成塔入口氨含量的要求。现具体起来如下：(1)循环机的位置本工段设计在氨分离系统后，合成塔之间。从而充分利用循环及压缩功，提高合成塔温度，减少冷量消耗，降低氨冷器负荷同时提高进塔压力提高合成率。(2)反应热的回收及利用本设计选择塔后换热器级后置锅炉的工艺路线。设计塔后换热器是废热锅炉出口气与合成塔二进换热，充分提高合成塔二进温度，相应提高合成塔二出温度。(3)氨冷器的设置通过设置两氨冷器的冷凝，充分解决了低压下水冷后很少有氨冷凝下来的矛盾，保证合成塔入口氨冷量的要求。(4)补充气及放空点位置补充气设置在冷交的二次入口，以减少系统的阻力

21、，并通过氨冷进一步除去微量的二氧化碳，一氧化碳等杂质。放空点设置在冷交换器及氨分离器之间，氨分离后有效气体浓度较低，惰性气体含量较高，有利于降低新鲜气单耗。(5)新型设备的使用冷交换器（冷凝塔）：内件上部为列管换热器和下部氨分离器。用氨冷气出口的冷气体冷却要进氨冷器的热气体，以回收部分冷量，从而减轻氨冷器的负荷，使进入合成塔的气体温度升高，同时分离出氨冷器中气体所夹带的液氨。4.设计条件（1）年产量300kt，年生产时间扣除检修时间后按360天计，则产量为：34.722t/h （2）新鲜补充气组成表4-1 新鲜补充气组成组分H2N2CH4Ar 总计含量（%）74.5 241. 20.3100（

22、3）合成塔入口中氨含量：NH3入=2.5%（4）合成塔出口中氨含量：NH3出=13.2%（5）合成塔入口惰性气体含量：CH4 +Ar=17%（6）合成塔操作压力：32Mp（7）精练气温度：35（8）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)部分设备和管道的热损失。1.2.3.4.5.精炼气 6.7.8.9.10.11.12.14.17.18.合成气； 13放空气 20弛放气 15.16.19.21液氨 图4-1 氨合成工序物料流程示意图5. 物料衡算5.1 合成塔物料衡算 （1）合成塔入口气组分： 入塔氨含量: y5NH3=2.5; 入塔甲烷含量：y5CH4=17

23、.001.2/（1.2+0.3）100=13.6； 入塔氢含量：y5H2=100-（2.5+17）3/4100=60.375； 入塔氩含量：y5Ar=17-13.6=3.4； 入塔氮含量：y5N2=100-（2.5+17）1/4100=20.125表5-1 入塔气组分含量（）NH3CH4ArH2N2小计2.513.63.460.37520.125100 （2）合成塔出口气组分： 以1000kmol入塔气作为基准求出塔气组分， 由下式计算塔内生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.132- 0.025)/(1+0.132)=94.523kmol 出

24、塔气量: M8=入塔气量生成氨含量=1000-94.523=905.477kmol 出塔氨含量： y8NH3=13.2 出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)y5CH4=(1000/905.477)13.6=15.02 出塔氩含量： y8Ar=(M5/M8)y5Ar=1000/905.4773.4=3.755 出塔氢含量： y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)100=3/4(1-0.132-0.152-0.03754)100=50.8845 出塔氮含量： y8N2=1/4(1-0.132-0.152-0.03754)100=16.9615表5-2 出塔气体组分含量（）NH

25、3CH4ArH2N2小计13.215.023.75550.884516.9615100 （3）合成率： 合成率=2MNH3/M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)100 =294.523/1000(1-0.025-0.17)100=23.4845.2氨分离器气液平衡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F1；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。FFiV,yiL,xi 已知进口物料组成Fi,即合成出口气组成，前已求出。 假定F=1kmol，对于每个组分的物料平衡： (1) 根据气液平

26、衡关系 (2)把式(2)代入式(1)得 Lx(i)=F(i)/1+(V/L)K(i)=L(i) 式中：Ki为各组分的相平衡常数 ,Li为液相中各组分的量 表5-3 已知氨分离器入口混合物组分F(i)NH3CH4ArH2N2小计0.1320.15020.037550.508850.169611.00000 查t=35，P=29.1MPa时各组分平衡常数：表5-4 各组分平衡常数KNH3KCH4KArKH2KN20.0988.228.20027.50034.500 对以上各式求解，需用试差法，现采用直接迭代法进行计算。 经过试差当（V/L）=21.4时，带入Lx(i)=F(i)/1+(V/L)K(

27、i)=L(i): LNH3=FNH3/1+(V/L)KNH3=0.04262Kmol LCH4= FH4/1+(V/L)KCH4=0.00085 Kmol LAr=FAr/1+(V/L)KAr=0.00006 Kmol LH2=FH2/1+(V/L)KH2=0.00086Kmol LN2=FN2/1+(V/L)KN2=0.00023 Kmol L总= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.04462 Kmol 分离气体量：V=1-L=1-0.04462=0.95538 Kmol 计算气液比：（V/L）=0.95538/0.04462=21.4

28、1147 误差（V/L）-（V/L）/（V/L）=（21.4-21.41147）/21.4100=0.0005，结果合理。 从而可计算出液体中各组分含量： 液体中氨含量： xNH3=LNH3/L=0.04262/0.04462100=95.518 液体中氩含量： xAr=LAr/L=0.00006/0.04462IOO=0.134 液体中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.00085/0.04462100=1.905 液体中氢含量: xH2=LH2/L=0.00086/0.04462100=1.927 液体中氮含量： xN2=LH2/L=0.00023/0.04462100=0.515表5-

29、5 氨分离器出口液体含量(15点)NH3CH4ArH2N2小计95.5181.9050.1341.9270.515100.00 分离气体组分含量： 气体氨含量： yNH3=FNH3-LNH3/V=9.36 气体甲烷含量： yCH4=FCH4-LCH4/V=15.63 气体氩含量： yAr=FAr-LAr/V=3.92 气体氢含量： yH2=FH2-LH2/V=53.17 气体氮含量： yN2=FN2-LN2/V=17.73表5-6 氨分离器出口气体含量(12,13,14点)NH3CH4ArH2N2小计9.3615.633.9253.1717.73100.005.3冷交换器气液平衡计算由于从氨分

30、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求出。其关系式为查t=-10,p=28.3MPa的平衡常数：表5-7 各组分的平衡常数KNH3KCH4KArKH2KN20.095127517580 冷交换器出口液体组分含量： 出口液体甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=0.504 出口液体氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3=98.425 出口液体氩含量: xAr=yAr/ KAr=0.0

31、67 出口液体氢含量: xH2=yH2/ KH2=0.809 出口液体氮含量: xN2=yN2/ KN2=0.252表5-8 冷交换器出口液体组分含量（）NH3CH4ArH2N2小计98.4250.5040.0670.809L15,x15,i15L16,x16,i16X21,i21V,yi20L,xi190.252100.005.4液氨贮槽气液平衡计算 由于氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合后进入液氨贮槽经减压后溶解在液氨中的气体会解吸，即弛放气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： G=（1+y5NH3）(y8NH3-y15NH3)/( y8NH3- y5NH3)(1

32、- y15NH3) =(1+0.025）（0.132-0.0936）/ （0.132-0.025）（1-0.0936） =40.584 水冷后分离液氨占总量的40.584冷交，氨冷后分离液氨占总量59.416。 液氨贮槽入口1Kmol液体计算为准，即L0=1Kmol，入口液体混合后组分含量： m(0i)=L(15)X15i+L16X16i = GL0X15i+(1- G)X16i =0.40584X15i+0.59416X16i混合后入口氨含量： m0NH3=0.405840.95518+0.594160.98413=0.97238混合后入口甲烷含量: m0CH4=0.405840.01905

33、+0.594160.00579=0.01117混合后入口氩含量: m0Ar=0.405840.00134+0.594160.00077=0.001混合后入口氢含量： m0H2=0.405840.01927+0.594160.00709=0.01203混合后入口氮含量： m0N2=0.405840.00515+0.594160.00222=0.00341表5-9 液氨贮槽入口液体含量m0NH3m0CH4m0Arm0H2m0N2小计0.972380.011170.0010.012030.003411.0000当t=17，P=1.568MPa时，计算得热平衡常数：表5-10 各组分的平衡常数KNH3

34、KCH4KArKH2KN20.598170540575620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。 当设(V/L)=0.07 代入下式。(假定入槽液量) L(i)=m(0i)/1+(V/L)k(i) 则液氨中各组分的物质的量： 出口液体氨含量： LNH3=m0NH3/(1+(V/L)kNH3 =0.97238/(1+0.070.598)=0.93331 Kmol 出口液体甲烷含量：LCH4=m0CH4/ 1+(V/L)kCH4 =0.01117/(1+0.07170)=0.00086 Km

35、ol 出口液体氩含量： LAr=m0Ar/ 1+(V/L)kAr =0.001/(1+0.07540)=0.00002 Kmol 出口液体氢气含量：LH2=m0H2/ 1+(V/L)kH2 =0.01203/(1+0.07575)=0.00029 Kmol 出口液体氮气含量：LN2=m0N2/ 1+(V/L)kN2 =0.00341/(1+0.07620)=0.00008mol L(总)=0.93456,V=1-0.93456=0.06544Kmol,(V/L) =V/L=0.07002,误差 =(0.07002-0.07)/0.07=0.0004，假定正确。 出口液体组分含量： 出口液体氨含

36、量： xNH3=LNH3/L=0.93331/0.93456100=99.866 出口液体甲烷含量： xCH4=LCH4/L=0.00086/0.93456100=0.092 出口液体氩含量： xAr=LAr/L=0.00002/0.93456100=0.002 出口液体氢气含量： xH2=LH2/L=0.00029/0.93456100=0.031 出口液体氮气含量： xN2=LN2/L=0.00008/0.93456100=0.009表5-11 液氨贮槽出口液氨组分（）（19点）NH3CH4ArH2N2小计99.8660.0920.0020.0310.009100 出口弛放气组分含量： 弛

37、放气氨含量： yNH3=(M0NH3-LNH3)/V=(0.97238-0.93331)/0.06544100=59.704 弛放气甲烷含量：yCH4=(M0CH4-LCH4)/V=(0.01117-0.00086)/ 0.06544100=15.755 弛放气氩含量： yAr=(M0 Ar-LAr)/V=(0.001-0.00002)/ 0.06544100=1.498 弛放气氢气含量：yH2=(M0H2-LH2)/V=(0.0120-0.00029)/ 0.0654100=17.94 弛放气氮气含量： yN2=(M0N2-LN2)/V=(0.00341-0.00008)/ 0.065441

38、00=6.857表5-12 出口弛放气组分含量（）（20点）NH3CH4ArH2N2小计59.70415.7551.49817.945.0891005.5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)=100022.4/(0.9986617)=1319.415 m 其中各组分的体积，按 NH3 L(19NH3)=L(19NH3)X(19NH3)= 1319.41599.866=1317.647 m CH4 L(19CH4)=L(19CH4)X(19CH4)= 1319.4150.092=1.214 m Ar L(19Ar)=L(19Ar)X(19A

39、r)= 1319.4150.002=0.026 m H2 L(19H2)=L(19H2)X(19H2)= 1319.4150.031=0.409 m N2 L(19N2)=L(19N2)X(19N2)= 1319.4150.009=0.119 m 液氨贮槽出口弛放气（V/L）=0.07 V(20)=0.07L(19)=0.071319.415=92.359 m 其中NH3 V(20NH3)=V(20NH3)y(20NH3)=92.35959.704=55.142 mCH4 V(20CH4)=V(20CH4)y(20CH4)=92.35915.755=14.551 mAr V(20Ar)=V(2

40、0Ar)y(20Ar)= 92.3591.498=1.384 mH2 V(20H2)=V(20H2)y(20H2)= 92.35917.94=16.569 mN2 V(20N2)=V(20N2)y(20N2)= 92.3595.089=4.7 m 液氨贮槽出口总物料=L(19)+ V(20)=1319.415+92.359=1411.774 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)=1411.774 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+55.142=1

41、372.789 m CH4 L(21CH4)=1.214 +14.551 =15.765 m Ar L(21Ar)=0.026 +1.384 =1.41 m H2 L(21H2)=0.409 +16.569= 16.978 m N2 L(21N2)=0.119+ 4.7 =4.819 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)= 1372.789/1411.774100=97.238 入口液体中甲烷含量 m(0CH4)= 15.765/1411.774100=1.117 入口液体中氩含量 m(0Ar)= 1.41/1411.7741

42、00=0.1 入口液体中氢气含量 m(0H2)= 16.978/1411.774100=1.203% 入口液体中氮气含量 m(0N2)= 4.819/1411.774100=0.341% 入口液体中组分含量 m(0i) M(0i)5.6合成系统物料计算(各个部位物料量)对整个回路做衡算，可求出补充新鲜气量V1，放空气量V13，一级合成塔进气量V5和出气量V6。合成循环回路可简化如下示意图。补充气 V补=V1放空气 V放=V13驰放气V驰=V20V入=V5产品液氨L19V出=V6合成塔贮槽图5-13 合成循环回路简图 由前计算数据如下表：表5-14 各组分的含量名称NH3CH4ArH2N2气量补充气-0.0120.0030.7450.24V补放空气0.09360.15360.03920.53170.1773V放弛放气0.597040.157550.014980.17940.0508992.359液氨0.998660.000920.000020.000310.000091319.415入塔气0.0250.1360.0340.603750.20125V入出塔气0.1320.15020.037550.5088450.169615 V出 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yN