年產(chǎn)8萬(wàn)噸合成氨裝置中合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 . . . 學(xué)校代碼：11059學(xué) 號(hào)：0903024030Hefei University畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）BACHELOR DISSERTATION論文題目：8萬(wàn)噸/年合成氨裝置中合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士 學(xué)科專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 費(fèi)磊磊 導(dǎo)師： 程甲辰 完成時(shí)間：2013年5月30日85 / 898萬(wàn)噸/年合成氨裝置中合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 文 摘 要本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)八萬(wàn)噸合成氨裝置中合成系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，氨合成工藝流程一般包括分離和再循環(huán)、氨的合成、惰性氣體排放等基本步驟，上述基本步驟組合成為氨合成反應(yīng)的工藝流程。其中氨合成工段是合成氨工藝的中心環(huán)節(jié)。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，

2、設(shè)計(jì)了年產(chǎn)八萬(wàn)噸合成氨廠合成工段的工藝流程，并借助CAD技術(shù)繪制了該工藝的管道與儀表流程圖和設(shè)備布置圖。最后對(duì)該工藝流程進(jìn)行了物料衡算、能量衡算，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與操作溫度、壓力按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工藝管道的尺寸和材質(zhì)進(jìn)行了選擇。關(guān)鍵詞：氨合成；物料衡算；能量衡算The Design of 80kt/a Synthetic Ammonia ProcessAbstractThere are many types of Ammonia synthesis technology and process. Generally, they includes ammonia synthesis,separation

3、 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 section is the central part of a synthetic ammonia process. The task of curriculum design is the ammonia synthes

4、is section of an annual eighty thousand tons synthetic ammonia plant. By consulting the relevant literature and information, we designed the ammonia synthesis section of an annual eighty thousand tons synthetic ammonia plant, with the help of CAD technology, we designed piping and instrument diagram

5、 and equipment layout. Finally, we did the material balance accounting, and the energy balance accounting of the process, also we selected piping size and material according to the design operation of temperature, pressure and relevant standards.KEY WORD: Ammonia synthesis section; Material balance

6、accounting; Energy balance accounting 目 錄第一章 合成氨綜述11.合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位12.原料路線與資源開(kāi)發(fā)利用13.未來(lái)我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展方向2第二章 合成工序工藝計(jì)算41.物料衡算41.1計(jì)算依據(jù)41.2計(jì)算物料點(diǎn)流程51.3物料衡算52熱量衡算322.1冷交換器熱量計(jì)算322.2氨冷器熱量計(jì)算352.3循環(huán)機(jī)熱量計(jì)算382.4合成塔熱量計(jì)算402.5廢熱鍋爐熱量計(jì)算432.6 熱交換器熱量計(jì)算452.7水冷器熱量計(jì)算462.8氨分離器熱量核算483主要設(shè)備計(jì)算483.1廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算483.2熱交換器設(shè)備工藝計(jì)算533.3水冷器設(shè)備

7、工藝計(jì)算603.4冷交換器設(shè)備工藝計(jì)算643.5氨冷器設(shè)備工藝計(jì)算72第三章 合成工序工藝流程簡(jiǎn)介771.氨合成反應(yīng)的原理與特點(diǎn)772.合成工序工藝流程簡(jiǎn)述773.合成工序設(shè)計(jì)特點(diǎn)78附 表80結(jié)束語(yǔ)84參考文獻(xiàn)85第一章 合成氨綜述1.合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一。其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。氨本身是重要的氮素肥料,除石灰氮外,其它氮素肥料都是先合成氨,然后加工成各種銨鹽或尿素。將氨氧化制成硝酸,不僅可用來(lái)制造肥料(硝酸銨、硝酸磷肥等),亦是重要的化工原料,可制成各種炸藥。氨、尿素和硝酸又是氨基樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、硝化纖維素等高分子化合物的原料。以其為原料可制得塑料

8、、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品。作為生產(chǎn)氨的原料一氧化碳、氫氣合成氣,可進(jìn)行綜合利用,以聯(lián)產(chǎn)甲醇與羰基合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列碳一化工產(chǎn)品。以做到物盡其用,減少排放物對(duì)環(huán)境的污染,提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。已成為當(dāng)今合成氨工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。國(guó)際上對(duì)合成氨的需求,隨著人口的增長(zhǎng)而對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)的需求和環(huán)境綠化面積的擴(kuò)大而不斷增加。據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá)103.9Mt。預(yù)計(jì)2000年產(chǎn)量將達(dá)111.8Mt。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量的81.7%和82.6%。我國(guó)1996年合成氨產(chǎn)量已達(dá)30.64Mt,專家預(yù)測(cè)2000年將達(dá)36Mt,2020年將增加至45Mt。即今后20年間將

9、增加到現(xiàn)在的1.5倍。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。未來(lái)我國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無(wú)收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。它的發(fā)展將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此,我國(guó)現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。我國(guó)七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30多套大化肥裝置,耗費(fèi)巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時(shí),也受到國(guó)外的制約。今后應(yīng)利用國(guó)開(kāi)發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù),自力更生,立足國(guó),走出一條具有中國(guó)特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。過(guò)去引進(jìn)建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。當(dāng)今走老廠改

10、造擴(kuò)建的道路,可使投資節(jié)省1/22/3。節(jié)省的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要作用。2.原料路線與資源開(kāi)發(fā)利用提高天然氣原料制氨的比重以天然氣為原料制氨應(yīng)是今后我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展的方向。現(xiàn)世界天然氣探明儲(chǔ)量約相當(dāng)于石油儲(chǔ)量。世界天然氣可采資源量為3.281014m3。資源探明度約59%，預(yù)計(jì)可采年限在65年以上。近期發(fā)現(xiàn)大有前途的冷凍天然氣潛在資源,在地球上約有1.61015m3甲烷水化物冷凍成冰的天然氣,其儲(chǔ)量比已探明的天然氣量高達(dá)數(shù)倍。這種位于海底的礦藏起碼在海底800m處，最佳開(kāi)采深度為4000m。在今后1015年中,

11、鉆井技術(shù)和從深層運(yùn)出天然氣都會(huì)有突破。我國(guó)海域遼闊，將會(huì)成為未來(lái)的豐富天然氣資源。目前我國(guó)天然氣在一次能源中只占2%，但天然氣潛在資源豐富,遍布祖國(guó)疆域,已經(jīng)評(píng)價(jià)的總資源儲(chǔ)量為381012m3,其中陸地301012m3，海域81012m3，可探明地質(zhì)儲(chǔ)量13.21012m3，目前僅占探明資源的6%,到2000年，資源探明程度接近8%，而世界平均探明度為61%。國(guó)家正在加快規(guī)劃勘探開(kāi)發(fā)利用。另外還有301012m3的煤層氣(主要成分為甲烷)資源量，可供開(kāi)發(fā)利用。預(yù)計(jì)今后20年，我國(guó)天然氣占一次能源由目前的2%提高到8%時(shí),其年開(kāi)采量為1-1.11011m3。目前，世界生產(chǎn)合成氨走氣原料的比重提高

12、到80-98.2%，而我國(guó)僅占22-25%。當(dāng)我國(guó)合成氨年產(chǎn)量發(fā)展到45Mt時(shí)，以使用天然氣原料比重提高到50%計(jì)，年耗用天然氣量約221010m3，占開(kāi)采量的1/5左右。利用廉價(jià)水電電解水制氨開(kāi)發(fā)我國(guó)水利資源十分豐富,潛在的水利資源達(dá)數(shù)億萬(wàn)千瓦的水力發(fā)電,開(kāi)發(fā)利用能提供廉價(jià)的電能，用以作水電解分離出氫氣和氧氣，再用氧氣同水煤漿汽化生產(chǎn)合成氨、甲醇與碳一化工產(chǎn)品。合成氣制氨和碳一化學(xué)品在水力資源豐富地區(qū)，開(kāi)發(fā)建設(shè)水電同煤炭生產(chǎn)化肥、動(dòng)力燃料與化工產(chǎn)品，亦是可靠的能源基礎(chǔ)，可作為今后開(kāi)發(fā)利用的方向。3.未來(lái)我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展方向3.1生產(chǎn)能力大型化目前國(guó)外合成氨生產(chǎn)規(guī)模發(fā)展趨勢(shì)是提高單系列生產(chǎn)能

13、力。未來(lái)氨裝置單系列生產(chǎn)能力為日產(chǎn)2kt，尿素裝置相應(yīng)為3.5kt。新建單系列投資比雙系列可降低20%。我國(guó)合成氨日產(chǎn)2kt大型系列應(yīng)走老廠改擴(kuò)道路，在現(xiàn)有日產(chǎn)1kt合成氨裝置上采用在二段轉(zhuǎn)化爐加氧，便可使生產(chǎn)合成氣生產(chǎn)能力加翻，達(dá)日產(chǎn)2kt，再進(jìn)行氨合成配套和將氨加工成尿素，采用高壓變換氣氣提法在生產(chǎn)尿素的同時(shí)代替脫除CO2裝置，以平衡增產(chǎn)氨和氨的加工產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。這種改造投資還不到新建的1/2。將來(lái)天然氣成網(wǎng)配置后,對(duì)30多套大型合成氨裝置改擴(kuò)后,每年就能夠增產(chǎn)合成氨近10M，同時(shí)提高了天然氣原料制氨的比重。3.2產(chǎn)品多樣化當(dāng)今,從制氨用合成氣出發(fā)，在制取合成氨的同時(shí)，聯(lián)產(chǎn)甲醇和碳一化工

14、產(chǎn)品，已成為資源綜合利用的有效途徑。隨著深度加工產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)拓，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位將愈顯重要。3.3研究開(kāi)發(fā)天然氣制氨新工藝3.3.1開(kāi)發(fā)天然氣電熱換熱多媒體轉(zhuǎn)化器。在等壓下合成氨、甲醇、尿素新工藝,因其能耗低、投資省,利于模塊化、系列化的中小規(guī)模生產(chǎn)裝置,將是今后天然氣制合成氣的一種新工藝。3.3.2研究天然氣分子重排制尿素工藝。在天然氣(CH4)中,加入39%的富氧空氣，通過(guò)分子重排而成尿素。其化學(xué)反應(yīng)式:CH4+N2+1/2O2=(NH2)2CO天然氣、富氧空氣、尿素這將有待將來(lái)科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展來(lái)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。第二章 合成工序工藝計(jì)算1.物料衡算1.1計(jì)算依據(jù) （1）

15、產(chǎn)量：80000tNH3/年 即10.7527tNH3/小時(shí)（2）催化劑用量：7.0m3（3）精煉氣成分，%表1.1H2N2CH4Ar小計(jì)744524.121.10.33（4）合成塔入口氨含量 NH3入=2.5000% （5）合成塔出口氨含量 NH3出=16.500%（6）合成塔入口惰性氣體含量CH4+Ar=15.000%（7）合成塔操作壓力 32MPa（絕壓）（8）精練氣溫度 40（9）水冷器出口氣體溫度 （10）循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差 1.47MPa（11）年工作日 （12）計(jì)算基準(zhǔn) 生產(chǎn)1噸氨1.2計(jì)算物料點(diǎn)流程圖1.1 流程圖1.2.3.4.5.精煉氣：6.7.8.9.10.11.12.14

16、.17.18.合成氣；13放空氣；20弛放氣；15.16.19.21液氨1.3物料衡算1.3.1合成塔入口氣體成分根據(jù)計(jì)算依據(jù)：入塔氨含量 入塔氬含量 入塔氫含量 =入塔氣組分含量表1.2NH3CH4ArH2N2小計(jì)1.3.2合成塔出口氣成分以1000kmol入塔氣作為計(jì)算基準(zhǔn)求出塔氣組分；由以下式計(jì)算塔生成氨含量：kmol出塔氣量=kmol出塔氨含量出塔甲烷含量 出塔氬含量 出塔氫含量 =出塔氮含量 出塔氣組分含量表1.3NH3CH4ArH2N2小計(jì)1.3.3合成率由式=1.3.4氨分離器氣液平衡計(jì)算設(shè)氨分離器進(jìn)口氣液混合物F,進(jìn)口物料組分；分離器組分，液量其中進(jìn)口物料組分等于合成塔出口氣體

17、組分。根據(jù)氣液平衡原理，以1kmol進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn)，即。見(jiàn)圖所示圖1.2 由氣液平衡原理：（1）（2）將（2）式代入（1）式得： （3） （4）液體組分 （5） （6） 氣體組分 （7）計(jì)算氣、液步驟為：首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)值，將假定值與計(jì)算值進(jìn)行比較直至在誤差允許圍。表1.4小計(jì)0.1650.13150.039350.498380.166121.0000已知分離器入口混合物組分查t=, p=29.1Mpa各組分平衡數(shù)據(jù)：表1.50.0988.20028.20027.50034.500設(shè)代入（3）式中計(jì)算各組分溶解液量kmolkmol kmol=0.0163 kmol kmol分離液體量 =

18、0.079031+0.001425+0.000125+0.001627+0.000433=0.08264分離氣體量 kmol計(jì)算氣液比誤差=分離液體組分含量液體中氨含量 液體中甲烷含量液體中氬含量 液體中氫含量液體中氮含量氨分離器出口液體含量表1.6NH3CH4ArH2N2小計(jì)1.7251.969分離氣體組分含量氣體氨含量氣體甲烷含量氣體氬含量 氣體氫含量 氣體氮含量氨分離器出口氣體含量表1.7NH3CH4ArH2N2小計(jì)9.37114.14154.15118.0621.3.5 冷交換器氣液平衡計(jì)算根據(jù)氣液平衡原理，由于冷交換器第二次氣體含量等于合成塔進(jìn)口氣體含量，由合成塔入口氣體含量和操作條

19、件下的分離溫度可查出，便可解出。查，的平衡常數(shù)表1.80.025427517580冷交換器出口液體組分含量出口液體中氨含量 出口液體中甲烷含量出口液體中氬含量 出口液體中氫含量出口液體中氮含量冷交換器出口液體含量表1.9NH3CH4ArH2N2小計(jì)0.06790.2581.3.6 液氨儲(chǔ)槽氣液平衡計(jì)算由于氨分離器出口分離液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨儲(chǔ)槽，經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸。兩種液體百分比估算值即水冷后分離液氨占總量的百分?jǐn)?shù)。水冷后分離液氨占總量的57.588%， 冷交分離液氨占總量的42.412%液氨儲(chǔ)槽氣液平衡計(jì)算見(jiàn)圖所示圖1.3以液氨儲(chǔ)槽入口1Kmol液體為計(jì)算基

20、準(zhǔn)，即入口液體混合物組分含量：=混合后入口甲烷含量：kmol混合后入口氫含量：kmol混合后入口氮含量：kmol混合后入口氨含量：kmol混合后入口氬含量：kmol液氨儲(chǔ)槽入口液體含量表1.10小計(jì)當(dāng)t=17(由熱平衡計(jì)算得)P=1.568MP平衡常數(shù)。表1.110.598170540575620根據(jù)氣液平衡原理 ；另設(shè)代入上式的；出口液體氨含量 kmol出口液體甲烷含量 kmol出口液體氬含量 kmol出口液體氫含量 kmol出口液體氮含量 kmol出口液體總量 =0.94005+0.00124+0.00004+0.00050+0.00013=0.94196kmol出口氣體總量 kmol計(jì)算

21、氣液比誤差= 假定正確出口液體組分含量出口液體氨含量 出口液體甲烷含量 出口液體氬含量 出口液體氫含量 出口液體氮含量 表1.12 液氨儲(chǔ)槽出口液氨組分（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)99.7980.1310.0530.014出口馳放氣組分含量馳放氣氨含量馳放氣氬含量馳放氣氫含量馳放氣氮含量馳放氣甲烷含量 表1.13馳放氣組分含量（%）NH3CH4ArH2N2小計(jì)48.42718.1041.92918.1046.8571.3.7液氨儲(chǔ)槽物料計(jì)算以液氨儲(chǔ)槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)（已給定）折立方米計(jì)算，液氨儲(chǔ)槽出口液體量。（標(biāo)） NH3 CH4標(biāo) Ar標(biāo) H2標(biāo)標(biāo)液氨儲(chǔ)槽出口馳放氣 標(biāo)其中標(biāo) CH

22、4標(biāo)Ar標(biāo)H2 標(biāo)N2標(biāo)液氨儲(chǔ)槽出口總物料液氨儲(chǔ)槽進(jìn)口液：由物料平衡：入槽總物料=出槽總物料（標(biāo)）入口液體各組分含量計(jì)算 其中 CH4 Ar H2 N2入口液體組分含量核算，由得:入口液體中氨含量：入口液體中甲烷含量：入口液體氬中含量：入口液體中氫含量：入口液體中氮含量：1.3.8合成系統(tǒng)物料計(jì)算將整個(gè)合成看作一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料有新鮮補(bǔ)充氣；離開(kāi)該系統(tǒng)的物料有放空氣，液氨儲(chǔ)槽弛放氣，產(chǎn)品液氨，見(jiàn)圖圖1.4 合成物料計(jì)算示意圖由前計(jì)算數(shù)據(jù)列如下表：表1.14名稱氨氣甲烷氬氣氫氣氮?dú)鈿饬浚?biāo)）補(bǔ)充氣0.0110.00330.74450.2412放空氣0.093710.141400.0427

23、50.541510.18062弛放氣0.484270.181040.019290.247070.0685781.355液氨0.997980.001310.000040.000530.000141320.317入塔氣2.50011.5393.46261.87420.625出塔氣16.50013.1153.93549.83816.162根據(jù)物料平衡和元素組分平蘅求.。循環(huán)回路中氫平衡：（1）循環(huán)路中氮平衡：（2）循環(huán)路中惰性氣體平衡：（3）循環(huán)路中氨平衡：（4）循環(huán)路中總物料平衡：=+-=+-81.355-1320.317=-+-1401.627（5）將（1）式與（2）式聯(lián)立：（0.7445+0.

24、2412）=（0.54151+0.18062+2*0.09371）+81.355（0.24707+0.06857+2*0.48427）+2*1320.3170.986=0.910+2745.109=0.923+2784.933（6）將（3）式（6）式聯(lián)立求解：11.955=1645.260 =137.618代入（6）式得：=0.923*137.618+2784.933=2199.921聯(lián)立方程（4）和（5）式0.165-0.025=0.09736+1325.896=+-1320.317將.代入上式得；=0.152+8318.857（7） =+1372.631（8）0.848=9691.487=

25、11422.11 將代入（7）式得=0.152*11422.11+8318.857=10049.48m3（標(biāo)）1.3.9合成塔物料計(jì)算 入塔物料: 其中 合成塔一出.二進(jìn)物料,熱交換氣冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料,即出塔物料: 其中 合成塔生成氨量廢熱鍋爐進(jìn)出口物料,熱交換氣熱氣進(jìn)出口物料等于合成塔出塔1.3.10 水冷器物料計(jì)算進(jìn)器物料:水冷器進(jìn)氣物料等于熱交換器出口物料,即出器物料:在水冷器中部分氨被冷凝,由氨分離器氣液平衡計(jì)算的,氣液固有如下方程: (1) (2)將代入(2)式的:出器氣體成分由 其中 出器液體各組分由得:1.3.11氨分離器物料計(jì)算進(jìn)器物料:氨分離器進(jìn)器總物料等于水冷

26、器出器氣液混合總物料.即:出器物料:氣液混合物在氣進(jìn)行分離,分別得到氣體和液體.出器氣體：,出器液體:氨分離器出口氣體放空 1.3.12冷交換器物料計(jì)算進(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:其中 出器物料(熱氣):設(shè)熱氣進(jìn)口溫度17(由熱量計(jì)算核定)查t=17,P=28.42MP氣相中平衡氨含量計(jì)算熱氣出口冷凝液氨含量,不計(jì)溶解在液氨中的氣體.取過(guò)飽和度10%.故.設(shè)熱氣出口氨體積為,則: ，則冷交換器熱氣冷凝液氨量為: 冷交換器熱氣出口氣量與組分:其中出口總氣量： 出口氣體總組分:1.3.13氨冷器物料計(jì)算進(jìn)氣物料：氨冷氣進(jìn)氣物料等于冷交換器出器物料加上新鮮氣進(jìn)器氣體組分含

27、量各組分百分含量 進(jìn)氨冷器液量等于冷交換氣冷凝液氨量 進(jìn)器總物料出器物料:已知出氣氣體中氮含量為2.500%,設(shè)出塔氣體中氨含量為b則氨冷器中冷凝液量: 氨冷器出口總量: 279.832+292.664=572.496m3(標(biāo))氨冷器出器氣體量: 各組分百分含量 出器總物料= 1.3.14 冷交換器物料計(jì)算進(jìn)器物料: 冷交換器進(jìn)器總物料等于氨冷器出器總物料.其中氣體入口,液體入口.由氣液平衡計(jì)算得: 以進(jìn)口物料為計(jì)算基準(zhǔn):即F=1或 將 代入上式 (3)(3)式中可由物料平衡和氨平衡計(jì)算式中冷交入口總物料：冷交熱氣出口總物料：冷交入口總氨物料：將（標(biāo)），（標(biāo)），（標(biāo)）代入上式 所以所以 代入（

28、3）式得：由可求出冷交換器冷凝液體量 冷凝液體量 出器物料：冷交換氣（冷氣）出口氣體物料等于進(jìn)口總物料減去冷凝液體量,計(jì)算誤差=核算氨分離器分離液氨白分率氨分離器分離液氨百分率 冷交分離液氨百分?jǐn)?shù) 計(jì)算誤差=1.3.15 液氨儲(chǔ)槽物料計(jì)算氨分離器入槽液體冷交換器入槽液體其中 入槽混合物料： 各組分物料含量：百分含量 s出槽物料：液氨儲(chǔ)槽出口弛放氣 出口液氨總物料 各組分百分含量液氨產(chǎn)量核算表1.15 物料計(jì)算匯總表N2H2CH4ArNH3總計(jì)氨冷器出口(氣體)2摩爾分?jǐn)?shù)%0.210.620.120.030.021.00m3/T(NH3)2342.657085.551316.18397.8527

29、8.5611420.79m3/h25189.7976188.7214152.504277.932995.22122804.16kmol/h1124.543401.28631.81190.98133.725482.33冷交器冷氣出口345摩爾分?jǐn)?shù)%20.6361.8811.543.462.50100.00m3/T(NH3)2355.067065.181317.52395.25285.4611418.47m3/h25323.2675969.7714166.864250.063069.49122779.42kmol/h1130.503391.51632.45189.73137.035481.22合成

30、塔一次入口567摩爾分?jǐn)?shù)%20.6361.8811.543.462.50100.00m3/T(NH3)2355.817067.431317.94395.38285.5511422.11m3/h25331.3275993.9614171.374251.413070.46122818.52kmol/h1130.863392.59632.65189.80137.075482.97合成塔二次出口8910摩爾分?jǐn)?shù)%16.6149.8413.113.9316.50100.00m3/T(NH3)1669.505008.501317.93395.381658.1610049.48m3/h17951.62538

31、54.8514171.334251.4017829.72108058.92kmol/h801.412404.23632.65189.79795.974824.06水冷器出口(氣體)11摩爾分?jǐn)?shù)%18.0654.1514.144.289.37100.00m3/T(NH3)1665.154992.131303.61394.12863.949218.94m3/h17904.8153678.8514017.294237.859289.7499128.54kmol/h799.322396.38625.77189.19414.724425.38水冷器出口(液體)11摩爾分?jǐn)?shù)%0.521.971.720.1

32、595.63100.00m3/T(NH3)4.3516.3714.331.26794.22830.54m3/h46.82176.06154.0613.568540.008930.50kmol/h2.097.866.880.61381.25398.68氨分離器出口氣12摩爾分?jǐn)?shù)%18.0654.1514.144.289.37100.00m3/T(NH3)1665.154992.151303.61394.12863.959218.98m3/h17904.8653679.0014017.334237.869289.7799128.81kmol/h799.322396.38625.77189.1941

33、4.724425.39放空氣13摩爾分?jǐn)?shù)%18.0654.1514.144.289.37100.00m3/T(NH3)24.8674.5219.465.8812.90137.62m3/h267.28801.30209.2563.26138.671479.76kmol/h11.9335.779.342.826.1966.06冷交換器熱氣進(jìn)口14摩爾分?jǐn)?shù)%18.0654.1514.144.289.37100.00m3/T(NH3)1640.304917.631284.15388.24851.059081.36m3/h17637.6052877.7613808.104174.609151.10976

34、49.16kmol/h787.392360.61616.43186.37408.534359.34氨分離器出口液氨15摩爾分?jǐn)?shù)%0.521.971.720.1595.63100.00m3/T(NH3)4.3516.3514.321.26794.22830.50m3/h46.76175.85154.0013.548539.978930.12kmol/h2.097.856.880.60381.25398.67冷交換器出口液氨16摩爾分?jǐn)?shù)%0.260.830.430.0798.43100.00m3/T(NH3)1.484.742.460.39565.76574.83m3/h15.9350.9926.

35、414.206083.416180.95kmol/h0.712.281.180.19271.58275.94冷交換器熱氣出口(氣體)17摩爾分?jǐn)?shù)%0.190.560.150.040.061.00m3/T(NH3)1640.304917.631284.15388.24571.228801.53m3/h17637.6052877.7613808.104174.606142.1594640.21kmol/h787.392360.61616.43186.37274.204225.01冷交換器熱氣出口(液體)17摩爾分?jǐn)?shù)%0.000.000.000.001.001.00m3/T(NH3)0.000.00

36、0.000.00279.83279.83m3/h0.000.000.000.003008.953008.95kmol/h0.000.000.000.00134.33134.33氨冷器進(jìn)口(氣體)18摩爾分?jǐn)?shù)%20.0060.4911.243.404.88100.00m3/hT(NH3) 2342.65H7085.551316.18397.85571.2211713.45 m3/h25189.8276188.8014152.524277.936142.15125951.22kmol/h1124.553401.29631.81190.98274.205622.82氨冷器進(jìn)口(液體)18摩爾分?jǐn)?shù)%0

37、.000.000.000.001.001.00m3/T(NH3)0.000.000.000.00279.83279.83m3/h0.000.000.000.003008.953008.95kmol/h0.000.000.000.00134.33134.33氨冷器出口(液體)2摩爾分?jǐn)?shù)%0.000.010.000.000.981.00m3/T(NH3)1.484.742.460.39565.76574.83m3/h15.9350.9926.414.206083.416180.95kmol/h0.712.281.180.19271.58275.94新鮮補(bǔ)充氣摩爾分?jǐn)?shù)%0.240.740.010.0

38、00.001.00m3/T(NH3)702.362167.9232.039.610.002911.92m3/h7552.2123311.02344.42103.330.0031310.97kmol/h337.151040.6715.384.610.001397.81馳放氣組成20摩爾分?jǐn)?shù)%6.8624.7118.101.9348.43100.02m3/T(NH3)5.5820.1014.731.5739.4081.37m3/h59.99216.14158.3716.87423.63875.00kmol/h2.689.657.070.7518.9139.06液氨貯槽進(jìn)口液體21摩爾分?jǐn)?shù)%0.41

39、1.481.170.1296.82100.00m3/T(NH3)5.7620.8016.461.631357.041401.69m3/h61.92223.65177.0017.5014591.8815071.95kmol/h2.769.987.900.78651.42672.86產(chǎn)品液氨19摩爾分?jǐn)?shù)%0.010.050.130.0099.80100.00m3/T(NH3)0.180.701.730.061317.651320.32m3/h1.947.5218.630.6214168.2514196.96kmol/h0.090.340.830.03632.51633.792熱量衡算2.1冷交換器

40、熱量計(jì)算示意圖如下：圖2.1（1） 熱氣進(jìn)口溫度 冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題意知（2） 冷氣進(jìn)口溫度 為了保證合成塔入口氨含量在2.5%，出氨冷器氣體的氨含量必須小于或等于2.5%，設(shè)過(guò)飽和度為10%，則在該冷凝溫度下的平衡氨含量為 查小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)圖平衡氨含量為2.27%時(shí)的冷凝溫度 ，故冷氣進(jìn)口溫度等于-10（3） 熱氣體帶入熱量 熱氣體在器處與氨飽和區(qū)，計(jì)算氣體比熱容時(shí)求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的辦法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容。查，P=29.1MPa時(shí)的各組分比熱容并計(jì)算得：表2.1N2H2CH4ArNH3氣體含量0.181 0.542 0.141 0.04

41、3 0.094 各組分分壓Pa52.561 157.579 41.149 12.441 27.271 各組分在35度Cp31.350 29.511 39.919 21.318 82.764 熱氣體帶入熱量 （4） 冷氣體帶入熱量查 時(shí)各組分比熱容并計(jì)算的表2.2N2H2CH4ArNH3氣體含量0.205 0.620 0.115 0.035 0.024 各組分分壓Pa58.049 175.576 32.614 9.858 6.902 各組分在-10度Cp33.022 29.427 38.038 21.402 45.980 冷氣體帶入熱量（5）氨冷凝熱 設(shè)熱氣體出口溫度為20，熱氣體在器由35冷卻

42、到20，然后進(jìn)行氨冷凝，查氨冷凝熱 液氨冷凝放出熱量 N2H2CH4ArNH3氣體含量0.186 0.559 0.146 0.044 0.065 各組分分壓Pa53.487 160.354 41.874 12.660 18.626 各組分在20度Cp30.012 29.260 39.710 21.318 79.420 表2.3（6）液氨帶入熱量 查-10液氨比熱容液氨帶入熱：（7）熱氣體帶入熱查，P=28.7MPa時(shí)的各組分在常壓下，17 的摩爾比熱容并計(jì)算得：熱氣體帶出熱量 （8）熱氣體中液氨帶出熱查20液氨比熱容（9） 冷氣體中分離液氨帶出熱 （10）冷氣體出口帶出熱設(shè) 時(shí)各組分常壓下比熱

43、容并計(jì)算的表2.4N2H2CH4ArNH3氣體含量0.206 0.619 0.115 0.035 0.025 各組分分壓Pa58.163 174.488 32.538 9.762 7.050 各組分在30度Cp31.935 29.511 39.710 21.318 48.906 （11）冷交換器熱量負(fù)荷計(jì)算（管熱氣帶入熱+管液氨冷凝熱）-（管熱氣帶出熱+管液氨帶出熱）2.2氨冷器熱量計(jì)算（1） 氣體帶入熱量由冷交換器熱量計(jì)算的 （2） 氣體中液氨帶入熱量 由冷交換器熱量計(jì)算得（3） 氨冷器中氣氨冷凝熱查-10氣氨冷凝熱（小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)。表10-1-1氨熱力學(xué)性質(zhì)） 則氣氨冷凝熱（4） 新

44、鮮氣帶入熱量 P=31.37MPa 查壓力下各組分氣體比熱容，表2.5N2H2CH4Ar氣體含量0.241 0.745 0.011 0.003 各組分分壓Pa75.664 233.550 3.451 1.035 各組分在40度Cp31.768 29.678 35.948 20.900 新鮮氣帶入熱量 氨冷器收入總熱量 （5） 氨冷器入口混合氣溫度計(jì)算由熱平衡 設(shè)，P=28.42MP 查常壓下各組分氣體比熱容， 查T=22.5度時(shí),代入上式與假設(shè)一致。混合后氨冷器入口熱氣溫度24。表2.6N2H2CH4ArNH3氣體含量20.000 60.491 11.237 3.396 4.877 各組分分壓

45、Pa5683.904 17191.463 3193.415 965.285 1385.933 各組分在24度Cp31.852 29.511 38.038 21.234 81.092 （6）氣體帶出熱量 由冷交換器熱量計(jì)算 kJ/tNH3（7）氣體中液氨帶出熱量 由冷交換器熱量計(jì)算(8) 液氨蒸發(fā)吸收熱量（冷凍量）由熱平衡計(jì)算 查25液氨焓蒸發(fā)蒸氣（9）冷凍量計(jì)算 表2.7收方支方氣體帶入熱量Q17265852.933 氣體帶出熱量Q2-159456.290 液氨帶入 熱量Q17L19884.872 液氨帶出熱量Q2L-19876.557 氣體中氨冷凝熱Q冷287773.911 冷凍量Q吸909

46、995.253 新鮮氣帶入熱量Q1157150.690 小計(jì)Q入730662.406 小計(jì)Q支730662.406 2.3循環(huán)機(jī)熱量計(jì)算(1) 循環(huán)機(jī)出口氣體溫度計(jì)算 由小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)附表1-1-1查得循環(huán)氣體中各組分的絕熱指數(shù)如下：表2.8NH3CH4ArH2N21.291.311.661.411.4根據(jù)公式 K=1.394 由前已知39（2） 氣體帶入熱量由前計(jì)算 （3） 壓縮功 將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功計(jì)算工式中得：壓縮熱 (4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得：由 P=30.94MPa，查常壓下各組分氣體比熱容并計(jì)算得：表2.9N2H2CH4ArNH3氣體含量0.206 0.619 0.115 0.