年產(chǎn)16萬噸液氨的工藝計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u21572年產(chǎn)16萬噸液氨的工藝計(jì)算過程案例 113151.1物料衡算 1100681.1.1設(shè)計(jì)要求 157631.1.2合成塔入塔氣組分 2110391.1.3合成塔出塔氣組分 2236791.1.4合成率 3311591.1.5氨分離器氣液平衡計(jì)算 3132211.1.6冷交換器氣液平衡計(jì)算 6118391.1.7液氨儲(chǔ)罐氣液平衡計(jì)算 77001.1.8液氨儲(chǔ)槽物料衡算 10313821.1.9合成系統(tǒng)物料衡算 11114011.1.10合成塔物料衡算 1276451.1.11水冷器物料衡算 13310491.1.12氨分離器物料衡算 14189341.1.13冷交換器物料衡算 1570551.1.14氨冷器的物料衡算 16221671.1.15冷交換器物料衡算 18261011.1.16液氨貯槽物料衡算 19180891.2熱量衡算 20183261.2.1冷交換器熱量衡算 20116211.2.2氨冷凝器熱量衡算 2333651.2.3循環(huán)機(jī)熱量衡算 2565401.2.4合成塔熱量衡算 2650771.2.5廢熱鍋爐熱量衡算72 2879821.2.6熱交換器熱量衡算 29175241.2.7水冷器熱量衡算 3073881.2.8氨分離器熱量衡算 311.1物料衡算1.1.1設(shè)計(jì)要求（1）年產(chǎn)16萬噸液氨，工藝過程中的液氨損失和設(shè)計(jì)余量均不計(jì)（2）原料氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)：原料氣中氬氣的體積分?jǐn)?shù)：原料氣中氫氣的體積分?jǐn)?shù)：原料氣中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)：（3）合成塔進(jìn)口氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)：合成塔出口氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)：合成塔入口氣體中惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)：（4）合成塔工作壓力：32MPa（5）原料氣進(jìn)口溫度：35℃（6）水冷器出口氣體溫度：35℃（7）循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差：2.5MPa（8）年工作日：330天（9）產(chǎn)量：20.20t/h11（10）計(jì)算基準(zhǔn)：1000Nm3原料氣11以下計(jì)算先以合成1t氨為基準(zhǔn)。1.1.2合成塔入塔氣組分合成塔入口氣體各組分的體積分?jǐn)?shù)如下：表4-1合成塔進(jìn)口氣體各組分體積分?jǐn)?shù)組成合計(jì)mol(%）1.1.3合成塔出塔氣組分假定入塔氣1000kmol，由物料守恒可知入塔氣總物質(zhì)的量的減少就是氨氣的生成量。列出，兩個(gè)方程。解得合成塔內(nèi)氨氣生成量：出塔氣量：合成塔出口氣體各組分的體積分?jǐn)?shù)如下：表4-2合成塔出口氣體各組分體積分?jǐn)?shù)組成合計(jì)mol(%)1.1.4合成率1.1.5氨分離器氣液平衡計(jì)算假設(shè)氨分離器的進(jìn)口物料為F，摩爾分?jǐn)?shù)為Fi；分離后的氣體為V，摩爾分?jǐn)?shù)為yi；分離后的液體為L，摩爾分?jǐn)?shù)為xi。由物料平衡：由氣液平衡關(guān)系：，式中，Ki為各組分的平衡常數(shù)由上述兩個(gè)式子得或液體總量氣體總量分離后液體的摩爾分?jǐn)?shù)分離后氣體的摩爾分?jǐn)?shù)已知進(jìn)入氨分離器的氣液混合物各組分的體積分?jǐn)?shù)，在溫度為35℃，壓力為27.5MPa的環(huán)境下查各組分平衡常數(shù)如下表：表4-3平衡常數(shù)表設(shè)F=1kmol，設(shè)時(shí)，代入計(jì)算液體中各組分溶解的量:氣液比：誤差結(jié)果合理，進(jìn)一步計(jì)算分離后液體中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：表4-4氨分離器出口液體各組分體積分?jǐn)?shù)組成小計(jì)mol(%)分離后氣體中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：表4-5氨分離器出口氣體各組分體積分?jǐn)?shù)組成小計(jì)mol(%)1.1.6冷交換器氣液平衡計(jì)算由公式，第二次從冷交換器出去的氣體將進(jìn)入合成塔，查出各組分在該溫度下的平衡常數(shù)，就能解得。在溫度為-10℃，壓力為27.5MPa的環(huán)境下，各組分平衡常數(shù)如下表：查,的平衡常數(shù)：表4-6平衡常數(shù)表冷交換器出口液體各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：表4-7冷交換器出口物料各組分體積分?jǐn)?shù)組成小計(jì)mol(%)1.1.7液氨儲(chǔ)罐氣液平衡計(jì)算圖1.1液氨貯罐物料簡(jiǎn)圖流入液氨儲(chǔ)罐的液體有兩股，一股是經(jīng)氨分離器分離后的液體，一股是經(jīng)冷交換器下部的分離器分離后的液氨。兩股液體送到儲(chǔ)罐經(jīng)減壓后解吸出一部分氣體，也就是弛放氣。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)：氨分離器分離液氨的量占59.119%，冷交換器分離液氨的量占40.811%。假定1kmol液體進(jìn)入液氨儲(chǔ)槽，即，混合后液體各組分的體積分?jǐn)?shù)用下式計(jì)算得出。混合后入口液體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如下：表4-8液氨貯罐入口物料各組分體積分?jǐn)?shù)組成合計(jì)mol(%)在溫度為17℃，壓力為2.5MPa的環(huán)境下，查各組分平衡常數(shù)如下表：表4-9平衡常數(shù)表由公式,設(shè),代入上式得出口液體各組分含量：誤差合理，進(jìn)一步計(jì)算出口液體各組分的體積分?jǐn)?shù)如下：表4-10液氨貯槽出口液氨各組分體積分?jǐn)?shù)組成小計(jì)mol(%)液氨儲(chǔ)槽弛放氣中各組分含量：表4-11弛放氣各組分體積分?jǐn)?shù)組成小計(jì)mol(%)1.1.8液氨儲(chǔ)槽物料衡算假定出口處高濃度液氨的量為1t計(jì)算液氨儲(chǔ)槽出口液體總量：各組分在出口液體中的含量如下：由液氣比得出弛放氣的量：各組分在弛放氣中的含量如下：出口總物料進(jìn)口物料量；入口各組分含量計(jì)算：各組分在液氨儲(chǔ)槽入口液體中的含量如下：對(duì)入口液體中各組分的含量進(jìn)行核算，計(jì)算入口液體各組分的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)果如下：與假定入口液體為1kmol得出的各組分在入口液體中的占比近似，符合設(shè)計(jì)要求。1.1.9合成系統(tǒng)物料衡算圖1.2合成系統(tǒng)物料流向簡(jiǎn)圖把整個(gè)合成工段當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，則流進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)的有新鮮補(bǔ)充氣，從該系統(tǒng)出去的有3股物料，分別是產(chǎn)品液氨，放空氣，液氨儲(chǔ)槽弛放氣。將前面的計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-12合成系統(tǒng)物料匯總名稱表示原料氣弛放氣放空氣液氨進(jìn)塔氣出塔氣--V補(bǔ)V放V弛L氨V入V出循環(huán)回路中氫平衡：（4-1）循環(huán)回路中氮平衡:（4-2）循環(huán)回路中惰性氣體平衡:（4-3）（4-4）循環(huán)回路中總物料平衡:（4-5）聯(lián)立（4-1），（4-2），（4-3），（4-4），（4-5）各式解得：；；；；；1.1.10合成塔物料衡算合成塔入塔氣體：各組分在合成塔入塔氣中的含量如下：設(shè)置熱交換器的目的就是為了將合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱負(fù)荷交換出來，同時(shí)對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)熱。不考慮物料的損失，即。合成塔出口氣體量：各組分在合成塔出口氣體中的含量如下；反應(yīng)生成氨氣的量：設(shè)置廢熱鍋爐的目的是對(duì)合成塔出口氣體降溫，同時(shí)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入管網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)回收熱量。不考慮氣體的損失，即。1.1.11水冷器物料衡算入口氣體：水冷器進(jìn)口氣體等于熱交換器出口氣體，即出口氣體：氣氨在水冷器會(huì)有一部分發(fā)生冷凝；已知?dú)庖罕?，由方程得：解上述兩個(gè)方程得：出口氣體各組分的含量由可以計(jì)算得出。各組分在水冷器出口氣體中的含量如下：水冷器出口液體各組分的含量由可以計(jì)算得出。各組分在水冷器出口液體中的含量如下：1.1.12氨分離器物料衡算不考慮物料損失，氨冷器的進(jìn)口物料就是從水冷器出來的氣液混合物。即氨冷器將氣液混合物分離后得到循環(huán)氣體和生產(chǎn)出來的液氨。出口物料中循環(huán)氣體，生產(chǎn)的液氨。氨分離器出口氣體需要防空掉一部分的惰性氣體，放空氣量：。各組分在放空氣中的含量如下：1.1.13冷交換器物料衡算氨分離器出口氣體經(jīng)放空后送到冷交換器。各組分在冷交換器進(jìn)口氣體中的含量如下：設(shè)出口氣體為17℃，查,氣相中平衡氨含量。取過飽和度，故。設(shè)出口熱氣中氨氣的量為a，則：各組分在冷交換器出口氣體中的含量如下：出口總氣量各組分在冷交換器出口氣體中的體積分?jǐn)?shù)如下：1.1.14氨冷器的物料衡算從冷交換器出來的氣體送到氨冷器，向氨冷器通入原料氣，這就是氨冷器入口氣體量。各組分在原料氣中的含量如下：各組分在氨冷器進(jìn)口氣體中的含量如下：各組分在氨冷器進(jìn)口氣體的體積分?jǐn)?shù)由求得：進(jìn)入氨冷器的液體等于冷交換器冷凝液氨量：進(jìn)器總物料=已知氨冷器I出口氣體中氨氣的百分比為2.5%，設(shè)氨冷器II的出口氣體中氨氣的體積為，，解得則冷凝液氨量：出口液氨：出口氣體：各組分在氨冷器出口氣體中的含量如下：各組分在出口氣體的體積分?jǐn)?shù)如下：離開氨冷器總物料=1.1.15冷交換器物料衡算圖1.3冷交換器物料簡(jiǎn)圖氨冷器出口的氣液混合物送到冷交換器。已知，得假定通入冷交換器的物料為1kmol?？梢粤谐龇匠蹋捍耄美淠饕后w量：冷交換器出口氣體：各組分在冷交換器出口氣體中的含量如下：1.1.16液氨貯槽物料衡算液氨儲(chǔ)槽的進(jìn)口液體就是氨分離器出口液體和冷交換器出口液體之和。各組分在氨分離器出口液體中的含量如下：各組分在冷交換器入槽液體中的含量如下：液氨儲(chǔ)槽進(jìn)口總物料：各組分在液氨儲(chǔ)槽入口液體中的含量由求得：各組分在液氨儲(chǔ)槽入口液體中的百分比由求得：1.2熱量衡算1.2.1冷交換器熱量衡算圖1.4冷交換器熱量衡算示意圖（1）冷交換器進(jìn)口氣體溫度由題意得。（2）氨氣在合成塔入口氣體中的百分比為2.5%，假定過飽和度是10%，計(jì)算出該溫度下的平衡氨含量為：。查；時(shí)，溫度為,所以冷交換器進(jìn)口氣體的溫度為-10℃。（3）從氨冷器過來的氣體帶來的熱量：計(jì)算在，的混合氣體的比熱容：表4-13各組分臨界參數(shù)表組分Pc(K)Tc(atm)查（4）從氨冷器過來的氣體帶入的熱量：計(jì)算在,時(shí)混合氣體的比熱容：,查（5）管內(nèi)液氨冷凝放出的熱：假定冷交換器出口氣體溫度為17℃，在冷交換器內(nèi)氣體溫度從35℃下降到17℃，氣液混合物中液氨發(fā)生冷凝，查氨冷凝熱。（6）管外液氨在冷交換器里散熱：查10℃時(shí)液氨比熱容（7）從冷交換器流向氨冷器的混合氣體移走的熱量：計(jì)算,時(shí)的混合氣體比熱容：，查（8）從冷交換器流向氨冷器的液氨移走的熱量：查17℃時(shí)液氨比熱容（9）從冷交換器流向液氨儲(chǔ)槽的液氨移走的熱量：（10）冷交換器出口氣體移走的熱量：假定，計(jì)算出該狀態(tài)下混合氣體比熱容：冷交換器熱量負(fù)荷計(jì)算：表4-14冷交換器熱量衡算表帶入熱量（kJ)帶出熱量（kJ)進(jìn)口熱氣體出口熱氣體進(jìn)口冷氣體管內(nèi)出口液氨液氨冷凝管外出口液氨液氨散熱出口冷氣合計(jì)1.2.2氨冷凝器熱量衡算圖1.6氨冷凝器熱量衡算示意圖（1）氨冷器入口氣體的熱量：（2）氨冷器入口液體的熱量：（3）混合氣體在氨冷器中冷凝產(chǎn)生的熱量：查在,（4）新鮮氣帶入熱量QⅠ計(jì)算在，的實(shí)際氣體混合熱容：計(jì)算入口混合物溫度：假定，計(jì)算得實(shí)際氣體混合熱容，，帶入上式結(jié)果合理，進(jìn)入氨冷器的混合物的溫度為20℃出口氣體熱量：出口液氨熱量：液氨蒸發(fā)吸熱：表4-15氨冷器熱量平衡表帶入熱量（kJ）帶出熱量（kJ）入口氣體出口氣體0冷凝氨氣出口液體0入口液體冷凍量559038.637新鮮氣合計(jì)1.2.3循環(huán)機(jī)熱量衡算（1）出口溫度計(jì)算由《小氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》查的絕熱指數(shù)如下表：表4-16各組分絕熱指數(shù)組分Ki由公式∴由前已知，，代入上式得：（2）循環(huán)氣進(jìn)口熱量：（3）壓縮功又，，，，式中：代入上述公式：壓縮功（4）循環(huán)氣出口熱量∵，由,計(jì)算混合氣體的比熱容：，則滿足設(shè)計(jì)要求。1.2.4合成塔熱量衡算圖1.7合成塔熱量衡算示意圖（1）合成塔出口氣體T6，環(huán)隙溫升按計(jì)，則合成塔出口氣體溫度：（2）合成塔入口氣體熱量不計(jì)油分離器的熱量損失：（3）合成反應(yīng)放出的熱量假定出口處溫度是365℃，由反應(yīng)公式得：合成反應(yīng)生成氨氣的體積：則合成反應(yīng)放出的熱量：（4）離開合成塔的氣體的熱量Q6查，計(jì)算混合氣體熱容：（5）離開合成塔的氣體的熱量Q8查，計(jì)算混合氣體熱容：（6）合成反應(yīng)消耗的熱量由設(shè)，，，外徑則（7）從熱交換器返回合成塔的氣體溫度：假定計(jì)算得混合氣體熱容：誤差結(jié)果符合，假設(shè)有效。表4