四川理工学院毕业设计1(5)

四川理工学院毕业设计 工艺计算

V放=92.273 m3(标)

代入（6）式得

V补=0.9388392.273+2796.93=2883.556 m3(标)

联立方程（4）式与（5）式，将V放、V补带入得 V出=11850.379 m(标) V入=13231.663 m3(标)

3

2.2.7合成塔物料计算

由前计算可知 入塔物料：V5=13231.663 m3(标) 其中 NH3 V5NH3=13231.66330.03=396.950 m3(标)

CH4 V5CH4=13231.66330.1004=1328.459 m(标)Ar V5Ar=13231.66330.0396=523.974 m3(标) H2 V5H2=13231.66330.6225=8236.710 m3(标) N2 V5N2=13231.66330.2175=2877.887 m(标)即 V5=V6=V7= 13231.663m3(标)

出塔物料： V8=11850.379 m3(标)

其中 NH3 V8NH3=11850.37930.15=1777.557 m3(标)

CH4 V8CH4=11850.37930.1121=1328.427 m3(标) Ar V8Ar=11850.37930.04421=523.905 m(标)

3

3

3

又因合成塔一出，二进物料，热交换器，冷气进出物料等于合成塔入塔物料

H2 V8H2=11850.37930.52027=6165.397 m3(标) N2 V8N2=11850.37930.17342=2055.093 m3(标)

合成塔生成氨的量

ΔVNH3=V8NH3-V5NH3

=1777.557 -396.950=1380.607m3(标)=1047.782Kg 即 V8=V9=V10=11850.379 m3(标)

废热锅炉进出口物料，热交换器进出口物料等于合成塔出塔物料

2.2.8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=11850.379 m3(标)

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)=14.793,故有如下方程

V11出/L11出=(V/L)=14.793 ┉┉┉┉┉（1） V11出+L11出=L10入=11850.379 ┉┉┉┉┉（2）

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将 V11出=14.793L11出带入（2）得

L11出=11850.379/15.793=750.356 m3(标) V11出=11850.379-750.356=11100.023 m3(标) 出器气体组分由V11i=V11出y11i得

其中 NH3 V11NH3=11100.02330.0953=1057.823 m(标)

Ar V11Ar=11100.02330.0471 =522.811 m3(标) H2 V11H2=11100.02330.5541 =6150.523 m3(标) N2 V11N2=11100.02330.1848 =2051.284 m3(标)

出器液体各组分由L11i=V8i-V11i得

其中 NH3 L11NH3=1777.557 - 1057.823 =719.734 m3(标)

CH4 L11CH4=1328.427 - 1317.573 =10.854 m3(标) Ar L11Ar=523.905 - 522.811 =1.094 m3(标) H2 L11H2=6165.397 - 6150.523 =14.874 m3(标) N2 L11N2=2055.093 – 2051.284=3.809 m3(标)

3

CH4 V11CH4=11100.02330.1187 =1317.573 m3(标)

2.2.9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

=11100.023 +750.356 =11850.379 m(标)

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V12＝V11出＝11100.023 m3(标)，出器液体L15＝L11出＝750.356 m3(标) 氨分离器出口气体放空V13=92.273 m3(标)

其中 NH3 V13NH3=92.27330.0953 =8.794 m3(标)

CH4 V13CH4=92.27330.1187 =10.953 m3(标) H2 V13H2=92.27330.5541 =51.128 m3(标) N2 V13N2=92.27330.1848 =17.052 m3(标)

3

Ar V13Ar=92.27330.0471 =4.346 m3(标)

2.2.10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=11100.023 -92.273 =11007.75 m3(标)

其中 NH3 V14NH3=11007.7530.0953 =1049.039 m3(标)

CH4 V14CH4=11007.7530.1187 =1306.620 m3(标) Ar V14Ar=11007.7530.0471 =518.465 m3(标)

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H2 V14H2=11007.7530.5541 =6099.394 m3(标) N2 V14N2=11007.7530.1848 =2034.232 m3(标)

出器物料（热气）：

设热气出口温度17℃(由热量计算核定)查 t=17℃,P=28.42MPa气相平衡氨 量y NH3=5.9﹪，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=1.135.9﹪=6.49﹪。 设热气出口氨体积为A，则：

A/(11007.75 - 1049.039 +A)=0.0649

*A=691.178m3(标)

冷交换器热气冷凝液氨量为：

L17NH3=V14NH3-a=1049.039 - 691.178 =357.861 m3(标)

冷交换器热气出口气量及组分：

其中 NH3 V17NH3= V14NH3-L17NH3=1049.039 -357.861= 691.178 m3(标)

CH4 V17CH4= V14CH4 =1306.62 m3(标) Ar V17Ar= V14Ar=518.465 m3(标) H2 V17H2= V14H2 =6099.394 m3(标) N2 V17N2= V14N2=2034.232 m3(标)

出口总气量 V17= V14-L17NH3=11007.75 -357.861 =10649.889 m3(标) 出口气体各组分：

NH3 V17NH3／V17= 691.178／10649.889=6.49％ CH4 V17CH4／V17= 1306.62／10649.889=12.269％ Ar V17Ar／V17=518.465／10649.889=4.868％ H2 V17H2／V17= 6099.394／10649.889=57.272％ N2 V17N2／V17= 2034.232／10649.889=19.101％

2.2.11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=2883.556 m3(标)

其中， CH4 V1CH4=2883.55630.0071 =20.473 m(标)

Ar V1Ar=2883.55630.0028 =8.074 m3(标) H2 V1H2= 2883.55630.7470 =2154.016 m3(标) N2 V1N2= 2883.55630.2431 =700.992 m3(标)

3

V18（进器气体物料）=V1+V17= 2883.556 + 10649.889 =13533.445m3(标) 进器气体组分含量 V18i=V1i+V17i NH3 V18NH3=V17NH3=691.178 m3(标)

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CH4 V18CH4=32.031 + 1284.152 =1327.093 m3(标) Ar V18Ar=9.609 + 388.238 =526.539 m3(标) H2 V18H2=2167.551 + 4917.426= 8253.41 m3(标)

N2 V18N2=702.355.651 + 1640.295 =2735.224 m3(标)

各组分百分含量 Y8i=V18i/V18

NH3 Y18NH3= 691.178/13533.445=5.107％ CH4 Y18CH4=1327.093/13533.445=9.806％ Ar Y18Ar=526.539/13533.445=3.891％ H2 Y18H2= 8253.41/113533.445=60.985％3 N2 Y18N2= 2753.224/13533.445=20.211％

进器液体等于冷交换器冷凝液氨量 L18=L18NH3=L17NH3=357.861 m3(标)

进器总物料＝V18+L18=13533.445 + 357.861 =13891.306 m3(标)

出器物料：已知出器气体中氨含量为 3.00％，设出器气体中氨含量为B m3(标)

B/(13533.445-691.178)=3.00％ 解得 B=385.268 m3(标)

则氨冷器中冷凝液氨量

L，18NH3=V18NH3 - B=691.178 - 385.268=305.91 m3(标)

氨冷器出口总液氨量

L2NH3=L18NH3 + L,18NH3= 357.861 + 305.91=663.771 m3(标)

氨冷器出口气量

V2=V18 - B=13533.445 – 385.268=13148.177 m3(标)

其中 NH3 V2NH3=385.268 m3(标)

CH4 V2CH4=V18CH4=1327.093 m3(标) Ar V2Ar=V18Ar=526.539 m3(标) H2 V2H2=V18H2=8253.41 m3(标) N2 V2N2=V18N2=2735.224 m3(标)

则各组分百分含量 Y2i=V2i/V2

NH3 X2NH3=385.268/13148.177=2.930% CH4 X2CH4=1327.093/13148.1777=10.093% Ar X2Ar=526.539/13148.177=4.005% H2 X2H2=8253.41/13148.177=62.772% N2 X2N2=2735.224/13148.177=20.803%

出器总物料=V2+L2NH3=13148.177 + 663.771=13811.948 m3(标)

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2.2.12 冷交换器物料计算

F M(i)进口物料出口液体L L16 X(i)出口气体V V5 Y(i)冷交换器进出物料示意图

图 2-4进器物料：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V2=13148.177 m3(标)，液体入口 L2NH3=663.771 m3(标)

由气液平衡计算得，以1Kmol进口物料为计算基准：即 F=1

L + V = F ┉┉┉┉(1) LxNH3+VYNH3=FmNH3 ┉┉┉┉(2)

冷交换器物料 将YNH3=0.03，XNH3=0.98448代入上式：

V=（XNH3- mNH3）/（XNH3- YNH3）= 1.031- mNH3/0.95448 ┉┉(3)

(3)式中mNH3可由物料平衡和氨平衡计算mNH3=V2NH3/V2

V2′=V1+V17′ ┉┉┉┉┉(4) V′17=V8-V13-L15 ┉┉┉┉┉(5) V′2NH3=V2NH3+L17NH3+L18NH3′ ┉┉┉┉┉(6) 式中 V2′ ———冷交换器入口总物料；

V17′———冷交换器热气出口总物料；

V′2NH3 ———冷交换器入口总氨物料。

将 V8=11850.379 m3(标)，V13=92.273 m3(标)，L15=750.356 m3(标)代入上式

V′17=11850.379 - 92.273-750.356=11007.75 m3(标)

有 V2′=2883.556 + 11007.75=13891.306 m3(标)

V′2NH3=357.861 + 305.91 + 385.268 =1049.039 m3(标)

有 MNH3= V′2NH3/ V2′=1049.039/11007.75=0.0953 代入(3)得

V=1.031-0.0953/0.95448=0.93116 L=1-V=1 – 0.93116=0.06884 （L/V）=0.06884/0.93116=0.07393

由（L/V）可求出冷交换器冷凝液体量

（L16/V3）=（L/V）=0.07393

冷凝液体量 L16=0.07393V3=0.07393 313231.663=978.207 m3(标)

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