河南城建学院专科毕业设计(论文) 工艺设计
2工艺计算
2.1 物料衡算
2.1.1计算依据
（1） 产量：W=37.88tNH3/h （2） 催化剂用量： 70m3 （3） 精炼气成分见下表
表1 精炼气成分
组分 摩尔分数 H2 73.16 N2 25.17 CH4 1.29 AR 0.38 合计 100.000 （4） 合成塔入口氨含量：NH3入=2.00%
合成塔出口氨含量：NH3出=17.00% 合成塔入口惰性气体含量：AR +CH4=18.00%
（5） 合成塔操作压力：30Mpa（设备及管道造成的压力降；设备及管道的
冷热量损失;冷交换器及氨冷器中溶解在液氨中的气量均忽略不计） （6） 精炼气温度：35 ℃ （7） 水冷器冷却水温度：25℃ （8） 循环机进出口压差：2.97MPa （9） 年工作日：330天
（10）计算基准：生产一吨液氨。
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2.1.2 计算物料点流程
图1 物料恒算流程图
2.1.3 合成塔入口气组分
由计算依据得：
入塔氨含量： y5 NH3=2.000%
1.29=15.19%
1.29?0.38 入塔甲烷含量：y5 CH4=18.00%? 入塔氩含量： y5AR=18.00%?0.38=4.48%
1.29?0.38入塔氢气含量：y5H2=[100-(2.00+15.19+4.48)] ×(3/4) ×100%=58.77% 入塔氮含量: y5 N2=[100-(2.00+15.19+4.48)] ×(1/4) ×100%
=19.56%
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表2 入塔气组分含量（%）
NH3 CH4 AR H2 N2 合计 2.00 15.19 4.48 58.77 19.56 100 2.1.4 合成塔出口气组分
以1000kmol入塔气作为计算基准求出塔气组分： 塔内生成氨含量：
N5(y8NHN3-y5NH3)NH3=
1?y8NH=250.77kmol
3出塔气量（N8）=入塔气量-生成氨含量=1000-250.77=749.23kmol 出塔氨含量: y8NH3=17.00% 出塔甲烷含量：
y8CH510004=NN?y5CH4=
749.23?15.19%=20.27% 8出塔氩含量：
y8AR=N5?y1000N8AR=
8749.23?4.48%=5.98% 出塔氢气含量：
y8H2 =
34(1-y38NH3-y8CH4-y8AR)?100%=4(1-0.17-0.20-0.06)?100% =42.75%
出塔氮含量：
y8N2 =
14(1-y8NH3-y8CH4-y8AR)?100%
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=
1(1-0.17-0.20-0.06)?100%=14.25% 4表3 出塔气组分含量（%） NH3 17.00 CH4 20.27 AR 5.98 H2 42.75 N2 14.25 合计 100 2.1.5 合成率
由式???100%得: （1?yNH3,出）（1-yNH3，出?yi，入）（2yNH3，出?yNH3，入） 式中 α——氨合成率，%；
yi——进合成塔气体中惰性气体含量,(摩尔分率)%。
合成率??100% （1?yNH3,出）（1-yNH3，出?yi，入）2?（17%-2%）?100%=32.05% =
（1+17%）（1-2%-18%）（2yNH3，出?yNH3，入）2.1.6 氨分离器气液平衡计算
设氨分离器进口气液混合物F，进口物料组分m(i)；分离气相组分y(i),气量V;分离液相组分x(i),液量L,其中进口物料组分m(i)等于合成塔出口气体组分。根据气液平衡原理，以1Kmol进口物料为计算基准，即F=1Kmol。如图所示。
由气液平衡原理：
Fm(i)=Vy(i)+Lx(i)=m(i) ( 1 ) K(i)=
y(i), (K(i)——组分i平衡常数) （2） x(i)将（2）式代人（1）式得：
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m(i)L=()K(i)+1 Lx(i)VLx(i)=
m(i)=L(i) (3)
V1?()K(i)LL=?L(i) (4)
液体组分：
X(i)=
L(i) (5) LV=F-L=1-L (6)
气体组分： y(i)=
V(i)m(i)?L(i)= (7) VV计算气、液组分的步骤为：首先根据经验数据设（V/L）值，查操作条件下的（t，P）平衡常数（Ki）代入（3）计算L（i），然后根据（4）（5）（6）式计算（V/L）值，将假定值与计算值进相比较直至在误差允许的范围内。 已知分离器入口混合物组分如下表
表4 分离器入口混合物组分m（i） mNH3 0.1700 表5 t=30℃，P=17Mpa各组分平衡常数 KNH3 0.104 KCH4 19.550 KAR 45.570 KH2 68.230 KN2 57.333 mCH4 0.2027 mAR 0.0598 mH2 0.4275 mN2 0.1425 合计 1.0000 设（V/L）=10代入（3）式中计算各组分溶解液量
mNH30.170?0.0833kmol LNH3==
1?(V/L)KNH31?10?0.104LCH4=LAr=
mCH40.2027?0.0010kmol =
1?(V/L)KCH41?10?19.5500.0598mAr?0.0001kmol =
1?(V/L)KAr1?10?45.57010
