张广勋 - 毕业设计 - 40万吨每年合成氨正文

河南城建学院本科毕业设计 合成工艺计算

表2 入塔气组分含量（%）

NH3 2.500 CH4 12.667 AR 4.433 H2 60.300 N2 20.100 合计 100 3.1.4 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：

NNH3=

N5(y8NH3-y5NH3)1?y8NH3=124.680kmol

出塔气量（N8）=入塔

-生成氨含量=1000-124.680=875.320kmol

出塔氨含量: y8NH3=17.100% 出塔甲烷含量：

y8CH4=N5?y5CH4=

N81000?12.667%=13.329%

875.320出塔氩含量：

y8AR=N5?y8AR=

N81000?4.433%=5.064%

875.320出塔氢气含量：

33(1-y8NH3-y8CH4-y8AR)?100%=(1-0.171-0.132-0.051)?100% 44y8H2 =

=48.380%

出塔氮含量：

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y8N2 =

1(1-y8NH3-y8CH4-y8AR)?100% 4=

1(1-0.171-0.132-0.051)?100%=16.127% 4表3 出塔气组分含量（%）

NH3 17.100 CH4 13.329 AR 5.064 H2 48.380 N2 16.127 合计 100 3.1.5 合成率

由式X=

2NNH3N(1?y5NH3?y5CH4?yAR)?100%得:

式中 X——氨合成率，%；

yCH4,I——进合成塔气体甲烷含量,(摩尔分率)%。

合成率=

2NNH3?100%

N5(1?y5NH3?y5CH4?y5Ar)2?124.680?100%=31.015%

1000?1?0.025?0.127?0.044?=

3.1.6 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) 14

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将（2）式代人（1）式得：

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 0.171 表5 t=30℃，P=17Mpa各组分平衡常数

KNH3 0.104 KCH4 20.880 KAR 46.680 KH2 69.100 KN2 59.820 mCH4 0.13115 mAR 0.03935 mH2 0.49838 mN2 0.16612 合计 1.0000 设（V/L）=10代入（3）式中计算各组分溶解液量 mNH30.171?0.0838kmol LNH3==

1?(V/L)KNH31?10?0.104 15

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mCH40.1333?0.0006kmol LCH4==

1?(V/L)KCH41?10?20.8800.0506mAr?0.0001kmol LAr==

1?(V/L)KAr1?10?46.680mH20.4838?0.0007kmol LH2==

1?(V/L)KH21?10?69.100LN2=

0.1613mN2?0.0003kmol =

1?10?59.8201?(V/L)KN2分离液体量：

L=LNH3+LCH4+LAr+LH2+LN2

=0.0838+0.0006+0.0001+0.0007+0.0003 =0.0855Kmol 分离气体量：

V=1-L=1-0.0855=0.9145

计算气液比：

VV0.9145 ()ˊ== =10.0065

LL0.0855VV()?()?L=10.065?10?100%=0.065% 误差=LV10()L分离液组分含量 液体中氨的含量： XNH3=

LNH30.0838?100%?98.01% =

L0.0855液体中甲烷的含量：

LCH40.0006?100%?0.700% XCH4==

L0.0855液体中氩的含量：

LAR0.0001?100%?0.120% XAR==

L0.0855液体中氢的含量：

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