【《年产16万吨液氨的工艺计算过程案例》4500字】

年产16万吨液氨的工艺计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u21572年产16万吨液氨的工艺计算过程案例 113151.1物料衡算 1100681.1.1设计要求 157631.1.2合成塔入塔气组分 2110391.1.3合成塔出塔气组分 2236791.1.4合成率 3311591.1.5氨分离器气液平衡计算 3132211.1.6冷交换器气液平衡计算 6118391.1.7液氨储罐气液平衡计算 77001.1.8液氨储槽物料衡算 10313821.1.9合成系统物料衡算 11114011.1.10合成塔物料衡算 1276451.1.11水冷器物料衡算 13310491.1.12氨分离器物料衡算 14189341.1.13冷交换器物料衡算 1570551.1.14氨冷器的物料衡算 16221671.1.15冷交换器物料衡算 18261011.1.16液氨贮槽物料衡算 19180891.2热量衡算 20183261.2.1冷交换器热量衡算 20116211.2.2氨冷凝器热量衡算 2333651.2.3循环机热量衡算 2565401.2.4合成塔热量衡算 2650771.2.5废热锅炉热量衡算72 2879821.2.6热交换器热量衡算 29175241.2.7水冷器热量衡算 3073881.2.8氨分离器热量衡算 311.1物料衡算1.1.1设计要求（1）年产16万吨液氨，工艺过程中的液氨损失和设计余量均不计（2）原料气中甲烷的体积分数：原料气中氩气的体积分数：原料气中氢气的体积分数：原料气中氮气的体积分数：（3）合成塔进口气体中氨气的体积分数：合成塔出口气体中氨气的体积分数：合成塔入口气体中惰性气体的体积分数：（4）合成塔工作压力：32MPa（5）原料气进口温度：35℃（6）水冷器出口气体温度：35℃（7）循环机进出口压差：2.5MPa（8）年工作日：330天（9）产量：20.20t/h11（10）计算基准：1000Nm3原料气11以下计算先以合成1t氨为基准。1.1.2合成塔入塔气组分合成塔入口气体各组分的体积分数如下：表4-1合成塔进口气体各组分体积分数组成合计mol(%）1.1.3合成塔出塔气组分假定入塔气1000kmol，由物料守恒可知入塔气总物质的量的减少就是氨气的生成量。列出，两个方程。解得合成塔内氨气生成量：出塔气量：合成塔出口气体各组分的体积分数如下：表4-2合成塔出口气体各组分体积分数组成合计mol(%)1.1.4合成率1.1.5氨分离器气液平衡计算假设氨分离器的进口物料为F，摩尔分数为Fi；分离后的气体为V，摩尔分数为yi；分离后的液体为L，摩尔分数为xi。由物料平衡：由气液平衡关系：，式中，Ki为各组分的平衡常数由上述两个式子得或液体总量气体总量分离后液体的摩尔分数分离后气体的摩尔分数已知进入氨分离器的气液混合物各组分的体积分数，在温度为35℃，压力为27.5MPa的环境下查各组分平衡常数如下表：表4-3平衡常数表设F=1kmol，设时，代入计算液体中各组分溶解的量:气液比：误差结果合理，进一步计算分离后液体中各组分的摩尔分数：表4-4氨分离器出口液体各组分体积分数组成小计mol(%)分离后气体中各组分的摩尔分数：表4-5氨分离器出口气体各组分体积分数组成小计mol(%)1.1.6冷交换器气液平衡计算由公式，第二次从冷交换器出去的气体将进入合成塔，查出各组分在该温度下的平衡常数，就能解得。在温度为-10℃，压力为27.5MPa的环境下，各组分平衡常数如下表：查,的平衡常数：表4-6平衡常数表冷交换器出口液体各组分的摩尔分数：表4-7冷交换器出口物料各组分体积分数组成小计mol(%)1.1.7液氨储罐气液平衡计算图1.1液氨贮罐物料简图流入液氨储罐的液体有两股，一股是经氨分离器分离后的液体，一股是经冷交换器下部的分离器分离后的液氨。两股液体送到储罐经减压后解吸出一部分气体，也就是弛放气。两种液体百分比估算值，即水冷后分离液氨占总量的百分数：氨分离器分离液氨的量占59.119%，冷交换器分离液氨的量占40.811%。假定1kmol液体进入液氨储槽，即，混合后液体各组分的体积分数用下式计算得出。混合后入口液体中各组分的体积分数如下：表4-8液氨贮罐入口物料各组分体积分数组成合计mol(%)在温度为17℃，压力为2.5MPa的环境下，查各组分平衡常数如下表：表4-9平衡常数表由公式,设,代入上式得出口液体各组分含量：误差合理，进一步计算出口液体各组分的体积分数如下：表4-10液氨贮槽出口液氨各组分体积分数组成小计mol(%)液氨储槽弛放气中各组分含量：表4-11弛放气各组分体积分数组成小计mol(%)1.1.8液氨储槽物料衡算假定出口处高浓度液氨的量为1t计算液氨储槽出口液体总量：各组分在出口液体中的含量如下：由液气比得出弛放气的量：各组分在弛放气中的含量如下：出口总物料进口物料量；入口各组分含量计算：各组分在液氨储槽入口液体中的含量如下：对入口液体中各组分的含量进行核算，计算入口液体各组分的体积分数，结果如下：与假定入口液体为1kmol得出的各组分在入口液体中的占比近似，符合设计要求。1.1.9合成系统物料衡算图1.2合成系统物料流向简图把整个合成工段当作一个系统，则流进这个系统的有新鲜补充气，从该系统出去的有3股物料，分别是产品液氨，放空气，液氨储槽弛放气。将前面的计算结果汇总如下表：表4-12合成系统物料汇总名称表示原料气弛放气放空气液氨进塔气出塔气--V补V放V弛L氨V入V出循环回路中氢平衡：（4-1）循环回路中氮平衡:（4-2）循环回路中惰性气体平衡:（4-3）（4-4）循环回路中总物料平衡:（4-5）联立（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气体：各组分在合成塔入塔气中的含量如下：设置热交换器的目的就是为了将合成反应产生的热负荷交换出来，同时对原料气进行预热。不考虑物料的损失，即。合成塔出口气体量：各组分在合成塔出口气体中的含量如下；反应生成氨气的量：设置废热锅炉的目的是对合成塔出口气体降温，同时产生蒸汽，蒸汽进入管网就可以实现回收热量。不考虑气体的损失，即。1.1.11水冷器物料衡算入口气体：水冷器进口气体等于热交换器出口气体，即出口气体：气氨在水冷器会有一部分发生冷凝；已知气液比，由方程得：解上述两个方程得：出口气体各组分的含量由可以计算得出。各组分在水冷器出口气体中的含量如下：水冷器出口液体各组分的含量由可以计算得出。各组分在水冷器出口液体中的含量如下：1.1.12氨分离器物料衡算不考虑物料损失，氨冷器的进口物料就是从水冷器出来的气液混合物。即氨冷器将气液混合物分离后得到循环气体和生产出来的液氨。出口物料中循环气体，生产的液氨。氨分离器出口气体需要防空掉一部分的惰性气体，放空气量：。各组分在放空气中的含量如下：1.1.13冷交换器物料衡算氨分离器出口气体经放空后送到冷交换器。各组分在冷交换器进口气体中的含量如下：设出口气体为17℃，查,气相中平衡氨含量。取过饱和度，故。设出口热气中氨气的量为a，则：各组分在冷交换器出口气体中的含量如下：出口总气量各组分在冷交换器出口气体中的体积分数如下：1.1.14氨冷器的物料衡算从冷交换器出来的气体送到氨冷器，向氨冷器通入原料气，这就是氨冷器入口气体量。各组分在原料气中的含量如下：各组分在氨冷器进口气体中的含量如下：各组分在氨冷器进口气体的体积分数由求得：进入氨冷器的液体等于冷交换器冷凝液氨量：进器总物料=已知氨冷器I出口气体中氨气的百分比为2.5%，设氨冷器II的出口气体中氨气的体积为，，解得则冷凝液氨量：出口液氨：出口气体：各组分在氨冷器出口气体中的含量如下：各组分在出口气体的体积分数如下：离开氨冷器总物料=1.1.15冷交换器物料衡算图1.3冷交换器物料简图氨冷器出口的气液混合物送到冷交换器。已知，得假定通入冷交换器的物料为1kmol。可以列出方程：代入，得冷凝器液体量：冷交换器出口气体：各组分在冷交换器出口气体中的含量如下：1.1.16液氨贮槽物料衡算液氨储槽的进口液体就是氨分离器出口液体和冷交换器出口液体之和。各组分在氨分离器出口液体中的含量如下：各组分在冷交换器入槽液体中的含量如下：液氨储槽进口总物料：各组分在液氨储槽入口液体中的含量由求得：各组分在液氨储槽入口液体中的百分比由求得：1.2热量衡算1.2.1冷交换器热量衡算图1.4冷交换器热量衡算示意图（1）冷交换器进口气体温度由题意得。（2）氨气在合成塔入口气体中的百分比为2.5%，假定过饱和度是10%，计算出该温度下的平衡氨含量为：。查；时，温度为,所以冷交换器进口气体的温度为-10℃。（3）从氨冷器过来的气体带来的热量：计算在，的混合气体的比热容：表4-13各组分临界参数表组分Pc(K)Tc(atm)查（4）从氨冷器过来的气体带入的热量：计算在,时混合气体的比热容：,查（5）管内液氨冷凝放出的热：假定冷交换器出口气体温度为17℃，在冷交换器内气体温度从35℃下降到17℃，气液混合物中液氨发生冷凝，查氨冷凝热。（6）管外液氨在冷交换器里散热：查10℃时液氨比热容（7）从冷交换器流向氨冷器的混合气体移走的热量：计算,时的混合气体比热容：，查（8）从冷交换器流向氨冷器的液氨移走的热量：查17℃时液氨比热容（9）从冷交换器流向液氨储槽的液氨移走的热量：（10）冷交换器出口气体移走的热量：假定，计算出该状态下混合气体比热容：冷交换器热量负荷计算：表4-14冷交换器热量衡算表带入热量（kJ)带出热量（kJ)进口热气体出口热气体进口冷气体管内出口液氨液氨冷凝管外出口液氨液氨散热出口冷气合计1.2.2氨冷凝器热量衡算图1.6氨冷凝器热量衡算示意图（1）氨冷器入口气体的热量：（2）氨冷器入口液体的热量：（3）混合气体在氨冷器中冷凝产生的热量：查在,（4）新鲜气带入热量QⅠ计算在，的实际气体混合热容：计算入口混合物温度：假定，计算得实际气体混合热容，，带入上式结果合理，进入氨冷器的混合物的温度为20℃出口气体热量：出口液氨热量：液氨蒸发吸热：表4-15氨冷器热量平衡表带入热量（kJ）带出热量（kJ）入口气体出口气体0冷凝氨气出口液体0入口液体冷冻量559038.637新鲜气合计1.2.3循环机热量衡算（1）出口温度计算由《小氮肥工艺设计手册》查的绝热指数如下表：表4-16各组分绝热指数组分Ki由公式∴由前已知，，代入上式得：（2）循环气进口热量：（3）压缩功又，，，，式中：代入上述公式：压缩功（4）循环气出口热量∵，由,计算混合气体的比热容：，则满足设计要求。1.2.4合成塔热量衡算图1.7合成塔热量衡算示意图（1）合成塔出口气体T6，环隙温升按计，则合成塔出口气体温度：（2）合成塔入口气体热量不计油分离器的热量损失：（3）合成反应放出的热量假定出口处温度是365℃，由反应公式得：合成反应生成氨气的体积：则合成反应放出的热量：（4）离开合成塔的气体的热量Q6查，计算混合气体热容：（5）离开合成塔的气体的热量Q8查，计算混合气体热容：（6）合成反应消耗的热量由设，，，外径则（7）从热交换器返回合成塔的气体温度：假定计算得混合气体热容：误差结果符合，假设有效。表4