天然氣合成氨20萬噸合成工段設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 100進氣口氣體含量進氣口液體含量L180000出氣口y2，i/%100出口氣體含量出氣口液體含量L20000 冷交換器物料衡算進出冷交換器熱氣體量，V14=V17= m3進入冷交換器的氣液混合物量為氨冷器出口物量，即，V2= m3冷交換器下部氨分離器分離液氨量，L16=V2V5= = m3校核冷交換器下部氨分離器分離液氨量，取V`2=1 kmol，由氣液平衡計算得： 解得 計算誤差符合要求校核氨分離器分離液氨百分數 計算誤差 符合要求 液氨貯槽物料計算進貯槽液氨量：馳放氣量：液氨產量： 物料計算結果匯總將以上的物料計算結果匯總表于表216。表216 物料計算匯總裝置名稱氣（液）量/m3組 成 /%NH3H2N2CH4Ar新鮮空氣 氨冷凝器出口 冷交換器冷氣出口 (續）表216 物料計算匯總裝置名稱氣（液）量/m3組 成 /%NH3H2N2CH4Ar合成塔入口 水冷器出口 氨分離器氣體出口 放空氣 冷交換器熱氣入口 氨分離器液氨出口 冷交換器液氨出口 冷交換器熱氣出口 氨冷器入口 產品液氨 馳放氣 液氨貯槽入口 熱量核算 交換器熱量核算(1) 熱氣進口溫度t1 冷交換器的熱氣進口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題目已知條件可知 t1=35℃(2) 冷氣進口溫度 %，故為了保證合成塔入口氨含量，%，設過飽和度為10%，則在該冷凝器溫度下的平衡氨含量為：查《小氮肥廠工藝設計手冊》%時的冷凝溫度t2=10℃，故冷氣進口溫度等于10℃(3) 熱氣體帶入熱量 熱氣體在反應器內處于氨飽和區內，在計算氣體比熱容時先求常壓比熱容，然后用壓力校正的辦法計算實際的氣體比熱容。 由《物理化學》[7]查t=35℃，P=30MPa時的各組分比熱容，見表217。表217 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/Mpa Cp/KJ/(Kmol℃) Cp1=+++=／tNH3熱氣體帶入熱量：Q1=V14Cp1t1/=35/=(4) 冷氣體帶入熱量查t4=10℃，P=，見表218。表218 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/MpaCp/KJ/(Kmol℃)Cp4=++++=(Kmol℃)Q4=V2Cp4t4=(10)/=(5) 氨冷凝熱量設熱氣體出口溫度為20℃，熱氣體在器內由35℃冷卻到20℃，然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱INH3=液氨冷凝放出熱量 Q冷=／20=(6) 液氨帶入熱量查10℃液氨比熱容Cp= KJ/kg℃液氨帶入熱：Q4L=17(10)= KJ/tNH3(7) 熱氣體帶入熱量 查t3= 20℃，P=，17℃的摩爾比熱容并計算，并歸入表219。表219 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量 各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=℃熱氣體帶出熱量：Q3=V3Cp3t3=17=(8) 熱氣體中液氨帶出熱查20℃液氨比熱容Cp= ℃Q3L=1717=(9) 冷氣體中分離液氨帶出熱Q2=Q4L=(10) 冷氣體出口帶出熱Q5=Q1+Q4+Q冷+Q4LQ3Q3LQ4L=+()++()+= 由Q5=V5Cp5t5得，t5=Q5/V5Cp5=Cp5=設t5=30℃，P=。表220 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp5=++++=(Kmol℃)t5=℃(11) 冷交換器熱量負荷計算ΔQ放=（管內熱氣帶入熱+管內液氨冷凝熱）（管內熱氣帶出熱+管內液氨帶出熱） =(+)(+) = 氨冷器熱量核算(1) 氣體帶入熱量Q3由冷交換器計算計算的Q3= KJ/tNH3(2) 氣體中液氨帶入熱量Q3L由冷交換器熱量計算得： Q3L= KJ/tNH3(3) 氨冷器中氣氨冷凝熱查10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥廠工藝設計手冊》。表1011 氨熱力學性質）INH3=Q冷= L′18,NH317INH3=17=(4) 新鮮氣帶入熱量Q1查t1=10℃,P=30MPa壓力下各組分氣體比熱容,并歸入表221。表221 各組分含量，分壓及比熱容 組分H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp(KJ/(Kmol℃))Cp1=+++=(Kmol℃)新鮮氣帶入熱量：Q1=V1Cp1t1=10=氨冷器收入總熱量：Q=Q3+Q3L+Q冷+Q1=+++=(5) 氨冷器入口混合氣溫度t4計算由熱平衡Q4=冷=V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t18=( Q18/ V18)/( Cp18+V18LCp18L/ V18)=[()/ ]/( Cp18+Cp18L/)=( Cp18+)設t4=20℃，P= 查常壓下各組分氣體比熱容,歸入表222。表222 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp4=++++=(Kmol℃)查t=℃時，Cp4L=(Kmol℃)代入：t4=(+)=，與假設一致。混合后氨冷器入口熱氣溫度20℃(6) 氣體帶出熱量Q2 由冷交換器熱量計算Q2= kJ/tNH3(7) 氣體中液氨帶出熱量Q2L由冷交換器熱量計算Q2L=(8) 液氨蒸發吸收熱量Q吸 （冷凍量）由熱平衡計算：Q吸=Q入(Q2+Q2L)=++=查25℃液氨焓INH3L=（由液氨儲槽來）15℃蒸發蒸氣，INH3=ΔINH3=INH3INH3L==（9） 冷凍量計算 W=Q吸/ΔINH3=將氨冷器進出熱量匯總，見表223。表223 氨冷器進出熱量匯總表進口出口氣體帶入Q2氣體帶出Q2液氨帶入Q2L液氨帶出Q2L氣體中氨冷凝Q冷冷凍量Q吸新鮮氣體帶入Q1總Q入總Q出 循環機熱量核算(1) 循環機出口氣體溫度計算 由《小氮肥廠工藝設計手冊》附表111 查得循環氣體中各組分的絕熱指數如表224。表224 各組分的絕熱指數組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量y入i 根據公式， =()+()+ ()+()+() =+++++=K= 其中，T入=30+= K將P出=30 MPa，P入=28MPa代入T出計算式得,==℃℃(2) 氣體帶入熱量由前計算得， Q5= KJ/tNH3(3) 壓縮功為，其中，P1=28MPa，P2=，K=，Z2=，Z1=V1=V0P0T/(P1T0)= (6028)= m3/min將上述數據代入壓縮功計算公式中得：N=壓縮熱，QN=3600N=3600=(4) 氣體帶出熱量由熱平衡得：Q4=Q3+QN= +=Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/V4/t4=(Kmol℃)由t4=30℃ P=30MPa，查常壓下各組分氣體比熱容并計算匯入表225。表225 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=(Kmol℃)將循環機進出熱量匯人表226。表226 循環機進出熱量匯總入口出口氣體帶入熱量氣體帶出熱量壓縮熱總Q入總Q出 合成塔熱量核算(1) 環隙溫升t2計算(2) 設合成塔環隙高度高度h=，由經驗公式知，℃計，則合成塔一出溫度t2為，t2=t1+=36+14=℃。(3) 氣體帶入熱量Q1由前計算Q4=（忽略熱損失）。所以，Q5=Q4=(4) 氣體反應熱QR設合成塔二出溫度365℃，假定氣體在塔內先溫升到出口溫度后再進行氨合成反應。在壓力P= 下的氣體反應熱簡化計算公式為：H=11599+,將t=365℃代入得：H=11599+365=由物料平衡計算知氨產量ΔVNH3=(標）=則合成塔內反應熱，QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q7Q7=(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2得，t2=((Q6+Q8+Q損)(QRQ5))/V1Cp1(6) 合成塔一出氣體帶出熱量Q6查t=℃ P= 混合氣體熱容，見表227。表227 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=(Kmol℃)Q6==(7) 合成塔二出氣體帶出熱量Q8當t=365℃ P=，見表228。表228 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp1=(Kmol℃)Q8=365=(8) 合成塔熱損失根據經驗公式Q損=awFw(twtb)設塔壁溫度tw=70℃,空氣溫度5℃,塔外壁高h=14m,外徑D=。則 aw=+=70+=(m2h℃)∴Q損=(twtb)=14[70(5)]= kJ/tNH3(9) 合成塔二入溫度計算設t7=210 ℃, P=小氮肥廠工藝設計手冊各組分氣體比熱容并計算匯入表229。表229 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp2=(Kmol℃)t7=[(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)]/V1Cp1=℃誤差 =（）/210100﹪=﹪假設值與實際值基本相符計算有效。∴合成塔氣體二次入口帶入熱量。 Q7=++)( +) =(10) 合成塔絕熱溫升核算△t=()=(Cp1+Cp2)/2=(Kmol℃)△t=((1+) /)/=℃t6=t7+=℃將合成塔熱量平衡匯入表230。表230 合成塔熱量平衡匯總表入口出口一次氣體進口帶入熱一次氣體進口帶出熱二次氣體進口帶入熱二次氣體進口帶出熱反應熱熱損失總Q入總Q出 廢熱鍋爐熱量核算(1) 氣體帶入熱量Q8由合成塔熱平衡計算：Q8=(2) 管內熱平衡氣體帶出熱量Q9設t2=220 C，P=，得混合氣體比熱容并匯入表231。表231 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp2=(Kmol℃)Q9=220=(3) 廢熱鍋爐熱負荷ΔQ=Q9Q8=(4) 軟水量計算設廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30,壓力P=, 飽和蒸汽，需軟水量為X，軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=軟水帶出熱量為ΔQ=X(I2I1)所以，由熱平衡得，X=ΔQ/(I2I1)=廢熱鍋爐帶入熱量：Q軟=XI1==蒸汽帶入熱量：Q蒸=+=將廢熱鍋爐的計算熱量匯入表223。