3.3物料计算

3.3.1合成塔入口气体组分 入塔氨含量： =2.5%

入塔甲烷含量： =15%×1.11÷（1.11+0.32）×100%=11.643% 入塔氩含量： =15%×0.32÷（1.11+0.32）×100%=3.357% 入塔氢含量： =[100-(2.5+11.643+3.357]×0.75×100%=61.874% 入塔氮气含量： =[100-(2.5+11.643+3.357)]×0.25×100%=20.625%

表3.1 入塔气体组分含量（%）

NH3 2.5

CH4 11.643

Ar 3.357

H2 61.874

N2 20.625

总计 100

注：表3.1-3.12中的组分含量均为摩尔含量 3.3.2 合成塔出口气体组分

以1000kmol入塔气作为基准求出出塔气体组分，由以下式计算塔内生成氨含量：

=1000×（0.165-0.025）÷（1+0.165）=120.172kmol 出塔氨含量： =16.5%

出塔甲烷含量： ==（1000÷879.828）×11.539%=13.233% 出塔氩含量： =（1000÷879.828）×3.357%=3.816% 出塔氢含量： =0.75×（1-）×100%

表3.2 出塔气体组分含量（%）

NH3 16.5

CH4 13.223

Ar 3.816

H2 49.838

N2 16.612

总计 100

NH3 16.5

CH4 13.223

Ar 3.816

H2 49.838

N2 16.612

总计 100

3.3.3 合成率

合成率?

M5??1?y5,NH?y5,CH?y5,Ar?342?MNH3?100%?2?120.172?101000??1?0.025?0.11436?0.03357?=29.133%

3.3.4 氨分离器气液平衡计算

表3.3 氨分离器入口混合物组分含量mi(%)

表3.4 35℃，p=29.4Mpa各组分平衡常数

0.098

8.200

28.200

27.500

34.500

设时，代入 则==0.07899kmol

同理=0.00143kmol =0.00013kmol =0.00163kmol =0.00043kmol L= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.08261kmol 分离气体量：V=1－L=1－0.032559=0.91739kmol 计算气液比： =0.91739÷0.98261=11.105 误差 =0.46%

结果合理从而可计算出液体中各组分含量 液体中氨含量： 0.07899÷0.08261×100%=95.618% 液体中氩含量： =/L=0.00013÷0.08621×100%=0.157% 液体中甲烷含量： =/L=0.00143÷0.08261×100%=1.731%

液体中氢含量： =/L=0.00163÷0.08261×100%=1.973% 液体中氮含量： =/L=0.00043÷0.08261×100%=0.521%

表3.5 氨分离器出口液体组分含量（%）

NH3 95.618

CH4 1.731

Ar 0.157

H2 1.973

N2 0.521

总计 100

出口气体组分含量

气体氨含量： ==(0.165－0.07899)÷0.91739×100 %=9.376% 气体甲烷含量： =(0.1323－0.00143)÷0.91739×100 %=14.140 气体氩含量： =(0.03816－000013)÷0.91739×100 %=4.275% 气体氢含量： =(0.49838－0.00163)÷0.91739×100 %=54.158% 气体氮含量： =(0.16612－0.00043)÷0.91739×100 %=18.061%

表3.6氨分离器出口气体组分含量（%）

NH3 9.376

CH4 14.269

Ar 4.145

H2 54.158

N2 18.061

总计 100

3.3.5 冷交换器气液平衡计算

冷交换器第二次出口气体含量等于合成塔进口气体含量，由气液平衡原理，根据合成塔入口气体含量和操作条件下的分离温度可以查出，便可以解出。

表3.7查T=-10℃，P=28.028Mpa的平衡常数

0.0252

27

51

75

80

冷交换器出口液体组分含量 出口液体甲烷含量：

=0.427%

出口液体氨含量：

xNH?3yNHKNH3?30.025?100%?98.425%

0.02522出口液体氩含量：

xAr?yAr0.03462??100%?0.068% KAr51出口液体氢含量：

xH2?yHKH2?20.61875?100%?0.825%

133.32出口液体氮含量：

xN?2yNKN2?20.20625?100%?0.255% 80表3.8 冷交换器出口液体组分含量（%）

NH3 98.425

CH4 0.427

Ar 0.068

H2 0.825

N2 0.255

总计 100

3.3.6 液氨储槽气液平衡计算

图3.2 液氨储槽物料简图

氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合进入液氨储槽经减压溶解在液氨中的气体会解吸形成驰放气，两种液体百分比估值，即水冷后分离液氨占总量的百分数。

G%?(1?y5,NH3)?(y8.NH3-yNH3,分)(y8.NH3?y5.NH3)?(1?yNH3,分)=

(1?0.025)?(0.165?0.09376)?100%=57.554%

(0.165?0.025)?(1?0.09376)水冷后分离液氨占总量的57.554%，冷交换器分离液氨占总量的42.446%。 液氨储槽入口1Kmol液体计算为准，即L0=1Kmol,入口液体混合后组分含量：

m0i?L15?x15i?L16?x16i?G%?L0?x15i?(1?G%)?x16i?0.57554?x15i?0.42446? 混合后入氨含量：

0.57554×0.95618+0.42446×0.98425=0.9681

混合后入口甲烷含量： =0.57554×0.01731+0.42446×0.00427=0.01178 混合后入口氩含量： = 0.57554×0.00157+0.42446×0.00068=0.00119 混合后入口氢含量： =0.57554×0.01973+0.42446×0.00825=0.01486 混合后入口氮含量： =0.57554×0.00521+0.42446×0.00255=0.00408

表3.9 液氨储槽入口液体组分含量（%）

NH3 96.810

CH4 1.178

Ar 0.119

H2 1.486

N2 0.408

总计 100

表3.10 当T=17℃，平衡压力P=1.568Mpa，查平衡常数