四川理工学院毕业设计 工艺计算
YN2=XN2/ KN2=0.2175/80=0.272％
表2-9 冷交换器出口液体组分含量(V%)
NH3 98.448
CH4 0.372
Ar 0.078
H2 0.83
N2 0.272
小计 100.00
2.2.4液氨贮槽气液平衡计算
V Y(i)L15 X15iL16 X16iL N图 2-2L X(i)
由于氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合后进入液氨贮槽经减压后 溶解在液氨中的气体会解吸，即弛放气。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。
G％=（1+Y5NH3）3(Y8NH3-YNH3)/(( Y8NH3- Y5NH3)3(1- YNH3))
=[(1+0.03）3（0.15-0.0953）]/ [（0.15-0.03）3（1-0.0953）] =51.897％
则水冷后分离液氨占总量的51.897％冷交，氨冷后分离液氨占总量的48.103%。
液氨贮槽入口1Kmol液体计算为准，即L0=1Kmol，入口液体混合后组分含量
N(0i)=L(15)Y15i+L16Y16i
= G％L0Y15i+(1- G％)Y16i =0.51897Y15i+0.48103Y16i 混合后入口中氨的含量
N0NH3=0.5189730.9591+0.4810330.98448=0.97131
混合后入口中甲烷的含量
N0CH4=0.5189730.01421+0.4810330.00372=0.00916
混合后入口中氩的含量
N0Ar=0.5189730.00147+0.4810330.00078=0.00114
混合后入口中氢的含量
N0H2=0.5189730.0196+0.4810330.0083=0.01416
混合后入口中氮的含量
N0N2=0.5189730.00614+0.4810330.00272=0.00449
- 11 -
四川理工学院毕业设计 工艺计算
表2-10 液氨贮槽入口液体含量(V%)
N0NH3 0.97131
N0CH4 0.00916
N0Ar 0.00114
N0H2 0.01416
N0N2 0.00449
小计 1.0000
t=17℃、P=1.568Mpa时查《无机化工工艺学（1）》P346～349平衡常数
表2-11 各组分的平衡常数
KNH3 0.598
KCH4 170
KAr 540
KH2 575
KN2 620
根据气液平衡L(i)=N(0i)/[1+(V/L)k(i)] 设(V/L)=0.07,代入上式有
出口液体中氨的含量 LNH3=N0NH3/[(1+(V/L)3kNH3]
=0.97131/(1+0.0730.598)=0.93228Kmol 出口液体中甲烷的含量 LCH4=N0CH4/[ 1+(V/L)3kCH4]
- 11 -
=0.00916/(1+0.073170)=0.00071Kmol
出口液体中氩的含量 LAr=N0Ar/[ 1+(V/L)3kAr]
=0.00114/(1+0.073540)=0.00003Kmol 出口液体中氢气的含量 LH2=N0H2/[ 1+(V/L)3kH2]
=0.01416/(1+0.073575)=0.00034Kmol 出口液体中氮气的含量 LN2=N0N2/[ 1+(V/L)3kN2]
=0.00449/(1+0.073620)=0.0001Kmol L(总)= LNH3+ LCH4+ LAr+ LH2+ LH2=0.93346 Kmol 得出出口气体总量 V=1-0.93346=0.06654Kmol 计算气液比 (V/L) ＇=V/L=0.06654/0.93346=0.0713 误差 =(0.07-0.0713)/0.07=-1.857％，则假定正确。 出口液体组分含量 出口液体氨的含量
YNH3=LNH3/L=0.93228/0.933463100％=99.874％
出口液体甲烷的含量
YCH4=LCH4/L=0.00071/0.933463100％=0.076％
出口液体氩的含量
YAr=LAr/L=0.00003/0.933463100％=0.003％
出口液体氢气的含量
YH2=LH2/L=0.00034/0.933463100％=0.036％
出口液体氮气的含量
YN2=LN2/L=0.0001/0.933463100％=0.011％
- 12 -
四川理工学院毕业设计 工艺计算
表2-12 液氨贮槽出口液氨组分(V%)
NH3 99.874
CH4 0.076
Ar 0.003
H2 0.036
N2 0.011
小计 1.0000
计算出口弛放气各组分含量 弛放气中氨的含量
XNH3=(M0NH3-LNH3)/V =(0.97131-0.93228)/0.066543100％=58.645％
弛放气中甲烷的含量
XCH4=(N0CH4-LCH4)/V =(0.00916-0.00071)/0.066543100％=12.678％
弛放气中氩的含量
XAr=(NOAr-LAr)/V =(0.00114-0.00003)/0.066543100％=1.668％
弛放气中氢气的含量
XH2=(N0H2-LH2)/V =(0.01416-0.00034)/0.066543100％=20.769％
弛放气中氮气的含量
XN2=(N0N2-LN2)/V =(0.00449-0.0001)/0.066543100％=6.598％
表2-13 出口弛放气组分含量(V%)
NH3 58.645
CH4 12.678
Ar 1.668
H2 20.769
N2 6.598
小计 100
2.2.5液氨贮槽物料计算
以液氨贮槽出口1吨纯液氨为基准折标米3计算液氨贮槽出口液体量 L19=1000322.4/(0.99874317)=1319.309m3(标) 则有 L19NH3=L19NH33Y9NH3=1319.30930.99874 =1317.647m3(标)
L19CH4=L19CH43Y19CH4=1319.30930.00076=1.003m3(标) L19Ar=L19Ar3Y19A=1319.30930.00003=0.040m3(标) L19H2=L19H23Y19H2=1319.30930.00036=0.475m3(标) L19N2=L19N23Y19N2=1319.30930.00011=0.145m3(标) 有前可知液氨贮槽出口弛放气（V/L）=0.07 V20=0.073L19=0.0731319.309=92.352m3(标) 其中 V20NH3=V20NH33X20NH3=92.35230.58645=54.160m3(标)
- 13 -
四川理工学院毕业设计 工艺计算
V20CH4=V20CH43X20CH4=92.35230.12678=11.708m3(标) V20Ar=V20Ar3X20Ar=92.35230.01668=1.540m3(标)
V20H2=V20H23X20H2=92.35230.20769=19.181m3(标) V20N2=V20N23X20N2=92.35230.06598=6.093m3(标)
液氨贮槽出口总物料=L19+ V20=1319.309 + 92.352=1411.661m(标) 由物料平衡，则有：入槽总物料=出槽总物料
3
L21=出口总物料=1411.661m3(标)
得入口液体各组分含量计算:L21i= L19i + V20i 则有 L21NH3=1317.647 + 54.160=1371.807m3(标)
L21CH4=1.003 + 11.708 =12.711m3(标)
L21Ar=0.040 + 1.540 =1.58m3(标) L21H2=0.475 + 19.181=19.656m3(标) L21N2=0.145 + 6.093 =6.238m3(标)
由入口液体中组分含量核算,由 M′0i=L21i/L21得 入口液体中氨的含量
N′0NH3= L21NH3/L21=1371.807/1411.661=97.177﹪
入口液体中甲烷的含量
N′0CH4= L21CH4/L21=12.711/1411.661=0.900﹪
入口液体中氩的含量
N′0Ar= L21Ar/L21=1.58/1411.661=0.112﹪
入口液体中氢气的含量
N′0H2= L21H2/L21=19.656/1411.661=1.392%
入口液体中氮气的含量
N′0N2= L21N2/L21=6.238/1411.661=0.442%
则 N′0i≈ N0i
2.2.6合成系统物料计算
合成系统物料计算示意图：
V补补充气入口气V入出口气V出放空气V放驰放气V驰产品氨L氨图 2-3 - 14 -
四川理工学院毕业设计 工艺计算
将整个合成看着一个系统，进入该系统的物料有新鲜补充气补V补， 离开该系统的物料有放空气V放，液氨贮槽弛放气V弛，产品液氨L氨 。 则由前计算数据列出下表：
表2-14 各组分的含量(V%)
名称 补充气 放空气 弛放气 液氨 入塔气 出塔气
NH3 -- 0.0935 0.58645 0.99874 3.00 15
CH4 0.0071 0.1187
Ar 0.0028 0.0471
H2 0.7470 0.5541 0.20769 0.00036 62.25 52.027
N2 0.2431 0.1848 0.0698 0.00011 21.75 17.342
气量m(标)
V补
3
V放
92.352 1319.309
0.12678 0.01668 0.00076 0.00003 10.04 11.21
3.96 4.421
V入 V出
由物料平衡和元素组分平衡计算V补,V放,V入,V出： 循环回路中氢平衡
V补XH2补=V放XH2放＋V弛XH2弛+3/2V放XNH3放+3/2V弛XNH3弛+3/2LNH3 ┉┉（1）
循环回路中氮平衡
V补XN2补=V放XN2放＋V弛XN2弛+1/2V放XNH3放+1/2V弛XNH3弛+1/2LNH3 ┉┉（2） 循环回路中惰性气体平衡
V补(XCH4放+XAr放)=V弛(XCH4放+XAr放)+V弛(XCH4弛+XAr弛)
V(0.0071+0.0028)=V(0.1187+0.0471)+92.352(0.12678+0.01668) V补=16.747V放+1338.264 ┉┉┉（3） 循环回路中惰性气体平衡
V出YNH3-V入YNH3入=V放X放+V弛XNH3弛+LNH3
0.15V出-0.03V入=0.0953V放 + 1371.807 ┉┉┉（4） 循环回路中总物料体平衡
V入=V出 + V补 - V放 - V弛- LNH3
= V出 + V补－V放-92.352-1317.647
=V出 + V补－V放- 1409.999 ┉┉┉（5）
将（1）式（2）式联立
V补（XN2补+XH2补）=V放（XH2放+XN2放+2XNH3放）+V驰（XH2驰+XN2驰+2XNH3驰）+2LNH3
（0.7470+0.2431）V补= V放(0.5541+0.1848+230.0953)+ 92.352(0.20769+0.0698+230.58645)+231317.647 0.9901 V补=0.9295 V放+2769.24
V补=0.9388 V放+2796.93 ┉┉┉（6）
将（3）式（6）式联立求解 15.8082 V放=1458.666
- 9 -