河南城建学院毕业论文（设计）
惰性气体来源于新鲜气，随着合成反应的进行，它们不参与反应而在系统中积累，这样合成系统中惰性气体越来越多，为了提高氨的合成率，必须不断在循环气中将它们排放出去。排放量多，可以使合成系统惰性气体含量降低，氨的合成率提高。但是氢氮气和部分氨也随之排放，造成一定损失，故循环气体中惰性气体的控制含量不能过高也不能过低。
循环气体中惰性气体的控制还与操作压力和催化剂活性有关。操作压力比较高，及催化剂活性比较好时，惰性气体的含量可以高一些。相反，则要控制低一些。由于原料气的制备与净化方法不同，新鲜气体中惰性气体的含量也不同。在生产中，一般要保持新鲜气中含惰性气体的体积分数在0.5%～1.0%之间，并控制循环气中惰性气体的体积分数在10%～15%之间。 ⑶ 塔进口氨含量
进塔气体中氨的含量，主要决定于氨分离时的冷凝温度和分离效率。冷凝温度越低，分离效果越好，则进塔气体中氨含量也就越低。降低进口氨含量，可加快反应速度，提高氨净值和生产能力。但将进口氨含量降的过低，会导致冷冻功耗增加过多，经济上并不可取。
进口氨含量还与合成操作压力和冷凝温度有关。压力高，氨合成反应速度快，进口氨含量可适当控制高一些；压力低，为保持一定的反应速度，进口氨含量可适当控制低一些。
综合考虑的结果，一般中小型合成氨厂当操作压力在30 MPa左右时，塔进口氨含量约控制在2.5%到3.5%之间。
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第三章 物料衡算
3.1 计算依据：
(1) 产量：日产量=455t/d,18.958tNH3/h (2) 催化剂用量： 3.2m3 (3) 精炼气成分 组分 摩尔分数 H2 74.04 N2 24.68 CH4 1.00 AR 0.28 合计 100 (4) 合成塔入口氨含量：NH3入=2.0%
合成塔出口氨含量：NH3出=16.0%
合成塔入口惰性气体含量：AR +CH4=15.0% (5) 合成塔操作压力：30Mpa (6) 精炼气温度：350C
(7) 水冷器出口气体温度：350C
(8) 以下各项在计算中忽略不计:设备及管道造成的压力降；设备及管道的冷热量损失;冷交换器及氨冷器中溶解在液氨中的气量。 (9) 循环机进出口压差：1.47Mpa (10) 年工作日：330天
(11) 计算基准：生产一吨液氨。
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3.2 计算物料点流程
1、2、3、4、5——精炼气；
6、7、8、9、10、11、12、14、17、18——合成气；
13——放空气； 20——驰放气； 15、16、19、21——液氨；
3、3 物料计算
3.3.1 合成塔入口气组分
由计算依据得：
入塔氨含量： y5NH3=2.0% 入塔甲烷含量：y5CH4=15%?11.28=11.719% 入塔氩含量： y5A0.28R=15%?1.28=3.281% 入塔氢气含量：y5H2=??100??2.000?11.719?3.821????34?100%
=62.25%
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1100?2.000?11.719?3.821?? 入塔氮含量:y5N2=?????4?100%
=20.75%
则入塔气组分含量（%）
NH3 2.000 CH4 11.719 AR 3.821 H2 62.25 N2 20.75 合计 100 3.3.2 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
:NNH3?N5(y8NH3?y5NH3)1?y8NH3?1500??0.16?0.02??181.034
1?0.16出塔气量（N8）=入塔气量-生成氨含量=1500-181.034=1318.966kmol 出塔氨含量: y8NH?16%
3N51500?y5CH??11.719%?13.327 N81318.9664入塔甲烷含量：y8CH?4 入塔氩含量： y8AR=
N51500?y5AR=?3.281%=3.731% N81318.9663 入塔氢气含量：y8H2=(1-y8NH3-y8CH4-y8AR)?100%
43 =(1-0.16-0.13327-0.03731) ?100%
4 =50.207% 入塔氮含量: y8N2=
11(1-y8NH3-y8CH4-y8AR)?100%=(1-0.16-0.13327-0.03731) 44?100%=16.736%
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则出塔气组分含量（%）
NH3 16.000 CH4 AR H2 N2 合计 13.326 3.731 50.207 16.736 100 3.3.3 合成率：
2NNH3NI(1?yNH3,I?yCH4,I?yAR,I) 由式X=?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)%。
2NNH3N5(1?y5NH3?y5CH4?y5Ar) 合成率=?100%
=
2?181.03415001?0.02?0.11719?0.03281???100%
=29.083%
3.3.4 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=1 kmol。如图所示。 由气液平衡原理：
Fm(i)=Vy(i)+Lx(i)=m(i) (1)
y(i)x(i) K(i)= , (K(i)——组分i平衡常数) (2)
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