化学化工学院 课程设计说明书
6 合成塔 氨分离5 油分离器 新鲜气 4 循环机 3 冷交换器 2 1 17 18 氨冷器 8 废热锅炉 放 7 9 热交换器 液氨储槽 10 水冷器 氨冷器 11 氨分离塔 15 21 液氨储槽 20 19 13 14 12 16
4.1.3合成塔入口气组分：
根据计算依据有
入塔氨含量：y5,NH3?2.5% 入塔甲烷含量：y5,CH4?15%?1.10?100％?11.539％
1.10?0.330
入塔氩含量：y5,Ar?15%?0.33?100％?11.539％
1.10?0.330
3100?2.5?11.539?3.462?入塔氢含量：y5,H2???????4?100%?61.874％ 1100?2.5?11.136?3.864?入塔氮含量：y5,N2???????100%?20.625％ ?4
NH3 2.500 CH4 11.539 表4-1-2 入塔气组分含量（%）
Ar 3.462 H2 61.874 N2 20.625 小计 100
4.1.4合成塔出口气组分：
以 1000kmol入塔气作为基准求出塔气组分，
21 化学化工学院 课程设计说明书
由下式计算塔内生成氨含量：
MNH3?M5y?y???1000??0.165?0.025??120.172kmol ??1?0.165??1?y?8,NH35,NH38,NH3出塔气量:
?8=入塔气量-生成氨含量?1000?120.172?879.828kmol 出塔氨含量： y8,NH3?16.5% 出塔甲烷含量：y8,CH4?M51000?y5,CH4??11.539%?13.115% M8879.828
出塔氨含量： y8,Ar?M51000?y5,Ar??3.462%?3.935% M8879.828y8H,2?3?1?y8N,H?y34?5C,4H?y?8A,r1?000% 出塔氢含量： ?3??1?0.165?0.131?154?49.838% 50393?.0?
1出塔氮含量： y8,H2???1?0.165?0.13115?0.03935??100%?16.612%
4
NH3 16.5 表4-1-3 出塔气体组分含量（%）
Ar 3.935 H2 49.838 N2 16.612 小计 100 CH4 13.115 4.1.5合成率：
2MNH3合成率=M51?y5,NH3?y5,CH4?y5,Ar???100% ?2?120.172?100%
1000?1?0.025?0.11539?0.03462??29.133%4.1.6氨分离器气液平衡计算：
已知氨分离器入口混合物组分mi
22 化学化工学院 课程设计说明书
表4-1-4 氨分离器入口混合物组分
mNH3 mCH4 mAr 0.03935 mH2 mN2 小计 1 0.165 0.13115 0.49838 0.16612 查 35℃，p?29.4MPa各组分平衡常数：
表4-1-5 平衡常数表
KNH3 KCH4 KAr 28.2 KH2 KN2 0.098
设
8.2 27.5 34.5 miV计算各组分溶解液量: ?11.110时，代入Li?VL1??KiLmNH30.165???0.07899kmol
V1??KNH31?11.110?0.098LmCH40.13115??0.00143kmol
V1??KCH41?11.110?8.200L
LNH3
LCH4?
LAr?mAr0.03935??0.00013kmol
V1??KAr1?11.110?28.200LmH20.49838??0.00163kmol
V1??KH21?11.110?27.500L
LH2?
mN20.16612LN2???0.00043kmol
V1?11.110?34.5001??KN2L分离液体量：
L总=LNH3?LCH4?LAr?LH2?LN2?0.07899?0.00143?0.00013?0.00163?0.00043?0.08261kmol
分离气体量：V?1?L?1?0.08261?0.91739kmol
?V?0.91739?11.105 计算气液比：????L?0.08261'23 化学化工学院 课程设计说明书
'V?V????11.110?11.105L?L?误差??100%??100%?0.045%
V11.110L结果合理从而可计算出液体中各组分含量： 液体中氨含量：xNH3?液体中氩含量：xAr?LNH3L?0.07899?100%=95.618%
0.08261LAr0.00013??100%=0.157% L0.08261LCH4L??0.00143?100%=1.731%
0.08261液体中甲烷含量： xCH4?液体中氢含量：xH2?LH2LLN2L0.00163?100%=1.973%
0.082610.00043?100%=0.521%
0.08261液体中氮含量：xN2??表4-1-6 氨分离器出口液体含量（%）
NH3 95.618 CH4 1.731 Ar 0.157 H2 1.973 N2 0.521 小计 100.00 分离气体组分含量： 气体氨含量 yNH3?mNH3?LNH3V?0.165?0.07899?100%?9.376%
0.91739?0.13115?0.00143?100%?14.140%
0.91739气体甲烷含量 yCH4?气体氩含量 yAr?mCH4?LCH4VmAr?LAr0.03935?0.00013??100%?4.275% V0.91739mH2?LH2VmN2-LN2V?0.49838?0.00163?100%?54.148%
0.91739气体氢含量 yH2?气体氮含量 yN2??0.16612-0.00043?100%?18.061%
0.91739 24 化学化工学院 课程设计说明书
表4-1-7 氨分离器出口气体含量（%）
NH3 9.376 CH4 14.140 Ar 4.275 H2 54.148 N2 18.061 小计 100 4.1.7冷交换器气液平衡计算：
yi，由于冷交换器第二次出口气体含量等于合成Ki根据气液平衡原理xi?塔进口气体含量，由合成塔入口气体含量yi和操作条件下的分离温度可查出
Ki，便可解出xi。
查 T??10℃, p?28.028MPa的平衡常数：
表4-1-8 平衡常数表
KNH3 KCH4 KAr 51 KH2 KH2 0.0254 27 75 80 冷交换器出口液体组分含量： 出口液体氨含量 xNH3?yNH3KNH3?0.025?100%=98.425% 0.254?0.11539?100%=0.427% 27出口液体甲烷含量 xCH4?yCH4KCH4出口液体氩含量 xAr?yAr0.03462??100%?0.068% KAr51yH2KH2yN2KH2?0.61874?100%=0.825% 750.20625?100%=0.255% 80出口液体氢含量 xH2?出口液体氮含量 xN2??表4-1-9 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 小计 100 25