20 Структурная блок-схема процесса

1 – синтез аммиака

2 – конденсация и сепарация I ступени

3 – конденсация и сепарация II ступени

4 – сборник жидкого аммиака

03 – поток свежей АВС: N₂, H₂, CH₄

31 – поток газа в колонну синтеза: N₂, H₂, CH₄, NH₃

12 – поток газа после колонны синтеза: N₂, H₂, CH₄, NH₃

20 – поток продувочных газов

23 – поток газа после сепаратора I ступени

24 – поток жидкого аммиака после сепаратора I ступени

34 – поток жидкого аммиака после сепаратора II ступени

401 – поток жидкого NH₃

402 – поток танковых газов: O₂, N₂, H₂, CH₄, NH₃

Операторная схема процесса

АВС

ПГ

1 – колонна синтеза аммиака

2 – теплообменник

3 – теплообменник

4 – сепаратор I ступени

5 – сепаратор II ступени

6 – сборник аммиака

7 – сепаратор

Расчет материального баланса хтс

При охлаждении газа происходит частичная конденсация NH₃, устанавливается равновесие между жидкостью и газом, причем концентрация аммиака после конденсации в газе, является функцией температуры и давления и определяется по формуле:

где – содержание аммиака в газовой фазе, мольные доли; P_i и t_i – давление (МПа) и температура газа (°С).

Тогда содержание аммиака в газе после I сепаратора:

Содержание аммиака в газе после II сепаратора:

Исходные данные

Показатель	Условное обозначение	Единица измерения	Значение
Содержание NH3 в газе после колонны синтеза	γ12	Доли по объему	0,14
Давление газа в сепараторе I ступени	P1	МПа	28
Давление газа в сепараторе II ступени	P2	МПа	30
Температура газа после водяного (воздушного) охлаждения	t1	°С	28
Температура газа после аммиачного холодильника	t2	°С	-5
Содержание NH3 в газе после I-го сепаратора	γ23= γ20	Мольн. доли	0,0736
Содержание NH3 в газе после II-го сепаратора	γ31	Мольн. доли	0,0238
Растворимость АВС в жидком аммиаке в I сепараторе	χ24	нм^3/кг	0,028
Растворимость АВС в жидком аммиаке во II сепараторе	χ 34	нм^3/кг	0,017
Концентрация NH3 в танковых газах	γ402	Доли по объему	0,40
Содержание инертных примесей в свежей АВС		Доли по объему	0,01
Содержание примесей в продувочных газах		Доли по объему	0,10
Базис расчета, кг NH3 на выходе из танка	П	кг	2500

Материальный баланс

1. по блоку синтез аммиака

1. по АВС:

2. по блоку конденсации и сепарации I ступени

2.1. по АВС:

2.2. по аммиаку:

2.3. по инертному компоненту:

3. по блоку конденсации и сепарации II ступени

3.1. по АВС:

3.2. по аммиаку:

3.3. по инертному компоненту:

4. по блоку сборник жидкого аммиака

1. по АВС:

2. по аммиаку:

	Наименование потока	Усл. обозн.	Хi	Размерн.	Значение
1	Поток, поступающий в колонну синтеза	N31	X1	кмоль	1484,843
2	Поток газа после колонны синтеза	N12	X2	кмоль	1333,494
3	Поток газа после сепаратора I ступени	N23	X3	кмоль	1202,058
4	Поток инерта после колонны синтеза		Х4	кмоль	123,572
5	Поток продувочных газов	N20	X5	кмоль	33,660
6	Поток свежей азотоводородной смеси	N03	X6	кмоль	336,603
7	Поток танковых газов	N402	X7	кмоль	4,534
8	Поток жидкого NH3 после сепаратора I ступени		X8	кг	1627,681
9	Поток жидкого NH3 после сепаратора II ступени		X9	кг	903,302

Получаем следующие уравнения:

1. 

2. 

3. 

4. 

5. 

6. 

7. 

8. 

9. 

Составляем матрицу коэффициентов:

№	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6	Х7	Х8	Х9	свободный член
1	1,0238	-1,14	0	0	0	0	0	0	0	0
2	0	0,86	-0,8264	-1	-0,8264	0	0	-0,00125	0	0
3	0	0,14	-0,0736	0	-0,0736	0	0	-0,05882	0	0
4	0	0	-0,1	1	-0,1	0	0	0	0	0
5	-0,9762	0	0,8264	1	0	0,99	0	0	-7,5893*10^-4	0
6	-0,0238	0	0,0736	0	0	0	0	0	-0,05882	0
7	0	0	0,1	-1	0	0,01	0	0	0	0
8	0	0	0	0	0	0	-0,6	0,00125	7,5893*10^-4	0
9	0	0	0	0	0	0	-0,4	0,05882	0,05882	147,059

1. Расчет количеств азота, водорода и метана в свежей АВС:

Отношение H₂:N₂ =3:1, следовательно:

Общая масса свежей АВС:

2. Расчет количеств водорода, азота и аммиака в танковых газах:

Объем танковых газов:

Количество аммиака в танковых газах:

Количество водорода и азота:

Общая масса танковых газов:

Количество жидкого аммиака:

3. Расчет количеств аммиака, водорода, азота и метана в продувочных газах:

Общая расходная масса:

Суммарный расходный объем:

Материальный баланс химико-технологической системы

синтез аммиака на 2500 кг аммиака на выходе из танка

Приход					Расход
Наименование	м^3, н. у.	кг	% масс	Наименование		м^3, н. у.	кг	% масс
АВС	7539,91	2886,38	100	Жидкий NH3		3294,12	2500	86,61
В том числе				Танковые газы		101,56	53,95	1,87
Азот	1866,13	2332,66	80,82	В том числе
Водород	5598,38	499,86	17,32	Азот		15,23	19,04	0,66
Метан	75,40	53,86	1,86	Водород		45,70	4,08	0,14
				Аммиак		40,62	30,83	1,07
				Продувочные газы		753,98	332,41	11,52
				В том числе
				Аммиак		55,49	42,12	1,46
				Азот		155,77	194,72	6,75
				Водород		467,32	41,72	1,45
				Метан		75,40	53,86	1,87
Всего	7539,91	2886,38	100	Всего		4149,66	2886,38	100
				Невязка			0,02	0,000007