【正文】 合物料 L21=L15+L16= + = m3 各組分物料含量：L21i=L15i+L16i其中 NH3 L21NH3= + =CH4 L21CH4= + =Ar L21Ar= + =H2 L21H2= += N2 L21N2= + = 百分含量 x21i=L21i/L21其中 NH3 x21NH3= 100％=％CH4 x21CH4=100％=%Ar x21Ar= 100％=%H2 x21H2= 100％=%N2 x21N2=100％=% 出槽物料：液氨貯槽出口弛放氣 V20= m3其中 NH3 V20NH3= =CH4 V20CH4= =Ar V20Ar= = H2 V20H2== N2 V20N2= = 出口液氨總物料 L19=L21L20= = m3其中 NH3 L19NH3= L21NH3V20NH3= =CH4 L19CH4= L21CH4V20CH4= =Ar L19NH3= L21NH3V20NH3= =H2 L19H2= L21H2V20H2== N2 L19N2= L21N2V20N2= = 各組分百分含量：x19i=L19i/L19其中 NH3 x19NH3= 1320..575/100％=％CH4 x19CH4=100％=％Ar x19Ar= 100％=％H2 x19H2= 100％=％N2 x19N2=100％=％ 液氨產(chǎn)量核算: mNH3=17=≈1000Kg 物料衡算結(jié)果匯總 將以上的計(jì)算結(jié)果匯總與下表：表416 物料計(jì)算匯總表：裝置單位N2H2CH4ArNH3總計(jì)氨冷器出口(氣體)2摩爾分?jǐn)?shù)%1m3/T(NH3)m3/hkmol/h冷交器冷氣出口3\4\5摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h合成塔一次入口5\6\7摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h合成塔二次出口8\9\10摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h水冷器出口(氣體)11摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h水冷器出口(液體)11摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/h8540kmol/h氨分離器出口氣12摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/h53679kmol/h放空氣13摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h冷交換器熱氣進(jìn)口14摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h氨分離器出口液氨15摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/h154kmol/h冷交換器出口液氨16摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/hkmol/h冷交換器熱氣出口(氣體)17摩爾分?jǐn)?shù)%1m3/T(NH3)m3/hkmol/h4225冷交換器熱氣出口(液體)17摩爾分?jǐn)?shù)%000011m3/T(NH3)0000m3/h0000kmol/h0000氨冷器進(jìn)口(氣體)18摩爾分?jǐn)?shù)%20100m3/T(NH3)m3/hkmol/h氨冷器進(jìn)口(液體)18摩爾分?jǐn)?shù)%000011m3/T(NH3)0000m3/h0000kmol/h0000氨冷器出口(液體)2摩爾分?jǐn)?shù)%0001m3/T(NH3)m3/hkmol/h新鮮補(bǔ)充氣⑴摩爾分?jǐn)?shù)%00m3/T(NH3)00m3/h00kmol/h00馳放氣組成20摩爾分?jǐn)?shù)%m3/T(NH3)m3/h875kmol/h液氨貯槽進(jìn)口液體21摩爾分?jǐn)?shù)%100m3/T(NH3)m3/h177kmol/h產(chǎn)品液氨19摩爾分?jǐn)?shù)%0100m3/T(NH3)m3/hkmol/h  熱量衡算（1） 熱氣進(jìn)口溫度 冷交換器熱氣進(jìn)口溫度等于水冷器氣體出口溫度，由題意知t1=35℃（2） 冷氣進(jìn)口溫度 %，%，設(shè)過(guò)飽和度為10%，則在該冷凝溫度下的平衡氨含量為yNH3=100%=%查《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》%時(shí)的冷凝溫度t2=10℃ ，故冷氣進(jìn)口溫度等于10℃（3） 熱氣體帶入熱量 熱氣體在器內(nèi)處與氨飽和區(qū)內(nèi)，計(jì)算氣體比熱容時(shí)先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的辦法計(jì)算實(shí)際的氣體比熱容。(1) 熱氣體帶入熱量Q1由熱交換器熱平衡計(jì)算Q1=(2)氨冷凝熱查≤小氨肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)≥得35℃時(shí)氨冷凝熱I=Q冷=V2INH3=16769=(3)熱氣體帶出熱量Q2查t2=35℃, P= MPa得混合氣體的比熱容：表435 各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量 各組分分壓CpCp2=(Kmol℃)熱氣體帶出熱量Q2=V2Cp2t2=3595535=(4)液氨帶出熱量查35 ℃液氨比熱容,CpL=(kmol℃) Q液=V2L/MCpLt2 =35 =(5) 冷卻水量計(jì)算設(shè)需要冷卻水量為W,冷卻上水ta=30℃ ,冷卻下水tb=38℃,取冷卻水比熱容CpL=則冷卻水吸收量為ΔQ=Q進(jìn)Q出=(Q1+Q冷)(Q2+Q液)=ΔQ=WCp (tbta) 1000 W=ΔQ / (1000Cp (tbta)) = / (1000 (3830))= 冷卻上水帶入熱量Q上水=100030=冷卻下水帶入熱量Q下水=ΔQ+Q上水=+=表436 水冷器熱量匯總表入出熱氣帶入熱量熱氣帶出熱量氨冷凝熱液氨帶出熱量冷卻上水帶入熱冷卻下水帶出熱總Q進(jìn)總Q出 氨分離器熱量核算氨分離器進(jìn)出口溫度沒(méi)有發(fā)生變化,由氣體熱量平衡,氨分離器收入熱,則Q1= kJ/tNH3氨分離器支出熱氣體放空氣帶走熱量 Q3=V3Cp3t3=35=冷交換器帶入熱。 V入= m3 入塔物料：V5= m3NH3 V5NH3=11422﹪=CH4 V5CH4=﹪=Ar V5Ar=﹪=H2 V5H2=﹪=N2 V5N2=﹪= 合成塔一出，二進(jìn)物料，熱交換器，冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料即　　V5=V6=V7= m3 出塔物料　　 V8= m3NH3 V8NH3=﹪= m3CH4 V8CH4=﹪= m3Ar V8Ar=﹪= m3H2 V8H2=﹪= m3N2 V8N2=﹪= m3 合成塔生成氨含量：ΔVNH3=V8NH3V5NH3 = == 沸熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。(0Ar)= 100﹪=﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。 從而可計(jì)算出液體中各組分含量： 液體中氨含量： xNH3=LNH3/L=100％=％ 液體中氬含量： xAr=LAr/L=IOO％=％ 液體中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=100％=％ 液體中氫含量: xH2=LH2/L=100％=％ 液體中氮含量： xN2=LH2/L=100％=％表47 氨分離器出口液體含量NH3CH4ArH2N2小計(jì) 分離氣體組分含量： 氣體氨含量： yNH3=［mNH3LNH3］/V=％ 氣體甲烷含量： yCH4=［mCH4LCH4］/V=％ 氣體氬含量： yAr=［mArLAr］/V=％ 氣體氫含量： yH2=［mH2LH2］/V=％ 氣體氮含量： yN2=［mN2LN2］/V=％表48 氨分離器出口氣體含量（％）NH3CH4ArH2N2小計(jì)查t=10℃,p=：表49 各組分的平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN227517580 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=％ 出口液體氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3=％ 出口液體氬含量: xAr=yAr/ KAr=％ 出口液體氫含量: xH2=yH2/ KH2=％ 出口液體氮含量: xN2=yN2/ KN2=％表410 冷交換器出口液體組分含量（％）NH3CH4ArH2N2小計(jì) 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣。本次設(shè)計(jì)選用中壓法（壓力為32MPa）合成氨流程，采用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應(yīng)熱，塔型選擇見(jiàn)設(shè)備選型部分。氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔(內(nèi)置式)和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔(外置式)兩類。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮?dú)鈸p失。為補(bǔ)償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮機(jī)。目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。氣體中所含的油不僅會(huì)使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。如果含有COD的廢水排放出去就會(huì)繁衍菌類、藻類，污染水源和土壤，更嚴(yán)重的是會(huì)造成污染滋生源，對(duì)環(huán)境造成更大的破壞。因氨有氣味，故較好預(yù)防。中小型合成氨廠在生產(chǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)的有毒有害物質(zhì)種類很多，多以氣體、蒸氣、霧、粉塵等狀態(tài)存在，其中有毒有害氣體是合成氨生產(chǎn)中最常見(jiàn)的。對(duì)于冷凍法分離氨，初始氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。惰性氣體(CHAr)來(lái)源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。