【正文】 毒有害氣體是合成氨生產中最常見的。因氨有氣味，故較好預防。如果含有 COD 的廢水排放出去就會繁衍菌類、藻類，污染水源和土壤，更嚴重的是會造成污染滋生源，對環(huán)境造成更大的破壞。同時，因生產工藝流程長、連續(xù)性強，設備長期承受高溫和高壓，還有內部介質的沖刷、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、爆炸和重大設備事故經常發(fā)生。氣體中所含的油不僅會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。 目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。為補償這一損失，流程中必須設置循環(huán)壓縮機。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮氣損失。按副產蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內副產蒸汽合成塔 (內置式 )和塔外副產蒸汽合成塔 (外置式 )兩類。 氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結構型式及熱回收方法。 本次設計選用中壓法（壓力為 32MPa）合成氨流程，采用預熱反應前的氫氮混合氣和副產蒸汽的方法回收反應熱，塔型選擇見設備選型部分。 從而可計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 NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 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（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 冷交換器氣液平衡計算 查 t=10℃ ,p= 的平衡常數： 表 49 各組分的平衡常數 KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 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（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 液氨貯槽氣液平衡計算 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進入液氨貯槽經減壓后溶解在液氨中的氣體會解吸，即弛放氣 。(0Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。 V 入 = m3 合成塔物料計算 入塔物料： V5= m3 NH3 V5NH3=11422﹪ = CH4 V5CH4=﹪ = Ar V5Ar=﹪ = H2 V5H2=﹪ = N2 V5N2=﹪ = 合成塔一出，二進物料，熱交換器，冷氣進出物料等于合成塔入塔物料 即 V5=V6=V7= m3 出塔物料 V8= m3 NH3 V8NH3=﹪ = m3 CH4 V8CH4=﹪ = m3 Ar V8Ar=﹪ = m3 H2 V8H2=﹪ = m3 N2 V8N2=﹪ = m3 合成塔生成氨含量： ΔVNH3=V8NH3V5NH3 = =3= 沸熱鍋爐進出口物料，熱交換器進出口物料等于合成塔出塔物料。取過飽和度 10﹪ 故 V17NH3=﹪ =﹪ 設熱氣出口氨體積為，則： a/( ++a)= a= m3 L17NH3=V14NH3a= = m3 冷交換器熱氣出口氣量及組分： 其中 NH3 V17NH3= V14NH3L17NH3= = m3 CH4 V17CH4= V14CH4 = m3 Ar V17Ar=V14Ar= m3 H2 V17H2= V14H2 = m3 N2 V17N2= V14N2= m3 出口總氣量 V17=V14L17NH3= = m3 出口氣體各組分： NH3 V17NH3／ V17= ／ 100％ =％ CH4 V17CH4／ V17= ／ 100％ =％ Ar V17Ar／ V17=／ 100％ =％ H2 V17H2／ V17= ／ 100％ =％ N2 V17N2／ V17= ／ 100％ =％ 氨冷器物料計算 進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料V1= m3 其中， CH4 V1CH4= = m3 Ar V1Ar= = m3 H2 V1H2= = N2 V1N2= = V18（進器氣體物料） =V1+V17= + = 進器氣體組分含量 V18i=V1i+V17i NH3 V18NH3= V17NH3= CH4 V18CH4= + = Ar V18Ar= + = H2 V18H2= += N2 V18N2= + = 各組分百分含量 y18i=V18i/V18 NH3 y18NH3= 100％ =％ CH4 y18CH4=100％ =％ Ar y18Ar=100％ =％ H2 y18H2= 100％ =％ N2 y18N2= 100％ =％ 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量 L18=L18NH3=L17NH3= m3 進器總物料＝ V18+L18=+ = m3 出器物料：已知出器氣體中氨含量為 ％，設出器氣體中氨含量為 b m3 b/()=％ 解得 b= m3 則氨冷器中冷凝液氨量： L′18NH3=V18NH3b== m3 氨冷器出口總液氨量 :L2NH3=L18NH3+L′18NH3=+= 氨冷器出口氣量 :V2=V18b= = m3 其中， NH3 V2NH3= CH4 V2CH4= V18CH4= m3 Ar V2Ar= V18Ar= H2 V2H2= V18H2= N2 V2N2= V18N2= 各組分百分含量 y2i=V2i/V2 NH3 y2NH3=100％ =% CH4 y2CH4=100％ =% Ar y2Ar=100％ =% H2 y2H2=100％ =% N2 y2N2=100％ =% 出 器總物料 =V2+L2NH3=11420787 + = m3 冷交換器物料計算 進口物料：冷交換器進口總物料等于氨冷器出口總物料，其中 氣體入口 V2= m3；液體入口 L2NH3= m3 由氣液平衡計算得，以 1Kmol 進口物料為計算基準：即 F=1 L+V=F┉┉┉┉┉┉① LxNH3+Vy NH3=FmNH3┉┉┉┉┉┉② 圖 43 冷交換器物料 將 yNH3=， xNH3= 代入上式： 示意圖 V=（ xNH3 mNH3） /（ xNH3 yNH3） = mNH3/┉┉③ ③ 式中 mNH3 可由物料平衡和氨平衡計算 mNH3=V2NH3/V2 V2′=V1+V17′┉┉┉┉┉┉④ V17′=V8V13L15┉┉┉┉┉┉⑤ V2NH3′=V2NH3+L17NH3+L18NH3′┉┉┉┉┉┉⑥ 式中 V2′ ———冷交換器入 口總物料； V17′———冷交換器熱氣出口總物料 V′2NH3 ———冷交換器入口總氨物料 將 V8= m3， V13= m3， L15= m3代入上式解得：V17= ∴ V2′= += m3； V2NH3′=+ + = m3 ∴ mNH3= V2NH3′/ V2′=③ 得： V=； L=1V=；（ L/V） = 由（ L/V）可求出冷交換器冷凝液體量（ L16/V3） =（ L/V） = 冷凝液體量 L16=== m3 出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進口總物料減去冷激液體量 V3= = m3 其中 NH3 V3NH3= % = CH4 V3CH4= %= Ar V3Ar = % = H2 V3H2= %= N2 V3N2= %= 計算誤差 =（ V3V5） /V5 100％ =% 校核氨分離器液氨百分數 氨分離器液氨百分數： G 分 ％ =L15x15/(L15+L16x16)100％ =( +)100 =％ 冷交換器分離液氨百分數： G 冷 ％ =1G 分％ =％ 計算誤差 =（ G′G 分 ） /G′=％ 液氨貯槽物料計算 進槽物料：氨分離器入槽液體 L15= m3 其中 NH3 L15NH3= = CH4 L15CH4= = Ar L15Ar= = H2 L15H2= = N2 L15N2= = 冷交換器入槽液體 L16= m3 其中 NH3 L16NH3= = CH4 L16CH4= = Ar L16Ar= = H2 L16H2= = N2 L16N2= =.482m3 入槽混合物料 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％ =％ 液氨產量核算 : mNH3=17=≈1000Kg 物料衡算結果匯總 將以上的計算結果匯總與下表： 表 416 物料計算匯總表： 裝置 單位 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計 氨冷器出口 (氣體 )2 摩爾分數 % 1 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 冷交器冷氣出口 3\4\5 摩爾分數 % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 合成塔一次入口 5\6\7 摩爾分數 % 100 m3/T(NH3) m3/h 6 kmol/h 合成塔二次出口8\9\10 摩爾分數 % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 水冷器出口 (氣體 )11 摩爾分數 % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 水冷 器出口 (液體 )11 摩爾分數 % 100 m3/T(NH