【正文】 中有毒有害氣體是合成氨生產(chǎn)中最常見的。因氨有氣味，故較好預(yù)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(yán)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(chǎn)工藝流程長、連續(xù)性強，設(shè)備長期承受高溫和高壓，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。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(shè)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(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。 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。 本次設(shè)計選用中壓法（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，塔型選擇見設(shè)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(shù)： 表 49 各組分的平衡常數(shù) 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(jīng)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(shè)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(shè)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(zhǔn)：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(shù) 氨分離器液氨百分數(shù)： G 分 ％ =L15x15/(L15+L16x16)100％ =( +)100 =％ 冷交換器分離液氨百分數(shù)： 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(chǎn)量核算 : mNH3=17=≈1000Kg 物料衡算結(jié)果匯總 將以上的計算結(jié)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(shù) % 1 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 冷交器冷氣出口 3\4\5 摩爾分數(shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 合成塔一次入口 5\6\7 摩爾分數(shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h 6 kmol/h 合成塔二次出口8\9\10 摩爾分數(shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 水冷器出口 (氣體 )11 摩爾分數(shù) % 100 m3/T(NH3) m3/h kmol/h 水冷器出口 (液體 )11 摩爾分數(shù) % 100 m3/T(NH