15萬噸合成氨畢業(yè)設計總論指導思想化工設計是政治經(jīng)濟和技術緊密結合的一門科學技術化工設計在新廠建設老廠改造挖潛中具有極其重要的作用也可以說設計是生產(chǎn)的先導是科研成果轉化為工業(yè)化大生產(chǎn)的必經(jīng)途徑因此設計質(zhì)量的好壞對化工行業(yè)的發(fā)展影響極大一定要在思想上充分的重視有關化工設計方面的知識和技能不僅對專門從事化工設計的人員需要學習和掌握而且對從事化工生產(chǎn)科學實驗和技術管理方面的人員也同樣需要具備因此化工工藝專業(yè)的學員一定要掌握化工設計方面的基礎知識從教學出發(fā)對學生進行化工設計方面的基本訓練有助于培養(yǎng)學生綜合運用理論知識聯(lián)系生產(chǎn)實際提高分析和解決問題的能力有助于提高學生的運算技巧和設計繪圖的能力當然設計能力的培養(yǎng)和深化有賴于更多的實踐只有通過實踐積累經(jīng)驗才能培養(yǎng)思維想象和創(chuàng)造的能力才能促進設計能力的不斷提高總之經(jīng)過初步訓練具有一定的化工工藝設計能力后在生產(chǎn)基建科研和管理等方面一定會發(fā)揮出重要的作用設計依據(jù)1畢業(yè)設計是以設計者深入現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)掌握所設計項目的生產(chǎn)程序2以畢業(yè)設計任務書和化工工藝專業(yè)課本及參考書為依據(jù)三設計規(guī)模及操作制度1設計規(guī)模年產(chǎn)15萬噸合成氨裝置2操作制度根據(jù)化工生產(chǎn)的特點采用四班三倒輪換操作3生產(chǎn)制度根據(jù)設備的大中小修及偶然事故的發(fā)生年生產(chǎn)日一般為330天左右大修20天3年次一般中修7天1年次小修1～5天經(jīng)常4發(fā)展規(guī)劃向年產(chǎn)30萬噸合成氨發(fā)展四主要原料來源數(shù)量及組成主要原料氣為新鮮氣生產(chǎn)原料合成氨用的氫氮混合氣規(guī)格壓力為320大氣壓表壓成份按氣體體積百分數(shù)H27463N22487CH4Ar052消耗定額氫氮混合氣2800m3∕噸氨河水62噸∕噸氨鍋爐用化學凈水75噸∕噸氨電130千瓦∕小時噸氨五輔助原料來源組成及數(shù)量來源來自水氣及其它副產(chǎn)品合成氨觸媒在300大氣壓溫度475～510℃下合成氨則用氧化鋁與氧化鉀為促進劑的融鐵觸煤河水供合成系統(tǒng)的水冷卻氣作用水溫24℃夏季所含之懸浮物不超過50毫克∕升在洪水期水中懸浮物達100毫克∕升供鍋爐房用的化學凈水于合成系統(tǒng)水冷卻器上部的列管中作冷卻氣體用氨氣用耐15氣壓的鋼瓶充裝使用時減壓力5個氣壓供系統(tǒng)置換水冷卻器的吹出和局部滅火用氮氣中的氧含量不得超過2潤滑油供循環(huán)壓縮機機械部位及氣缸部位潤滑用的機械油牌號閃點110℃粘度50℃時5565恩氏度汽缸油牌號T的汽缸油閃點為240℃粘度在100℃時225恩氏度也可用C牌的航空油六產(chǎn)品規(guī)格氨包括氣氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的75荷葉按產(chǎn)品占總產(chǎn)量的20以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車間所回收的氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的5液氨的品種分兩種第一類水分含量不超過02第二類水分含量不超過1并含有微量的油份七裝置組成1合成塔作用在高溫高壓和催化劑存在的條件下由氫氮氣合成氨組成外筒是一個多層焊接的高壓容器筒體內(nèi)徑為300㎜高為13600㎜筒體的兩端焊有兩個法蘭上部有一密閉式頂蓋下面是一高壓蓋子蓋子與法蘭有螺栓連接在上法蘭之側有一氣體入口下蓋有一氣體出口及冷氣入口在上蓋設有安裝電爐用的小蓋及兩個溫度計插入管的孔該筒體最高操作溫度為300℃最高操作壓力320個大氣壓安裝前經(jīng)過400大氣壓的壓力水壓強試驗觸媒筒的內(nèi)徑為690㎜由鋼板焊接而成上有觸煤筒蓋下有多孔板在多孔板上放有鐵絲網(wǎng)觸煤筒內(nèi)裝油28根雙層管其外管直徑為44×25毫升內(nèi)管直徑為29×25㎜為造成觸煤層上部的絕熱層約在觸煤層上部1000㎜處設有雙層管進行冷卻在雙層管下端有一分氣盒管內(nèi)還裝有兩根溫度計套管在觸煤筒多孔板之上填充的觸煤體積約21m3觸煤筒中有一中心管管內(nèi)裝有電熱器熱交換器與觸媒筒下部相連其筒體直徑約為680㎜筒體內(nèi)裝有約900多根直徑為14×2㎜長約3700㎜的管子在管間裝有隔板隔板為圓環(huán)式共計27塊整個熱交換器面積約為130㎡2冷凝塔該塔上部是冷卻循環(huán)壓縮機出來的氣體下部是進行二次氨的分離以降低合成塔入口的氨含量冷凝塔的外筒是多層焊接的高壓容器在塔底的循環(huán)氣入口上焊有一個中心管在塔內(nèi)上部焊有一個套筒套筒與高壓筒體的間隙用作液面計導壓之用并且套筒還兼作冷交換器的外殼在塔內(nèi)的上部裝有列管式冷交換器它有下面一截外殼上面有一圈法蘭線與高壓筒體內(nèi)的套筒緊密接觸起密封作用在下部有分氣套筒由四層圓筒組成焊接在一塊圓板之下圓板再用螺栓固定在冷交換器之下3快速水冷卻器該設備是用來冷卻從合成塔出來的反應后的高溫氣體120180℃經(jīng)冷卻后能使氣體中氨冷凝為液氨另外加熱鍋爐房用的化學凈水回收一部分熱量4氨蒸發(fā)器該設備的作用是借助于液氨蒸發(fā)為氨將蛇管中的循環(huán)氣進一步冷卻使氣體中殘留的氨冷凝下來然后到冷凝塔中進行分離該設備的外筒是一直徑約為2100㎜高約為3900㎜的直立式焊接而成的圓筒該設備上有泡沫分離器5濾油器該設備用除去循環(huán)氣和新鮮氣中的油份碳酸銨及其他雜質(zhì)以免帶入合成塔使觸煤中毒該設備的外筒是多層焊接的高壓容器其內(nèi)徑為700㎜高約1014㎜筒體上部的側面設有一高壓蓋子蓋子與筒體是用螺栓連接的以鋁墊密封該器裝有一內(nèi)筒內(nèi)筒的外形尺寸約580×3900㎜內(nèi)裝25×25×08㎜的銅環(huán)085m3在內(nèi)筒的外面饒有∮25×2㎜的鋼管呈螺旋形在內(nèi)筒下有幾個氣體的入口圓洞內(nèi)筒在操作過程中承受的最高壓力差必須小于30氣壓6氨分離器該設備外筒是一內(nèi)徑600㎜高4500㎜的立式多層的焊接筒體上有一高壓蓋子與筒體用螺栓連接以鋁墊進行密封內(nèi)筒由四層圓筒組成圓筒上開有長方形的孔但各層孔的位置相錯使氣體流動時改變方向圓筒固定在上面的圓板上圓板安裝在高壓筒體上圓板的中心有一氣體出口7氨水回收器該設備用于貯存自氨蒸發(fā)器排出來的累積氨水和觸媒還原時放出的氨水并在氨水回收器內(nèi)蒸發(fā)出來送往氣氨主管把這部分氨回收氨水回收器為立式焊接圓筒它的直徑約為1200㎜高約3500㎜容許的最高操作壓力為16氣壓內(nèi)設有蒸汽蛇管器的側面有一玻璃管液面計8填函氣油膨脹器該設備用以回收循環(huán)壓縮機的填函漏處的氣體中所帶的油份氣體自器的側面進體積突然膨脹因而流速大大降低大部分油份因含有水分及溶解的氣體從油中蒸出油份則從器的底部排出該設備是立式焊接設備直徑約為1200㎜高約為2200㎜器內(nèi)填充有鋼環(huán)下面有一底座支架9放空槽該設備為臥式圓筒用鋼板焊接而成其直徑約為500㎜長約1827㎜從冷凝塔氨分離器油過濾器出口排出來的氣體都經(jīng)過放空槽集中后排入大氣10循環(huán)氣壓縮機用來把未反應的氫氮混合氣自285大氣壓壓縮到320大氣壓重新返回合成塔使氣體循環(huán)使用該設備是雙動單級的是由同軸同步電動機帶動的主軸考曲柄的一端支承在機座的主軸承上主軸是由碳素鋼鍛造加工而成該設備的潤滑分兩個系統(tǒng)一個是機械油循環(huán)潤滑泵系統(tǒng)另一個是汽缸油加壓潤滑系統(tǒng)循環(huán)壓縮機技術特性如下生產(chǎn)能力270米3小時轉速125轉分鐘同步電動機容量450千瓦八生產(chǎn)技術依據(jù)生產(chǎn)步驟及生產(chǎn)方法的選擇1生產(chǎn)技術依據(jù)《合成氨器氨的合成》《無機化工工藝學》《化工工藝設計概論》無機化工專業(yè)業(yè)設計任務書2生產(chǎn)步驟工業(yè)上采用的氨合成工藝流程雖然很多而且流程中設備結構操作條件也各有差別但是實現(xiàn)氨合成過程的基本步驟是相同的1氣體的壓縮為使氣體達到氨合成所要求的壓力須將經(jīng)過精細凈化除去所有有害成分的氫氮混合氣經(jīng)壓縮機進行壓縮當使用往復式壓縮機時部分潤滑油在氣缸內(nèi)的高溫條件下產(chǎn)生氣化并被氣體帶出因此在往復式壓縮機眉端出口都設有水冷卻器和油分離器將氣體中的油份除凈十分重要這不僅因為油冷凝后會附著在熱交換器壁上降低傳熱效率更重要的是當油隨氣體帶入合成塔會使催化劑中毒當油進入合成塔電加熱器內(nèi)時會使其絕緣不良而引起短路為避免氣體帶油目前已推廣往復式壓縮機無油潤滑并取得較好效果使用離心式壓縮機從根本上解決了氣體帶油問題使生產(chǎn)流程得以簡化2氣體的預熱和合成如前所述氨合成鐵催化劑有一定的活性溫度氫氮混合氣體需加熱到催化劑的起始溫度才能進行氨合成反應正常操作的情況下是反應前的氫氮混合氣被反應后的高溫氣體預熱到反應溫度后進入催化機床層這種換熱過程有一部分在催化劑床層中層過換熱裝置進行合成過程中的反應熱有很大回收價值可以直接通過廢熱鍋爐副產(chǎn)品蒸汽也可加熱高壓鍋爐給水因此在新的氨合成流程中都沒有反應熱回收裝置3氨的分離進入氨合成塔催化劑床的氫氮混合氣只有一小部分反應生成氨大部分未反應的氫和氮同氮混合在一起流出催化劑床層混合氣體中氨需經(jīng)過分離才能得到方法有兩種ａ水吸收法用水吸收混合氣體中的氨時由于高壓下氨在水中溶解度較大因而氨的分離比較完全但分離氨后氫氮混合氣體中含有少量水蒸氣在再次利用這部分氣體進行合成時需將水分除去否則將影響催化劑的活性用水吸收氨后的產(chǎn)品為濃氨水如得到液氨產(chǎn)品需將濃氨水蒸餾ｂ冷凝法首先需將出合成塔的高溫混合氣體冷卻降溫在經(jīng)氣液分離設備冷凝后獲得的液氨即可從氫氮混合氣中分離出來4未反應氫氮氣的處理為了回收這部份氫氮工業(yè)上有兩種處理方法ａ串聯(lián)法將幾個氨合成和氨分離串聯(lián)起來出第一合成塔的氣體經(jīng)氨分離后進入第二合成塔再分離ｂ循環(huán)法為反應的氫氮混合氣經(jīng)分離氨后用循環(huán)壓縮機補足壓力與新鮮的原料氣混合重新進入合成塔進行反應目前絕大數(shù)的氨合成工藝流程都采用循環(huán)法5惰性氣體的排放如前所述因制取合成氨原料氣所用的原料和凈化方法的不同在新鮮原料氣中通常含有一定數(shù)量的甲烷和氬氬氣來自空氣新鮮氣中氬氣與氮氣的比例大體和空氣中相同即新鮮氣中氬的含量通常在03左右采用循環(huán)法時新鮮原料氣中的氫和氮會連續(xù)不斷地合成氨而惰性氣體除一部分溶解于液氨中被帶出外大部分在循環(huán)氣中積累下來在工業(yè)生產(chǎn)上為了保持循環(huán)氣體中惰性氣含量不致過高常采取將一部分含惰性氣體較高的循環(huán)氣體連續(xù)獲間斷地排除氨合成系統(tǒng)的方法即放空的方法在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中流程中各部位的惰性氣體含量是不同的惰性氣體排除的位置應該選擇在惰性氣體含量最小的地方因為這時放空的損失最小顯然放空的位置應該在氨已大部分分離掉以后而又在新鮮氣加入之前放空氣中的氨可用吸收法或冷凝法加以回收其余的氣體一般可用作燃料分離放空氣可采用冷凝冷卻和減壓膨脹降溫等方法利用深度冷凍過程可以分別得到氫氮氬甲烷也可以將放空氣中甲烷用冷凝方法得到氫氮氣然后將甲烷轉化成氫這樣氣體回收就比較完全新鮮氣的消耗可大大降低3生產(chǎn)方法1高壓法壓力700～1000氣壓溫度550～650℃2中壓法壓力300氣壓溫度500～550℃3抵押法壓力70～150氣壓溫度400～450℃高壓法工藝優(yōu)缺點此法是采用較高的操作壓力和溫度合成率比較高其優(yōu)點為ａ與同樣產(chǎn)量的中低壓法比較所用的高壓設備的體積小用料少節(jié)省工廠用地面積ｂ在高壓下合成率高在高壓和較高濃度下容易在混合氣體分離用水冷卻后液氨便可以分離出來ｃ電的定額消耗較低顯然因提高壓力消耗的電能提高但氨的合成率增大的更快所以單位產(chǎn)品的消耗定額降低了ｄ由于合成率高因此每立方米觸媒的生產(chǎn)力也相應增大缺點ａ由于氨的合成率高所生成的反應熱多可使觸媒溫度上升到1000℃在這樣的溫度下觸媒因過熱而損壞因此觸媒的壽命很短約使用600小時就須換一次ｂ由于采用高壓和高溫合成塔及附屬設備需要特殊的合金鋼制造不易制作因此價格很貴而且檢修次數(shù)多使用日期短操作管理也比較困難低壓法工藝的優(yōu)缺點ａ所需壓力溫度低亞鐵氰化鉀觸媒的活性較大ｂ由于壓力低設備物質(zhì)要求不高并且易于制造ｃ觸媒對毒害物的靈敏性很大易受傷害而且操作中溫度不易控制所以觸媒的使用壽命短ｄ再生產(chǎn)過程中經(jīng)常有觸媒分解物產(chǎn)生很容易堵塞管道和設備影響生產(chǎn)正常進行ｅ精制觸媒反應熱量不能自行維持反應前必須加熱其熱源由合成塔出口高溫氣體和精致塔出口高溫氣體供給因此設備與管線的材質(zhì)要求很高由于高溫高壓下氨氣對鋼材有脫碳作用因此采用的高溫管線易爆炸ｆ由于操作壓力低氨的生成率少氣氨不易液化需要附設比較龐大的冷凍設備中壓法工藝的優(yōu)缺點ａ所用合成氨觸媒對觸媒的毒害物靈敏性小如果在混合氣中觸媒的毒害物質(zhì)含量不高可采用非產(chǎn)品精致塔進行氣體精制進行雙循環(huán)生產(chǎn)如果混合氣中毒害物含量很少則可不采用精致塔ｂ混合氣不直接進入合成塔而先與循環(huán)氣在冷卻系統(tǒng)前匯合經(jīng)冷卻后油及水分隨分離下來的液氨一同排出氨分離器使油及水份的分離更為徹底可防止水及油份對觸媒的毒害作用ｃ合成系統(tǒng)的熱交換器全部放在合成塔內(nèi)可以減少脫碳作用而引起的設備及管線的爆炸ｄ中壓法所用操作壓力較低壓法高因此循環(huán)氣中的氨容易分離所用的冷凝設備也比較小可不專門設置氨的冷凍系統(tǒng)即使設置冷凍系統(tǒng)其冷凍系統(tǒng)的生產(chǎn)能力也可以較低壓法小因此耗電量也隨之降低ｅ合成塔的操作溫度較高壓法低觸媒的靈敏性小反應時又無觸媒分解物生成因此觸媒的使用壽命長停車修理的間歇時間長總產(chǎn)量高ｆ如果精制系統(tǒng)只用作消除雜質(zhì)和觸媒的毒害物則觸媒溫度低350～400℃氫氮合成為氨的量極少因此放出的熱量甚微難以經(jīng)特精致反應所需的溫度必須動用電熱器這樣除了要消耗電能外有時還因輸電系統(tǒng)與線路發(fā)生故障而影響生產(chǎn)ｇ采用雙循環(huán)時必須裝設噴射器如果操作不當也會影響操作的正常進行九對所選擇方法的工藝原理反應機理和催化劑的評述1產(chǎn)品的性質(zhì)用途1物理性質(zhì)①一般物理性質(zhì)在溫度0℃及壓力760毫米汞銀柱時氣體比重057空氣為1液體比重0618水為1沸點-334℃熔點-773℃臨界壓力1123氣壓臨界溫度1325℃密度077溶解度1300升氨升水0℃約50的溶液②有特殊刺激性臭味的無色氣體對人的粘膜特別是眼睛刺激更厲害人只能在含003氨的空氣中停留1小時左右③加壓時易被液化為物色液體不純時為淡黃色或淡藍色④氨液體呈中性是碘磷硫及其它許多有機無機化合物的良好溶劑⑤溶于水時放出熱量水溶液成為氨水其濃度隨比重的增大而降低⑥蒸汽壓力與蒸發(fā)潛熱2化學性質(zhì)①氨在空氣中不能燃燒在氧氣中燃燒它與氧化合并有黃綠色火焰主要反應為4NH33O2→2N26H2O有觸媒存在時氧化過程按下面反應式進行4NH35O2→4NO6H2O②在高溫下氣態(tài)氨分解成氫和氮2NH3→3H2N2③和各種酸化和成鹽與硝酸作用NH3HNO3NH4NO3與硫酸作用2NH3H2SO4NH42SO4與鹽酸作用NH3HCLNH4CL與碳酸作用2NH3CO2H2O2NH4HCO3NH42CO3CO2H2O2NH4HCO3④有水存在時氨對銅和銅的化合物有侵蝕性⑤在空氣中含有13～27氨時即產(chǎn)生爆炸⑥檢定方法ａ氨氣與氯化氫氣體時生成白煙ｂ水溶液呈堿性反應ｃ燃燒硫磺時遇氨氣生成白煙ｄ微量的氨或其化合物用納氏試藥可生成褐色沉淀加量多則色深加量少則色淺3產(chǎn)品用途氨的用途很廣它是工業(yè)上的重要原料可繼續(xù)處理變成其它產(chǎn)品①液氨本身既是良好的肥料氨與硫酸硝酸鹽酸作用生成硫酸銨硝酸銨氯化銨與二氧化碳作用生成碳酸氫銨在一定溫度壓力下生成尿素它們都是良好的肥料硝酸銨有強烈的爆炸性可用作礦山爆炸藥或用于國防工業(yè)②用氧化法合成的濃硝酸可用于各種有機化學工業(yè)國防③有的用于有機合成以制造各種氨基化合物是為各種近代醫(yī)藥及燃料等中間體④用于制冷工業(yè)為良好的冷媒質(zhì)⑤用于其它方面2反應原理反應原理從熱力學和動力學兩方面考慮氨合成的熱力學基礎氨合成反應可以用下式表示12N2＋32H2NH3＋Q氨合成反應是一個可逆的放熱反應反應熱的數(shù)值隨反應的溫度壓力而改變在不同的壓力溫度下的反應熱可用下式計算常壓時△HR-9500－496T-575×10－4T2＋17×10-6T3常壓時△HR-〔054562＋846609T＋459734×106〕P－534685－02525×10-3＋169167×10-6T3－915709上式中的△HR系指純氫彈混合氣完全轉化為氨時的熱效應工業(yè)生產(chǎn)中合成氨的氫氮原料氣中含有甲烷氬等氣體同時合成反應不能進行到底反應后的氣體中含氨一般在20一下其余為反應的氫氮氣和不能參加反應的惰性氣體這些氣體混合在一起是需要吸收熱量所以表現(xiàn)出來的反應熱要比按上式算出的數(shù)值小真正的反應熱與混合熱之合稱為表現(xiàn)反應熱即△HT△HR△HM混合熱的數(shù)值顯然與反應后氣體中的氨含量有關氣體中的氨含量越高混合熱越大氨合成反應動力學氨合成反應和其它可逆放熱反應一樣溫度對化學平衡與反應速度有不同影響即降低溫度有利于提高平衡氨濃度從而提高平衡氨濃度與氣相中即時濃度的差值使合成反應推動力增加但反應速度常熟降低提高溫度時的情況則正好相反為了加速反應而又不過分提高溫度就必須使用催化劑常用鐵催化劑其中加有其它催化劑如三氧化二鋁氧化鉀等催化劑的化學和物理性質(zhì)對氨合成過程有重大影響氨合成過程由下列步驟組成ａ反應氣體混合物中的氫和氮從氣相主流擴散到鐵催化劑的外表面ｂ氫和氮的絕大部分自外表面向催化劑的毛細孔內(nèi)部擴散進入內(nèi)表面ｃ氫和氮分別或同時②氨合成的動力學方程根據(jù)氮在鐵催化劑表面上的活性吸附是氨合成過程的控制步驟由捷姆金和佩熱夫?qū)С龅奈⒎謩恿W方程如下WdNNH3dsKiPN2P3H2P2NH32-K2P2NH3P3H2β此式使用時有一定范圍如當混合氣體中的氨的分壓為0或極小時就不能運用因在極限時反應速度將為無限大實際上在遠離平衡時出于氨濃度極低氮的活性吸附速度比起吸附以后的氮轉變?yōu)榘钡姆磻俣葋碚f已經(jīng)不是唯一的速度控制步驟而變?yōu)榛瘜W吸附和加氫反應兩步聯(lián)合控制3催化劑觸媒就是采用一種能加快反應速度而本身又不起化學變化的物質(zhì)對于氨的合成來說可以做觸媒的物質(zhì)很多如鐵鉑錳等工業(yè)上采用的觸媒必須能滿足活性高不易中毒價錢低易創(chuàng)造的特點還需耐熱性能好使用壽命長機械強度大的特點因此國內(nèi)外目前都采用鐵觸媒加入各種促進劑的鐵催化劑即AL2O3K2OCaOMgO促進劑本工段所采用的觸媒A1102A109型鐵觸媒A促進劑的作用K2O是電子型促進劑它可以提高催化劑的固有活性由于它的強堿性使表面逸出功降低有利于氮的活性吸附可提高催化劑活性氧化鋁也屬電子型促進劑同時CaO能降低固溶體的熔點和粘度有利于氧化鋁和四氧化三鐵固溶體的形成還可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒害能力CaO是成礦劑即觸媒制造過程中熔融態(tài)的鐵氧化物粘度較大加入CaO后可生成CaFeO2降低熔融物的熔點和粘度有利于K2OAl2O3在氧化鐵中均勻分布增加熱穩(wěn)定性B觸媒的性能氨合成的觸媒是一種黑色有金屬光澤帶磁性外觀不規(guī)則和圓柱形的固體顆粒氨觸媒在合成塔內(nèi)用氫氮混合氣還原成為活性很高的鐵觸媒這對氫氮混合氣合成為氨的反應起催化作用還原過的氨觸媒如若暴露在空氣中則迅速燃燒失去活性C觸媒的選擇①觸媒層的阻力應在允許阻力降的范圍②觸媒層上部氣體質(zhì)量不好時易中毒生產(chǎn)后期熱點下降觸媒層的溫度分布應符合觸媒最佳的活性溫度范圍大顆粒觸媒存在內(nèi)擴散的影響其活性較小顆粒觸媒差觸媒顆粒大小的選擇應依據(jù)情況而定一般在阻力降低的允許范圍內(nèi)盡可能采用較小顆粒的觸媒為主D觸媒的還原1鐵觸媒還原反應原理主要反應3FeO3＋H22Fe3O4＋H2O＋Q4Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O－Q觸媒還原必須使觸媒具有高活性使全部觸媒得到還原切還原徹底盡可能縮短還原時間2還原操作程序a升溫階段觸媒在達到還原溫度以前的純升過程一般為350℃以下b還原初期觸媒開始還原反應出水以后經(jīng)過摸索使之進入正常的大量還原反應出水階段一般為350～480℃C還原主期長時期大量還原出水階段一般為480～515℃d還原末期提升觸媒底部溫度使還原徹底一般控制熱點≤525℃e加負荷階段還原已基本結束緩慢使觸媒轉入正常生產(chǎn)3觸媒還原工藝條件高空速高氫最后高溫低水汽濃度觸媒的快速還原a以水汽濃度作為主要控制指標＜191Nm3b控制低的同平面溫差或同圓柱面溫差C還原初期實現(xiàn)四低四高d力爭縮短還原主期時間e還原后期力爭近似地實現(xiàn)等溫還原f采用二次副線4工藝條件選擇氨合成的工藝條件一般包括壓力溫度空速和合成塔進口氣體成份等1壓力在氨合成過程中合成壓力是決定其它工藝條件的前提是決定生產(chǎn)強度和技術指標的主要因素提高操作壓力有利于提高平衡氨含量和氨合成速度增加裝置的生產(chǎn)能力有利于簡化氨分離流程但是壓力高時對設備材質(zhì)及加工制造的技術要求均高同時高壓下反應溫度一般較高催化劑使用壽命縮短總之可認為30MPa左右是使用往復式壓縮機時合成氨比較適宜的操作壓力2溫度在最適宜的溫度下氨合成反應速度最快氨合成率最高工業(yè)生產(chǎn)中應嚴格控制兩點溫度即床層入口溫度和熱點溫度提高床層入口溫度和熱點溫度可使反應過程較好的接近最適宜溫度曲線鑒于氨合成反應的最適宜溫度隨氨含量提高而降低要求隨反應的運行不斷移出反應熱3空間速度空間速度表示單位時間內(nèi)單位體積cat處理的氣量選用空間速度既涉及到氨凈值和塔的生產(chǎn)強度也涉及到循環(huán)氣量系統(tǒng)壓力降及反應熱的作用當其它操作條件一定時提高空速氨凈值下降但合成塔的生產(chǎn)強度增加空速提高使氣體與cat接觸時間短混合氣體中氨含量降低與cat床層中對應于一定位置的平衡氨含量的差值增大即推動力增大反應速度加快因此氨凈值下降的幅度小生產(chǎn)強度增大的幅度大4入塔氣體組成①氫氮比由化學平衡可知當氫氮比等于3時氨的平衡含量最大但從動力學角度分析最佳氫氮比隨氨含量的變化而變化反應初期最佳氫氮比為1當反應趨于平衡時最佳氫氮比接近于3②惰性氣體含量惰性氣體的存在對化學平衡和反應速度都不利惰性氣體來源于新鮮氣當操作壓力較低催化劑活性較好時循環(huán)氣中惰性氣體含量宜保持在1620以降低原料氣消耗量反之以控制在1216之間③入塔氨含量當其它條件一定時入塔氨含量越高氨凈值越小生產(chǎn)能力越低反之降低入塔氨含量催化劑床層反應推動力增大反應速度加快氨凈值增加生產(chǎn)能力提高5三廢治理1施放氣處理高壓下溶解于液氨中的氫氮氣和甲烷氬等惰性氣體減壓后的液氨倉庫的貯槽內(nèi)釋放出來成為釋放氣釋放氣大約有H232N212CH4Ar11NH345這部分氣體在槽內(nèi)越積越多會影響容器壓力升高所以需要不斷釋放出來如將其廢掉甚為可惜可將它通過氨吸收裝置回收氨后再送往高壓壓縮機一般入口以回收氫氣若氣體中惰性氣體兼高則可送出作為燃料以降低成本2廢油雜質(zhì)苯處理系統(tǒng)排出的廢油雜質(zhì)等匯集處理防止排放后污染水源更換催化劑時有大量粉類采用密封條件下更換防止粉類污染大氣嚴防泄漏出系統(tǒng)的循環(huán)水送水汽車間處理后循環(huán)使用十所選擇生產(chǎn)流程描述見下頁11圖新鮮氣流程由銅洗工段送來的氫氮混合氣或銅洗氣在310表壓30℃左右由二條主管送入合成新鮮氣環(huán)形總管內(nèi)再分配到各合成系統(tǒng)與冷凝塔一次出循環(huán)氣相混合進入蒸發(fā)器 冷凝水11圖循環(huán)氣流程自循環(huán)機送來的氣體經(jīng)濾油器除去油污后進入循環(huán)氣壓出口總管經(jīng)過各合成系統(tǒng)進口二而控制活門進入冷凝塔內(nèi)熱交換器外與管內(nèi)蒸發(fā)器來的冷氣體進行換熱自身溫度由4045℃被降到2030℃與銅洗工段來的氫氮混合氣相混合進入氨蒸發(fā)器內(nèi)進一步被管外液氨蒸發(fā)所冷卻溫度降至520℃上升到3540℃而進入合成塔大部分氣體經(jīng)主線控制進入塔頂部然后沿塔內(nèi)外筒環(huán)隙向下流動借此冷卻了塔的外壁氣體再進入合成塔下部的熱交換器的管外空間進一步與管內(nèi)的觸媒層反應后的熱氣體進行換熱從副線活門控制而來的循環(huán)氣是用來調(diào)節(jié)觸媒層溫度的這部分氣體從塔底部直接進入合成塔氣盒下部在這里氣體被分配到38根冷管的內(nèi)層管內(nèi)由于三套管內(nèi)件其冷管內(nèi)層襯一根極薄的內(nèi)襯管內(nèi)襯管與內(nèi)冷管用滿焊焊死使兩管間形成一層很薄的流動的死氣層由于死氣層起著隔熱作用使冷氣自下而上流經(jīng)內(nèi)襯管時升溫很小一般為35℃氣體升到內(nèi)冷管頂端后而向下通過外管于觸媒層內(nèi)的氣體進行并流換熱冷卻了觸媒層而氣相自身被加熱到觸媒的活性溫度380400℃然后氣體經(jīng)分氣盒的上室進入中心管再進入觸媒層在300表壓及450520℃溫度下借助鐵觸媒進行化學反應而生成氨氣體首先通過絕熱層反應熱不移出用以速度提高上層觸媒的溫度使反應加快然后進入冷管區(qū)以防止觸媒過熱由冷管內(nèi)氣體不斷連續(xù)地移出反應熱反應后的氣體溫度約為480500℃出觸媒筐進入熱交換器內(nèi)與管外氣體進行熱交換將熱量傳給剛進塔的氣體而自身的溫度被降到220℃以下由塔底引出氨含量為914而進入水加熱器列管內(nèi)在管外4060表壓溫度為70℃左右的冷凝液進行換熱隨而出水加熱器進入套管水冷卻器氣體被管外30表壓溫度為2025℃的二次冷卻水冷卻到2540℃其中部分氣態(tài)氨被冷凝進入分離器將其中的液氨分離掉經(jīng)分離后的氣體經(jīng)系統(tǒng)出口調(diào)節(jié)閥控制進入循環(huán)機吸入總管經(jīng)循環(huán)機補充的壓力損失返回壓出總管再進入氨合成塔系統(tǒng)如此循環(huán)由冷凝塔及分離器出來的液氨經(jīng)減壓后進入收集槽收集槽壓力保持在1216表壓液位保持在23液體經(jīng)自動調(diào)節(jié)及渦輪流量計計量后入兩根主管送往671液氨倉庫溶于液氨中的氣體在收集槽內(nèi)由于減壓而放出送往液氨倉庫轉送8012號在氨分離器后設有吹出管線以吹出氨合成過程中在循環(huán)氣中積累的惰性氣體CH4Ar氨合成系統(tǒng)根據(jù)情況可以采用單循環(huán)氣及雙循環(huán)操作所謂雙循環(huán)即若干塔作為Ⅰ循環(huán)其吹出氣為Ⅱ循環(huán)塔的補充氣Ⅱ循環(huán)塔的吹出氣由總管引到氨回收裝置再次冷凝冷卻-20℃分離回收其中氨量經(jīng)氨回收后的氣體送入吹出氣總管供各用戶使用氨循環(huán)機的填函氣分別送入填函氣收集槽分離油水后排入大氣后轉送硫銨液氨氣氨流程由671號二條主管送入670Ⅰ號轉進入各氨系統(tǒng)的蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機前后填料函盒內(nèi)經(jīng)減壓蒸發(fā)使管內(nèi)循環(huán)氣溫度降低蒸發(fā)后的com根主管而送入所需用戶36表壓氨氣送入硝銨Ⅰ號生產(chǎn)硝銨20表壓氨氣經(jīng)氣柜送入硝酸車間生產(chǎn)硝酸用36表壓氨氣管上也配有送3047脫硫用氨氣管邊當669冷凍站投產(chǎn)后冷凍站送來的-20℃液氨送入671到670液氨總管中液氨送入670后轉送入各氨系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機前后盤根盒中減壓蒸發(fā)吸收熱量經(jīng)蒸發(fā)后的氣體送入3620表壓總管內(nèi)由兩頭送入669冷凍站二根主管而降為10表壓操作十一2段生產(chǎn)分析及控制項目2段生產(chǎn)分析及控制項目表見下序號 分析控制項目 控制指標 控制方法 取樣地點 檢查數(shù) 1 新鮮氣含量中各 H2 73575 新鮮氣總管 手動分析 1次班 1 成份 CO 30PPM 新鮮氣總管 色譜 1次班 1 CO2 5PPM 新鮮氣總管 色譜 1次班 1 CH4Ar 20 新鮮氣總管 手動分析 1次班 1 H2N2 2831 新鮮氣總管 手動分析 1次班 2 循環(huán)氣 H2 6269 塔入口管線 色譜 1次班 2 CH4 Ⅰ循環(huán)38Ⅱ10 塔入口管線Ⅱ循環(huán)塔入口 色譜 1次班 3 氨吹出氣 H2 3 CH4 3 NH3 2 吹出管線 手動分析 2次周 3 Ar 3 N2 4 合成塔入口氨含量 3 塔入口管線 手動分析 1次天 4 合成塔出口氨含量 9 塔出口管線 手動分析 1次天 4 氨貯缸氣中NH3 40 收集槽吹出管 手動分析 1次天 4 氨純度分析 995 氣氨總管 手動分析 1次天 十二崗位人員定額崗位人員定額表如下崗位 各崗位總人數(shù) 每班人數(shù) 工資級別 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 循環(huán)機 12 3 5 2 4 1 氨塔 9 2 3 2 4 中空 6 1 4 2 氨庫 13 3 3 2 分析 5 1 1 2 1 其它 段長工長 2 2 4 1 1 1 2 十三原料及產(chǎn)品的物化特性原料特性300atm25℃H2N3序號 項目 單位 數(shù)值 1 熱容 Calmol·℃ 736 2 粘度 泊 1586×10-7 3 導熱系數(shù) Calcms·℃ 3025×10-7 4 焓 Tmol·℃ -5543 5 熵 Tmol -1401 液氨的物性常數(shù)表見下序號 項目 單位 數(shù)值 備注 1 液體比重 Kgm3 0667 20℃ 2 液體沸點 °S -3325 760mmHg 3 Tk臨界 ℃ 1329 4 汽化熱 Kalkg 1123 5 Pr臨界 atm 28363 20℃ 6 粘度 Kg·s㎡ 3736 20℃ 十四動力參數(shù)及廠址選擇動力參數(shù)1供電由劉家峽電廠和永昌電廠提供經(jīng)變壓后分為工業(yè)用電和照明用電分別為380V和36V耗電量17千瓦TNH32冷卻水由水汽車間提供的循環(huán)水和銅洗工段送來的冷凝液水質(zhì)PH8～87總硬度9～11mgl總堿度1～4mglCl-80～90mgl耗用量24Th3工業(yè)水由金川峽水庫提供耗電量2833Th2廠址選擇選擇廠址應從地理位置運輸水源供電三廢處理環(huán)境保護和職工福利五個方面考慮應選在城市規(guī)劃工業(yè)區(qū)商城鎮(zhèn)遠以解決職工生活福利廠址周圍有公路鐵路應選擇在河流的下游廠址盡可能在平坦地帶但應防洪三廢處理廢水經(jīng)處理達到國家標準即可直接排入黃灘廢氣經(jīng)處理達到國家標準即可排入大氣廢渣經(jīng)過處理達到國家標準即可直接排除掉環(huán)境保護改革工藝提高管理水平對三廢進行綜合利用及處理達到國標后排除且全面規(guī)劃合理布局化害為利保護環(huán)境造福人民職工福利為豐富職工業(yè)余文化生活福利區(qū)應設有電影院商店學校飯店公園托兒所等十五勞動保護制度及物品發(fā)放制度1勞動保護制度1盡可能使生產(chǎn)機械化和自動化2消除由于設備不嚴密而產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象3遵守操作規(guī)程4灼傷的設備表面要妥善地加以保護5保證操作人員有一切必要的防護用具6保證生產(chǎn)廠房有必要的通風2勞動保護用品的發(fā)放制度1勞動保護用品發(fā)放原則和標準是根據(jù)實際需要與可能供給2勞動保護用品的更換因按規(guī)定進行3勞動保護用品不能隨便損壞如損壞要賠償調(diào)動工作時要交給原單位不能帶走4勞動保護用品嚴禁非生產(chǎn)時間使用及帶回家5因工作需要增加防護用品必須經(jīng)安全科審查后方可領取6供應科必須經(jīng)安全科審查方可領取7車間領導要經(jīng)常監(jiān)督保護用品的維護和使用情況8對于公用的防護用品必須由專人負責交接班保管使用第二章物料計算一物料計算1繪出物料流程簡圖 V4 V放 新鮮氣 v3 二合成塔進出口氣體的計算單塔生產(chǎn)能力736噸天 v1 氣體量V120000×2438×2473615900Nm3TNH合成氨量V2100017×224131765Nm3TNH出合成塔氣量V3V1-V21458235Nm3TNH合成塔氣體氨含量YNH338×V1V2V3×10038×159001317651458235×1001318三水冷器進出口氣體量的計算1水冷器出口氣量V4根據(jù)公式lgNH341856-10995T由《無機物工藝學》上冊得當T33273306KP285atm時lgNH341865-10995306886根據(jù)系統(tǒng)平衡得V3×氨含量V5V4×氨含量V3V4V51458235×1318V5V4×8861458235V4V5解得V41389115Hm3V569120Hm3四冷凝塔進出口氣體量計算1放空氣量成分計算根據(jù)N23H22NH3理論上耗氫氮氣量4×1000172×224263529Hm3實際消耗新鮮氣定額2800NmTNHV理放V實-V理2800-26352916471Hm3V實放V理放1lgNH316471188615130Hm3放空氣中損失氨含量15130×83861341Hm3放空氣中惰氣含量y放2800×05V實2800×05151309252冷凝塔入口熱氣體V6及其成分V6V4-V實放28001389115×1513028001653985Hm3入口氣含氨量V4×886-1341121735Hm3NH31217351653985×1007363冷凝塔出口熱氣量V7及冷凝液氨含量V8當P310atmT27323296K時出口熱氣氨含量為lgNH341856-10995T647由進出口物料測算得V6×736V8V7×647V6V7V8解得V71638246Hm3V815739Hm34冷凝塔出口熱氣氨含量為V6×00736-V81653985×00136m3NH31059941638246×100647四氨冷器進出口氣體計算氨冷器進出口氣體計算氨冷器的出口物料同合成塔進出口物料氨含量相同yNH338V7×647V10V9×38V7V9V10解得V91592777Hm3V1045469Hm3六物料組成計算各設備進出口氣體成分總表設備名稱 NH3 N2 H2 ArCH4 合計 合成塔 進 380 2203 6609 808 100 出 1318 1950 5851 881 100 水冷器 進 1318 1950 5851 881 100 出 886 2047 6142 925 100 氨分離器 進 886 2047 6142 925 100 出 886 2047 6142 925 100 冷凝塔 排氣進 736 2122 6365 777 100 出 647 2142 6427 784 100 冷氣進 380 2203 6609 808 100 出 380 2203 6609 808 100 蒸發(fā)器 進 647 2142 6427 784 100 出 380 2203 6609 808 100 計算V2V5V放NH3V8V101912＋1341＋15739＋45469131669Hm3相對誤差131765-131669131765×1000073進合成塔氣量15900Hm3而計算的氨冷器量為1592777相對誤差1592777-1590015900×100017第三章熱量衡算一計算依據(jù)1本計算以物料衡算為基準2各設備操作條件與前相同3熱焓以氣態(tài)物料0℃為基準4CP值均用分壓迭加法進行計算ACPN27371-0145×10-2T0144×10-5T2000661P-07557P×10-5BCPH26982075×10-4T015×10-3PCT＞500K時CPNH356853-02646T0356×10-3T20988P0117×10-2P2-02168×10-2TPDCPNH447501200×10-2T03030×10-5T2-02630×10-9T3026×10-2PECPAr4975-0205×10-4T-0305×10-5TP0946×10-8T200046P二冷凝塔熱量計算設Q6熱氣進口帶入熱Q9冷氣進口帶入熱Q10液氨帶入熱Q7熱氣體出口帶出熱Q1冷氣體出口帶出熱Q11液氨帶出熱Q8氨冷凝放出熱1管內(nèi)熱氣體帶入熱T42℃P315atm成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 00736 02122 06365 003885 003885 10000 Pi 23184 66843 200098 1223775 1223775 31500 CPi 165796 73399 70357 81803 50139 441494 CPiYi 12203 15575 44782 03411 01949 77919 1管內(nèi)氣體帶入熱Q6V6224×CP×T1653985224×77917×42241644Kcal2管內(nèi)氨冷凝放出熱量Q8查得汽化熱28071Kcalkg∴Q815731224×11×2807133530Kcal3管外冷氣體帶入熱Q9成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Pi 11590 67192 201575 12322 12322 305000 CPi 154687 73823 70331 82957 50163 434961 CPiYi 05878 16263 46482 03351 02027 74001 Q915900224×74001×526264Kcal4管外液氨帶入熱和帶出熱相互抵消不影響計算液氨在5℃時的焓為H110554-100KcalkgQ8554×17×45739454692242573Kcal5管內(nèi)熱氣體帶出熱Q7T23℃P310atm組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 00647 07142 06427 00392 00392 10000 Pi 20057 66400 1999237 12152 12152 31000 CPi 171830 73585 70341 85309 50146 451211 CPiYi 11117 15762 45208 03344 01966 77397 Q71638246224×77397×23130192Kcal6管內(nèi)液氨帶出熱Q1123℃時熱焓為12582KcalkgQ1115739224×17×12582-1003084Kcal7管外液氨帶出熱Q8-102573Kcal8管外冷凝氣體帶出熱Q1總帶入熱∑Q入Q6Q9Q8Q810241644＋26264＋2573＋33530304011Kcal總帶出熱∑Q出Q1Q7Q810Q11Q113019225733084Q1135849Kcal根據(jù)∑Q入∑Q出Q1∑Q入-135849168162Kcal9求冷氣出口溫度設冷氣出口溫度分別為31℃33℃32℃成分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Pi 11400 66090 198270 12120 12120 30000 Cpi31℃ 132628 73485 70345 86356 50141 412955 Cpi33℃ 131190 73463 70347 86618 50141 411759 Cpi32℃ 131906 73474 70346 86488 50141 41235 Cpiyi31℃ 05040 16189 46491 03489 02026 73235 Cpiyi33℃ 04985 16184 46492 03499 03026 73186 Cpiyi32℃ 05110 16186 46492 03494 03026 73210 t1Q5MCP168162×22415900×732353235℃設t131℃t1Q1MCP168162×22415900×731863237℃設t133℃t1Q1MCP168162×22415900×732103236℃設t132℃∵當假設t132℃時計算的溫度為3236℃3236-32036℃＜05℃∴符合要求10冷凝塔熱量平衡總表入方Kcal 出方Kcal 管內(nèi)熱氣體帶入熱Q6241644 管內(nèi)熱氣體帶出熱Q7130192 管外熱氣體帶入熱Q926264 管內(nèi)液體帶出熱3084 管內(nèi)液氨冷凝熱Q833530 管外液氨帶出熱Q8102573 管外液氨帶入熱Q8102573 管外冷氣帶出熱Q1168162 小計304011 304011 三合成塔熱量計算1入塔氣體帶入熱Q1168162Kcal2氨反應熱Q27766KcalkgNH3×1000kgNH3776600Kcal3出口氣體帶出熱Q3根據(jù)∑Q入∑Q出Q1Q2Q3Q3168162＋776600944762Kcal4求合成塔出口氣體溫度設t185℃t187℃t186℃P290atm組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 01318 01950 05851 004405 004405 10000 Pi 38222 56550 169679 127745 127745 290000 Cpit185℃ 119674 71873 70419 106621 50086 418673 Cpit187℃ 119270 71861 70420 106883 50085 418519 Cpit186℃ 119468 71866 70419 106753 50085 418591 Cpiyit185℃ 15773 14015 41202 04697 02206 77893 Cpiyit187℃ 15720 14013 41203 04708 02206 77850 Cpiyit186℃ 15746 14014 41202 04702 02206 77870 t3Q3×2241458235×7789318628℃t185℃t3Q3×2241458235×7785018638℃t187℃t3Q3×2241458235×7787018633℃t186℃計算溫度為18633℃假設溫度186℃18633℃-186℃033℃＜05∴符合要求5熱量平衡表入方Kcal 出方Kcal 氣體帶入熱168162 氣體帶出熱944762 氨反應熱776600 小計944162 小計944762 四水冷器熱計算1氣體帶入熱量Q3944762Kcal2液氨冷凝熱查《小氮肥廠工藝設計手冊》表10-1-1當t33℃時汽化潛熱為27058KcalkgQ569120224×17×27058141939Kcal3氣體帶出熱Q4t33℃P285atm組分 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 00886 02047 06142 004625 004825 10000 Pi 25251 58340 175647 13181 13181 258000 CPiYi 16133 14970 43186 04007 02321 80617 CPi 182089 73129 70313 86646 50176 462353 Q41389115×80617224164980Kcal4液氨帶出熱Q5查《小氮肥廠工藝設計手冊》表10-1-133℃時焓為13734KcalkgQ569120224×17×373419588Kcal5冷卻水帶走熱Q13Q13Q3Q5-Q4-Q5944762141939-164980-19588902133Kcal6水冷器熱平衡表入方Kcal 出方Kcal 氣體帶入熱Q3944762 氣體帶出熱Q4164980 液氨冷凝熱Q5141939 液氨帶出熱Q519588 冷卻水帶出熱Q13902133 小計1086701 小計算1086701 五氨冷器熱量計算1氣體帶入熱Q7同冷凝塔熱氣帶出熱量相同∴Q30192Kcal2液氨帶入熱Q8同冷凝塔熱氣中液氨帶出熱相同∴Q83084Kcal3氣體中氨冷器放出熱量Q3放5℃查《小氮肥廠工藝設計手冊》表10-1-1汽化潛熱為29741KcalkgQ3放45469224×17×29741102629Kcal4冷量損失Q7Q8Q3放-Q9-Q15×36212Kcal5氣體帶出熱Q9262646液氨帶出熱Q152573Kcal7液氨所需熱Q10Q7Q8Q3放-Q9-3084＋102629－26264－2573＋6212213280Kcal8氨冷器熱量平衡表入方Kcal 出方Kcal 進氣帶入熱130192 氣體帶出熱Q926264 液氨帶入熱Q83084 液氨帶出熱Q152573 氨冷凝放出熱Q3放102629 液氨所需熱Q16213280 冷量損失6212 小計242117 小計242117 第四章設備計算一冷凝塔一計算目的冷凝塔設計的傳熱面積是110m3本計算是驗算傳熱面積是否合適二計算依據(jù)1冷凝塔負荷以最大產(chǎn)量35TNH3h計算2各種物料進出口量成分溫度均按前設計T1按32℃計算3設備規(guī)格1列管φ14×2L4500n618其中包括拉桿10根φ102擋板φ600φ240φ460φ1293管中心距20擋板間距1134已知數(shù)據(jù)熱氣λ00978Kcalmh℃μ1770×10-9kgsm2冷氣λ00995Kcalmh℃μ1660×10-9kgsm2CP值均按第三章計算管外α按湖北化工設計院主編的《氨合塔》p274或6-4-4α0244×06×f2×Q·dH063100·CPHλ033×λdH式中αKcalm2h℃06多塊擋板時氣流成斜流穿國管束及泄露影響傳熱系數(shù)f2為13三角形排列常數(shù)FπD1D22×H1-dHt式中F氣流橫穿管束的平均通氣截面m2H擋板間距mt管間距mD1D2擋板的內(nèi)外徑mG流體的重量流速kgm2h徑向S1πD1D22·h1-d外t軸向環(huán)行擋板車外殼之間的橫截面積S2π4·D12-D221-ββ091d外t2SS1×S2管內(nèi)α均按譚天恩等編的《化工原理》上冊P2425-33式計算α0023λdcom三計算負荷管外冷氣體帶入熱Q926264Kcal管外冷氣體帶出熱Q1168162Kcal熱負荷Q168162-26264×35496643Kcalh四平均溫度差管內(nèi)42℃23℃管間32℃5℃差值10℃18℃Δtm18-10ln1810136五選取α值或K值1管內(nèi)給熱系數(shù)的計算溫度42232325℃P31031523125atm成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 6915 2132 6396 39023 39025 11000 Pi 21609 66625 199875 12195312 12195312 3125 YiCi 168737 73491 70349 86555 50143 449275 YiPi 11668 15668 44995 03378 01957 77666 軸向S2π4D12－D221－β0785×062-01462×〔1-091×00140022〕00645㎡SS1S21200373×006451200490㎡G15900224×104×350049527296kgm2hα10244×06×f2×527296×9811660×10-9×3600×3600×73693×1660×10-9981×00955×104033×0099500141164Kcalm2h℃式中Re125922Pr041753總傳熱系數(shù)K的計算K1d均d內(nèi)內(nèi)d均d外外δλRc以平均面積為準10012001×1548＋0012094×1164＋000240＋00008423Kcalm2h℃4傳熱面積校核FQKΔtm496643423×1368633m2安全系數(shù)11086331274∴換熱器合乎要求二立式蛇管式蒸發(fā)器一計算目的氨冷器設計傳熱面積105m2本計算驗算是否合適二計算依據(jù)1設備規(guī)格CP77666Kcalmol℃M平006915×17＋02132×28＋06396×2＋0019025×16＋401061kgKmolV1653985＋163824621646116Hm2NH3已知di001mλ00978Kcalmh℃μ1770×10-9kgsm2G1646116224×1061×10785×0012×356075727136kghm2ReGdμg5727136×0011770×10-9×981×360091621PrCPμgλ77666×1770×10-9×981×360000978×106104679α10023×λd·Re08·Pr040023×00978001×9162108×com1548Kcalm2h℃2管間給熱系數(shù)計算T3252185℃P30530023025atm成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Pi 11495 66641 199922 12221 12221 3025 CPi 142618 73645 70339 84721 50152 421475 YiCPi 05419 16224 46487 03423 02026 73579 M0038×17＋02203×28＋06609×2＋00404×16＋401040kgKmold00014mλ00995Kcalmh℃μ1660×10-9kgsm2V15900Hm3h徑向S1πD1＋D22h1-d外t314×024＋0462×0113×1-001400200373m2殼體φ2100×24×3855蛇管φ51×11n123操作條件1氣體溫度2氣體壓力3氣體成分4進出口含量上述均按前設計計算液氨蒸發(fā)溫度-5℃4定性溫度下μ00590kgcomλ01025Kcalmh℃α蛇α直1177diR此式根據(jù)《小氮肥廠工藝設計手冊》P323式12-3進行校正式中R蛇管曲率半徑mR的計算Fπ×d均×n×L式中n蛇管根數(shù)L蛇管長度d均蛇管平均直徑N∑lπt12式中t管間距mt17d外∑系數(shù)14N層數(shù)三熱負荷計算液氨蒸發(fā)吸收即為熱負荷QQ16213280×35746480Kcalh四平均溫度差Δtm[23--5]-[5--5]lg2810175℃五傳熱系數(shù)的計算1管內(nèi)給熱示數(shù)的計算T235214℃P31030523075atm成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi進 647 2142 6427 392 392 10000 Pi出 380 2203 6609 404 404 10000 Yi 5135 21725 65180 398 398 10000 Fi 157901 668044 200429 122385 122385 3075 Pi 163448 73703 70336 84132 50155 371774 YiPi 08393 16012 45845 03348 0196 75694 M平005155×17＋021125×28＋06518×2＋00398×16＋401049kgKmolV1638246＋15900216G1614123×1049×35224×0785×00292×1233395291kgm2hRedGH0029×3339529100591641463PrHCPλ0059×7569401025×104904153t17d外17×05100867md均004mL105314×004×126967mN∑lπt1214×6967314×0086719層DLπN6967314×19117mRD211720585mα內(nèi)0023×λd×com×1＋177×dR0023×010250029×164146308×com×1＋177×002905855836Kcalm2h℃2管外給熱系數(shù)計算α80εF100007d外-0610008t外此式由《小氮肥廠工藝設計手冊》P332式12-3-49式中α給熱系數(shù)Kcalm2h℃d外管子外徑εF單位面積熱負荷Kcalm2h設傳熱面積80m2則εF746480809331Kcalm2hα80×9331100007×0051-06×1＋00008×00512287Kcalm2h℃K1d均d內(nèi)λ內(nèi)＋d均d外λ外＋δλ＋RC1405836×29＋402287×51＋001140＋0001513Kcalm2h℃FQKΔtm746480513×1758312m2與假設相遠故計算無效設傳熱面積為79m2則εF746480799447Kcalm2hα80×9447100007×0051-06×1＋0008×00512307Kcalm2h℃K1d均d內(nèi)λ內(nèi)＋d均d外λ外＋δλ＋RC1405836×29＋402307×51＋001140＋0001540Kcalm2h℃FQKΔtm746480540×1757899m2與假設基本相等計算有效三合成塔觸媒的計算一計算目的1觸媒層高度H2觸媒層與外冷管間R03觸媒層與內(nèi)冷管間R2二計算依據(jù)1觸媒填充料2438m32觸媒筐φ724×12中心管φ159×6熱電偶套管φ51絕熱層高度09m冷管φ44×25φ32×25φ24×2n28根3觸媒顆粒平均直徑DP0006m4觸媒層t480℃P292atm5內(nèi)冷管t380℃P294atm外冷管P292atm三觸媒筐計算1求觸媒層高度用量〔072-0152-2×00512×H1＋09－28×00442H1〕×07852438解H166417m總高度664170975417m2觸媒層各項給熱系數(shù)計算a觸媒層給熱系數(shù)αk的計算查《合成氨塔》一書得αk217×λμDe×DeDP08×DP×CPkHk052式中Defke為冷卻層流通截面積fke072－01572－00512-00442×07503182m2De①混合氣體熱容定性溫度t480℃定性壓力P292atm組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi進 00380 02203 06609 00404 00404 1000 Yi出 01318 01950 05851 004405 004405 1000 Yi 00849 020765 06230 004222 00422 1000 Pi 247908 606338 181916 123297 123197 2920 CPi 121668 71517 70658 144132 49934 457909 YiCPi 103303 14851 44020 06086 02110 77397 ②混合氣體粘度組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi進 00849 020765 06230 004223 004223 10000 Ci出 13887 10024 1 11936 1 55847 μi×17 31024 3550912 16677 24671 46762 154643 Mi 17 28 2 16 39 102 Mi12 41231 52915 14142 004223 63246 171956 YiMi12 0350 10988 08811 11936 02671 27660 YiCiMiMi12 1464×10-7 3901×10-7 14893×10-7 4973×10-7 12488×10-7 8591 由《小氮肥廠工藝手冊》P737164式得Um∑YiCiμiMi12∑YiMi1285910×10-72766031059×10-7kgm2混合氣體異熱系數(shù)組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 00849 020765 06230 00425 00425 10005 Pi 1780 335 1568 229 48 80568 TCi 4055 855 24662 3468 710 544392 λCi×10-5 4767 1262 333 239 1522 59837 PCMiYiPCi 151122 69563 97686 96695 20268 435334 TCMYiTCi 344270 262054 207459 100918 63844 978545 λCMYiλi×10-5 40472 17754 153644 14390 02998 229258 PrPPCM29243533467075TrTTCM75397854576951由小氮肥廠工藝設計手冊P759圖1-7-5查得λr17∧mλr×λCM17×229258×10-5×3600×11001403Kcalmh℃∧k2171Kcalm2h℃ｂ管外給熱系數(shù)的計算組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Pi 11172 64768 194305 118776 118776 294 CPi 114466 71469 70616 134276 49957 440784 yicpi 04350 15743 46670 05425 02018 74206 ②混合氣體粘度組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Ci 14018 098232 1000 11217 100 560202 Ui×17 17928 33554 15499 23426 43952 134357 Mi 17 28 2 16 40 103 41231 52915 14142 400 13246 161534 yi 01567 11657 09347 01616 02555 26742 yicimi 6133 38423 14486 4246 11230 74518 由小氮肥廠工藝設計手冊P7371-6-4式查得Um∑YiCiMiMi12∑YiMi1274518×10-72674227866×10-7kgmis③混合氣體導熱系數(shù)定性溫度400℃定性壓力294atm組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Pi 1780 335 1568 229 48 50418 TC 4055 1262 333 239 1512 71859 λC×10-5 4767 855 24662 3408 710 122062 PcmyiPc 6764 738 10363 9252 1939 35698 TcmYiTC 15409 27802 22008 9656 6108 809883 λcmλcmyi×105 1811 1884 16299 1377 0287 21658 PrPPcm2943569882358TrTTcm6738098383104由小氮肥廠工藝設計手冊P759圖1-7-5查得λr199∧mλv×λcm199×2165810-5×3600×110015516Kcalmh℃④管外給熱系數(shù)的計算dMεyimi1040G15900×35×104〔224×0785×00392－00332×28〕2365192kghm2由小氮肥廠工藝設計手冊P7044-5-1式得α00023×αd×Re08×Pr04Re0007×236519227866×10-7×3600165039Pr74206×27866×10-7×360001471×10404868α00023×014710007×16503908×com5409kcalhm2℃C觸媒層與外冷管間的傳熱系數(shù)K01KK010044×10-3K099914kcalhm2℃D冷管給熱系數(shù)αi1熱容計算T38℃P294atm組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Pi 11172 64768 194305 11878 11878 294 CPi 113005 71468 70601 131766 49965 436805 yicpi 04294 15745 4660 05323 02019 7404 混合氣體粘度組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Ci 14011 09771 1000 11038 100 5482 Ui×17 27366 330113 15218 23139 43337 1420713 Mi 17 28 2 16 40 103 41231 52915 14142 400 13246 161534 yi 01567 11657 09347 01616 02555 26742 yicimi×107 6607 37603 14224 4127 11076 73037 Um∑YiMiMi12∑YiMi1273037×10-72674227311×10-7kgmis混合氣體導熱系數(shù)的計算組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 λC×105 4597 855 24592 31542 710 117754 yiλC×105 17469 18836 162528 12743 02868 21444 Pcm∑YiPiC356978Tcm∑YiTiC809830Pr29475697882358Tr6538098380634由小氮肥廠工藝設計手冊P759圖1-7-5查得λr181∧mλr×λm181×21444×10-538799×10-5Kcalms℃0140Kcalmh℃4內(nèi)冷管給熱系數(shù)α由小氮肥廠工藝手冊P7044-5-1式得α0023αd×Re08×Pr04G15900×104×35×224×0785×28×0002229381511kghm2Re002×2938151127312×10-7×3600597774Pr74041×27312×10-738599×10-505037αi0023×38599×10-5×3600002×59777408×com5078kcalhm2℃5內(nèi)外冷管間總傳熱系數(shù)K0i1K0i1569＋1578×7>20132＋0002×3220×295＋0000410084×10-3即K0i992kcalhm2℃四合成塔下部換熱計算一計算目的驗算設計面積F130m2是否合適二計算依據(jù)1換熱器φ724×12副中心管φ76×35列管φ10×15斜鐵l0004mn234根L195m2擋板φ540φ76φ700φ280n80t1253氣體成分流量壓力溫度管內(nèi)壓力290atm管外壓力295atm溫度410-186℃370-32℃材質(zhì)λ40kcalmh℃PC00002三各給熱系數(shù)的計算1管間給熱系數(shù)的計算Cm370-32㏑370321382℃P295atma混合氣熱容計算組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 CPi 95569 72462 70420 100436 50081 388968 YiCPi 03632 15963 46541 04058 02023 72217 CP∑CPiYi72217B混合氣體粘度計算組成 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計 Yi 0038 02203 06609 00404 00404 10000 Ci 054869 087939 100 188645 1000 531453 Mi×10-7 62060 27249 11536 20729 38500 160074 41231 52915 14142 400 63246 211534 yi 05435 10318 08317 01762 02786 28617 yicimi×10-7 53350 27934 10782 2909 9937 56857 Um56857×10-72674221267×10-2K