-13-合成氨的設(shè)備選型計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13415合成氨的設(shè)備選型計算案例 176991.1合成塔設(shè)計 182511.1.1合成塔筒體設(shè)計 144641.1.2催化劑層設(shè)計 2305191.1.3下?lián)Q熱器 7308101.1.4層間換熱器 83791.2輔助設(shè)備選型 952971.2.1廢熱鍋爐 947841.2.2熱交換器 10264941.2.3水冷器 10234581.2.4冷交換器 11191291.2.5氨冷器 121.1合成塔設(shè)計1.1.1合成塔筒體設(shè)計為滿足生產(chǎn)要求，本設(shè)計確定合成塔的直徑為2200mm。塔厚度設(shè)計：合成塔在操作壓力，操作溫度左右，合成塔塔壁材質(zhì)的性能需要耐腐蝕，要求合成塔能在高溫高壓下工作，合成塔的材質(zhì)在高溫高壓不發(fā)生變形，故選擇用0Cr18Ni10Ti制造。筒體厚度：取，，查有關(guān)數(shù)據(jù)得到，由內(nèi)壓容器的厚度設(shè)計公式：取經(jīng)水壓試驗強度校核后滿足：160，2200。1.1.2催化劑層設(shè)計（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：裝填A(yù)106型合成塔催化劑，主要活性成分四氧化三鐵，該催化劑抗毒性能強，熱穩(wěn)定性高。將合成塔的催化床層劃為三段，對各段催化層計算如下原料氣的摩爾流率：無惰性氣體分解基流量：（2）將整個催化劑床層分成三段，分段計算：①假設(shè)第一段催化層溫度，第一段氣體溫度查物料數(shù)據(jù)：第一段平均溫度，由，查，由聯(lián)立方程式×(-)其中表示第n－1段至n段催化劑用量為入塔氨分解基無惰性氣體體積流量為催化劑活性系數(shù)，，為第n段進出口反應(yīng)速度倒數(shù)第一催化層氨氣生成量為：出口氨含量：由公式：，由公式：實際出口氨含量：計算A1,1(回推)由A106催化劑活性曲線查，當=390℃，=0.025時當=480℃，=0.095時=[+]÷2=8.6×10-5第一段催化劑用量：②第二催化層的計算氣體離開第一層后與冷激氣發(fā)生作用，溫度下降到400℃，然后進入第二床層進行反應(yīng)。設(shè)冷激氣的量占總?cè)胨獾?5%，則進第二絕熱床層摩爾流量：無惰性氣體氨分解基流量：11.8%，則第二層無惰性氣體進出口氨含量：冷激后氨的含量：生成氨的摩爾流量：假設(shè)第二段出口溫度為480℃，則，查出kJ/kmolNH3由A106催化劑活性曲線查，當=400℃時，=0.0503，時當=480℃時，=0.141時=[＋]÷2＝11.4×10-5則第二催化段放熱：③第三段催化層計算（n=3）首先假定催化劑層溫度，由出第二段氣體溫度設(shè)y0.3=0.1554，設(shè)出口氨含量為16.5%，則：，進入第三段氣體量為：則:平均溫度由，=0.118查HT3=67388.4kJ/kmolNH3查A106催化劑活性曲線查，當=410℃，=0.141時當=480℃，=0.195時=[+]÷2=16.95×10-5第三段催化劑用量：④各段絕熱床層的高度計算由公式近似計算，取塔內(nèi)徑，結(jié)合公式得到：=1200mm=2340mm=3500mm⑤確定塔體上各種進出管的直徑：冷氣進出口及冷副線進口：選取公稱直徑DN=100mm的無縫鋼管；熱氣進口：選取公稱直徑DN=100mm的無縫鋼管；熱氣出口：選取公稱直徑DN=150mm的無縫鋼管；冷激氣進口：選取公稱直徑DN=80mm的無縫鋼管。1.1.3下?lián)Q熱器（1）選，無縫鋼管的列管式換熱器。進入下?lián)Q熱器冷物料溫度188.5℃，物料出口溫度325℃進入下?lián)Q熱器熱氣入口溫度480℃，物料出口溫度355℃（2）下?lián)Q熱器所釋放的熱量：（3）傳熱系數(shù)K查閱《小氮肥設(shè)計手冊》，則取K的值為（4）的計算實際換熱面積與計算值是1.2~2.0的比例關(guān)系，本設(shè)計取1.5的比值。換熱管根數(shù)：經(jīng)過核算，滿足設(shè)計要求。1.1.4層間換熱器，長度為4m的無縫鋼管。進入層間換熱器冷物料溫度325℃，出換熱器物料溫度390℃進入層間換熱器熱物料溫度480℃，出換熱器物料溫度410℃（2）層間所釋放的熱量：（3）傳熱系數(shù)K查閱《小氮肥設(shè)計手冊》，取K為420=（4）的計算換熱管根數(shù)為：設(shè)換熱管為正六邊形排列，則：管間12m，根據(jù)設(shè)計手冊查取，取正六邊形排列層數(shù)，實取42層六邊形對角線排管根取板間距，取則設(shè)備直徑確定換熱器直徑1100mm經(jīng)過核算，滿足設(shè)計要求。1.2輔助設(shè)備選型1.2.1廢熱鍋爐選臥式U型換熱管，高壓管尺寸從合成塔來的熱氣溫度，去熱交換器的氣體溫度鍋爐進口軟水溫度，生成蒸氣飽和溫度廢熱鍋爐所釋放的熱量：傳熱系數(shù)K，取K的值為傳熱溫差傳熱面積實際換熱面積一根長度為8.8m的U型管，則管數(shù)根1.2.2熱交換器（1）選尺寸為無縫鋼管的列管式換熱管，冷氣走殼程，熱氣走管程。從合成塔來的冷氣溫度，去水冷器的氣體溫度從廢熱鍋爐來的熱氣溫度，返回合成塔的熱氣溫度（2）熱交換器所釋放的熱量：（3）傳熱系數(shù)K，取K的值為（4）傳熱溫差（5）傳熱面積實際換熱面積按一根U型管4m，需列管數(shù)根1.2.3水冷器（1）選尺寸為換熱管的淋灑式排管冷卻器。冷卻水進入水冷器溫度，冷卻水離開水冷器溫度氣體進入水冷器溫度，氣體離開水冷器溫度（2）水冷器所釋放的熱量：（3）傳熱系數(shù)K，取K的值為（4）傳熱溫差（5）傳熱面積實際換熱面積排管數(shù)，實際生產(chǎn)中取14排。1.2.4冷交換器（1）選擇尺寸為的無縫鋼管的列管式換熱管，冷氣走殼程，熱氣走管程。從氨冷器來的氣體溫度，流向循環(huán)機的循環(huán)氣溫度從氨分離器來的混合氣溫度，流向氨冷器的氣體溫度（2）冷交換器所釋放的熱量：（3）傳熱系數(shù)K，取K的值為（4）傳熱溫差（5