20xx-20xx年合成氨合成工段工艺12

20xx-20xx年合成氨合成工段工艺12内容摘要：

压。 设变换气出换热器的温度为 C168 ，则变换器的平均温度为 C 5,2 0 62)1 6 82 4 5( ，查得水与变换器的物性数据如下： 介质 密度ρ)( 3mkg 比热 容)( CkgkJCp  粘度μ).( sPa ( 导热系数λ )( CmW  水 变换气 96, 55  热量衡算 热负荷 hkjttCqQ CPcm )160168()( 312,     hkjttCqQ cpcm 6312, )  变换气出口温度   CCqQTT hphm  36..12 此 2T 值与原设 CT 1682 相近，故不再试算，以上物行数据有效。 确定换热器的材料和压力等级 考虑到腐蚀性不大，合成氨厂该换热器一般采用碳钢材料，故本设计中也采用碳钢材料。 本设计中压力稍大于 ，为安全设计，采用 的公称压力等级。 流体通道的选择 合成氨厂此换热器中一般是热水走管程，变换气走壳程，这 是因为变换气流量比水大得多，走壳程流道界面大且易于提高其α值的缘故。 本设计亦采用此管、壳程流体的方案。 计算传热温差 首先计算逆流时平均温差： 化学工程系毕业设计（论文） 9 考虑到管程可能是 4程，但壳程数为 1。 查图 229 得 φ Δ t=〉 所以两流体的平均温差为： Δ tm=φ Δ tΔ tm′ = = 选 K 值，估算传热面积 根据生产经验，取 )(200 2 CmWk  ，则 初选换热器型号 由于两流体温差小于 C50 ，故可采用固定管板式换热器。 有附录初选G800VI10100 型换热器，有关参数列表如下： 外壳直径 D 80 管子尺寸 mm φ 25 公称压强 aMP 管子长度 l m 3 公称面积 m2 100 管数 N 44 管程数 Np 6 管心距 t mm 32 管子排列方式 三角形 按上列数据核算管程、壳程的流速及 Re： 管程流通截面积： 管内水的流速： Ctttttm  160164168245ln)160164()168245(ln)2121 16016811 12  tT ttP 16424512 21  tt TTR236 mtk QSm 22 mNNdSPii smSqu iccmi / 10523600 3,   45   cciii ud  化学工程系毕业设计（论文） 10 壳程流通截面积： ocdnDhS  (0 取 24 取折流板间距 :   2 0 0 mmmSh   壳内变换气流速： 当量直径： 计算流体阻力 管程流体阻力   221 NNFppp pti  设管壁粗糙度  为 ，则 d i ,查得摩擦系数    PaNNFppp pti 1 3 5 3 6 1 1221  符合一般要求。 壳程流体阻力   239。 239。 10 NNFppp pt 因为 4 i , 故  nn c,2 21 iciudlp 3,0 0 1 0 1 0 1 1 . 6 5 /3 6 0 0 3 6 0 0 2 . 9 8 0 . 0 8mh hqu m sS   mddtd e 3442 34 22002    400 51 1 . 6 5 2 . 9 8 0 . 0 2 0 2R e 4 . 0 8 1 01 . 7 1 7 1 0ehhdu     ,23 22 icup Paudlpp ici16112 2221    ,2)1( 2020 0uNnFfp hB  ,2)/( 202 uDhNp hB 4 5 )( 2   of化学工程系毕业设计（论文） 11 管子排列为正三角形排列，取 F= 当板数 )(1)1(  hN B 取为 7 取污垢校正系数 Fs=   aMpoop 1 4 3 3 4 20  故管、壳程压力损失均符合要求。 计算传热系数，校正传热面积 管程对流给热系数 i i 壳程对流传热系数α 0 壳程采用弓形折流板，故 计算传热系数 取污垢热阻 kwCmRskwCmRs i   202 , 以管外面积为基准 21 1 1 . 6 50 . 5 0 . 4 2 6 2 4 ( 7 1 ) 2 . 9 8 8 2 7 0 . 2 6 ,2p P a        22 0 .4 1 1 .6 57 ( 3 .5 2 ) 2 .9 8 3 5 3 9 ,0 .8 2p P a        53  h hphi C  )/()( CmWd iiiii  530  c cpcC  )/()( 23/3/100000CmWd w化学工程系毕业设计（论文） 12 计算传热面积 所选换热器实际面积为 20 mdnS   236 mtK QSm 计需 需供SS)/(3034512020593825111200000CmWRsdbdddRsddKmiiii计化学工程系毕业设计（论文） 13 0I1060 型换热器主要参数及计算结果 主要参数 计算结果 外壳直径 mm 公称压强 kg/cm2 公称面积 m2 管程数 管子排列方式 管子尺寸 mm 管长 m 管数 N 管中心距 t mm 管程通道截面积 m2 折流板间距 mm 壳程通道截面积mm 600 10 60 1 三角形排列 φ 25 3 269 32 600 0． 0504 热负荷 kJ/h 传热温差 C 管内液体流速 m/s 管外气体流速 m/s 管内液体雷诺数 管外气体雷诺数 管内液体压降 Pa 管外气体压降 Pa 管内液体对流给热系数 Cmw 2 管外气体对流给热系数 Cmw 2 传热系数计算值  Cmw 2 传热面积需要值 m2 104 104 104 140 9643 103 448 264 安全系数 以上计算表明，选用 6010600  IG 固定管板式列管换热器可用于 合成氨变换工段的余热回收。 所以本次设计使用 6010600  IG 固定管板式换热器。 .3SS 供需化学工程系毕业设计（论文） 14 4 节能措施 以煤为原料的合成氨的特点是生产能力低，吨氨能耗较高。 因此，如何合理、高效利用能源，做好节能降耗工作对合成氨的生产具有重要的意义 [9]。 常压造气氨厂工艺的节能措施有： 造气炉采用微机液压控制系统。 造气用煤合理分配，大、中块造气用，小颗粒及炉渣作为锅炉用煤。 设置造气吹风气锅炉，吹除气夹带的可燃成份及本身的热量加以利用。 采用全低温变换，加入软水取代蒸汽，节省变换 用工艺蒸汽，变换余热加热软水。 脱 CO2 用物理吸收。 合成选用适当压力的废热锅炉，产生的蒸汽在工艺中使用。 合成吹除气用氢回收装置回收氢气，其余 CH4等作为燃料气。 全装置热能综合利用，如合成废热产饱和蒸汽供变换，变换、造气产低压蒸汽供造气，全装置做到蒸汽自给。 综合考虑，在我国已建成的合成氨厂中，大多以煤为原料，且各地根据需求还可能新建一批以煤为原料的装置，近年来合成氨技术发展很快，可供选择的技术很多，应实事求是地根据装置所在地的特点综合考虑，主要应考虑节能降耗、工艺流程，做到配套合理、 投资省、操作稳定可靠。 化学工程系毕业设计（论文） 15 5 世界合成氨工业近期进展及前景展望 由于生态和环保的原因，今后发达国家化肥用量将减少，世界合成氨生产能力将缓慢增长。 虽然使用“无机”氮的生物农业将会有所发展，但是，在以后的 15— 20 年内，生物技， (如固定氮工艺 )还不可能取代合成氨作为化学肥料的主要来源。 现今所有的合成氨消费中，只有 13％是用在化学和工业应用上，其他 87％都用于生产化肥。 因此，氮肥的供应还得继续依靠合成氨的生产。 近几年来，世界合成氨工业的技术进展主要有以下几方面： 1．英国 ICI 公司采用 LCA 工艺流程，在英国的 Severance 氨厂建了两套并列的产量各为 450 吨／天，但只有一套公用工程系统的合成氨装置。 这种生产规模较小的工厂从某些方面来说，仍是有吸引力和竞争力的，如建 3 个 LCA 流程的 500 吨／天工厂就比建一个日产 1500 吨的传统世界规模工厂的投资要低些。 LCA 流程与当今的大型装置流程不同，该法的吨氨能耗为 30． 1GJ，采用气热转化炉取代通用的转化炉，在隔热管式变换器中进行变换，反应热用于制备原料气与蒸汽的饱和气。 变压吸附脱除二氧化碳。 用含钴催化剂作氨合成触媒，合成压力为 8MPa。 2．美国凯洛格公司对氨厂的某些工艺单元 及设备的传统构型进行了改革，开发出了合成氨生产的 4种新技术，即用于氨合成回路的 KAAP 工艺，用于工艺气转化换热的KRES 系统，以计算机为基础的氨厂节能降耗动态控指 KDAC 技术和公用工程蒸汽系统的冷凝液汽提 KICS 技术。 其中 KAAP 工艺将是未来一个很有前途的氨厂改造方案，其合成压力为 7— 9． 1MPa，采用以石墨为载体，涂钉并用铷盐活化的氨合成催化剂，比通常的催化剂活性高 20倍，合成转化率也随之显著提高，能增产 40％左右。 1992 年，采用 KAAP工艺的氨合成塔已在加拿大 Ocelot 制氨公司的 Kismet 厂进行了 工业化生产。 3．德国伍德公司经二十多年来对工艺效率、工厂安全、能量总消耗等方面连续研究结果，推出了低能耗工艺，并于 1991 年在德国 BASF 公司建立了一个日产 1800 吨的工厂。 该厂采用了伍德公司开发的组合自热式转化炉，与传统的二段转炉不同之处在于：转化反应管安装于一个有内衬里的加压设备中，管内装有一段转化催化剂，管下端开口，原料工艺气温度升高到 580℃，自上而下通过管内。 燃料气经水冷喷嘴加氧并进入燃烧室中，通过调整喷嘴的位置和燃烧室的形状设计，使燃烧室内产生涡流，以保证转化反应稳定进行。 转化产生的高温气又用 于加热转化管，以节省能源和投资。 目前，该新型转化炉的工业示范装置的生产能力已达 万 hm/3 ，加压设备内部装有 19 根转化管。 虽然合成氨生产技术的更远的改变时是可以预见的，但是，就目前来说，除对氨厂的个别传统工艺程序、催化剂和设备的较小改进外，至少在今后 10~15 年内，合成氨生产技术还不会发生根本的改变。 世界许多合成氨专家对此意见是一致的，并对今后合成氨工业的发展前景作出如下展望： 化学工程系毕业设计（论文） 16 1． 生产规模不会再扩大 80 年代世界共建成了 110 套合成氨装置，平均生产规模为 1120 吨／天。 目前的。