换热器毕业设计计算说明书1500td合成氨工艺耐硫变换工段第一变换换热器

换热器毕业设计计算说明书1500td合成氨工艺耐硫变换工段第一变换换热器内容摘要：

粗原料气经 CO变换以后，变换气中除 H2外，还有 CO CO 和 CH4等组分，其中以CO2含量最多。 CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵 等氮肥的重要原料。 因此变换气中 CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。 一般采用溶液吸收法脱除 CO2。 根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。 一类是物理吸收法， 利用 CO2 能溶于水或有机溶剂的特性。 如低温甲醇洗法 (Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)，碳酸丙烯酯法。 本次就是采用低温甲醇洗涤法（ Rectisol）。 一类是化学吸收法， 是利用碳酸钾，有机胺和氨水等碱性溶剂为吸收剂，利用 CO2 具有酸性而进行反应将其吸收。 如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化 MDEA 法， MEA法等。 3 去除杂质的主要工段是在 500和 550，即低温甲醇洗及冷冻系统。 从 500和 550出来的气体除 H2外还有残余的 CH4， N2， CO 等杂物。 经 CO变换和 CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的 CO和 CO2。 为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定 CO 和 CO2总含量不得大于 10cm3/m3(体积分数 )。 因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。 目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。 深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻 (100℃ )条件下用液氮吸收分离少量 CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体 100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。 甲烷化法是在催化剂存在下使少量 CO、 CO2与 H2反应生成 CH4和 H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量 (体积分数 )一般应小于 %。 甲烷化法可以将气体中碳的氧化物 (CO+CO2)含量脱除到 10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性气体 CH4的含量。 甲烷化反应如下： CO+3H2→CH 4+H2O =CO2+4H2→CH 4+2H2O =从 1800和 5800空气分离得到的 N2也进入 600工段与 H2混合。 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压， 按照一定的控制比例系统将 3： 1 的氢氮气送入氨合成系统（ 900）工段， 在催化剂的作用下合成氨。 由于氨的合成反应是可逆的，要采用氨分离器将氨与未反应的原料气分离并将没有反应的气体回送入合成塔。 将合成的纯净氨经多级压缩后送入氨库（ 2020）工段。 此工段主要任务是将来自 200的粗煤气进行洗涤、分离和加热变换成为变换煤气和煤气水分别输送到 400和 1000。 工段的主要设备有 B301变换气煤气水分离器、 B302径流洗涤器、 W301第一变换热交换器、 B305雾化器、 W303第三变换热交换器和 W304废热锅炉。 （ W301）设计说明 第一变换热交换器（ W301）是利用生成的高温变换煤气与进入换热器的相对低温的粗煤气进行换热，以达到加热粗煤气同时冷却变换煤气的目的，节省了资源的利用。 依据任务书可知，此设计温差不大因此可选固定管板式换热器， 粗煤气走管程，变换煤气走壳程。 4 介质物性计算 壳程给定的操作压力为 ，进出口温度分别为 和 ，则壳程的定型温度 壳程 进 出。 壳程主要介质组成： 名称 χ 变换煤气的混合摩尔质量： 壳 = χ + χ + χ + χ + χ =44 40％ +28179。 ％ +2179。 ％ +16179。 ％ +28179。 ％ =壳程混合气体各组分质量分数： χ （ = χ 壳= ％ ==％ 同理 χ （ =2％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ 经查表 [1,4555]的在壳程的操作条件下各组分的比热容： =㎏178。 ， = kJ/㎏178。 ， = kJ/㎏178。 ， = kJ/㎏178。 ， = kJ/㎏178。 壳程混合气体的比热容： 壳 = χ （ + χ （ + χ （ + χ （ + χ （ = kJ/㎏178。 经查表 [1,8096]在壳程的操作条件下各组分的黏度： μ =179。 p， μ =179。 p， μ =179。 p，μ =179。 p， μ =179。 p 壳程混合气体的黏度 5 μ 壳 =μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ = p= Pa178。 S 经查表 [1,132145]在壳程的操作条件下各组分的导热系数： λ =833179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =1717179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ 壳程混合气体的导热系数： λ 壳 =λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ = ／㎝ =／㎝178。 ρ 壳 = 壳 壳 壳= （ ） =㎏／ m179。 壳程给定的操作压力为 ，进出口温度分别为 和 ，则壳程的定型温度 管程 进 出。 管程主要介质组成： 名称 χ 变换煤气的混合摩尔质量： 管 = χ + χ + χ + χ + χ =44 ％ +28179。 ％ +2179。 ％ +16179。 ％ +28179。 ％ =壳程混合气体各组分质量分数： 6 χ （ = χ 壳= ％ ==％ 同理 χ （ =％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ 经查表 [1,4555]在壳程的操作条件下各组分的比热容： =㎏178。 ， = kJ/㎏ 178。 ， = kJ/㎏ 178。 ， = kJ/㎏ 178。 ， = kJ/㎏ 178。 壳程混合气体的比热容： 管 = χ （ + χ （ + χ （ + χ （ + χ （ = kJ/㎏ 经查表 [1,8096]在壳程的操作条件下各组分的黏度： μ =179。 p， μ =179。 p， μ =179。 p，μ =179。 p， μ =179。 p 壳程混合气体的黏度 μ 管 =μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ = p= Pa178。 S 经查表 [1,132145]在壳程的操作条件下各组分的导热系数： λ =759179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ 壳程混合气体的导热系数： λ 管 =λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ = ／㎝ =／㎝178。 7 ρ 管 = 管 管 管= （ ） =㎏／ m179。 换热量计算： Q=ω 壳 壳 （ 进 － 出 ） =179。 179。 （ － ） =10941436kJ／ h = 初选 K=420 换热器采用逆流形式，则 = － =－ 200= = － =－ = ≤ 2 ′ = ＋ = P= = = = R= = = = 换热器为单壳程查表可知 = = ′ =179。 = 则换热面积： S= = = 由换热面积参考 [8,1927]初选换热器类型参数如下： 公称直径： DN=800mm 8 公称压力： PN= 管程数： N=1 管子根数： n=797 中心排管数： 31 管程流通截面积： S=178。 换热管长度： L=4500mm 计算换热面积： 计 =178。 流速计算公式为： 壳程的流通面积： 壳 折流板的间距 h取 800mm 换热管取的是 的管子 则 壳 = 由上可知 管 = 所以 壳 = 管 = 管程物质的雷诺数： 管 管 管 管 管 管程物质的普朗特常数： 管 管 管 管 则管程的对流传热系数： 9 管 管 管 管 壳程物质的雷诺数。 壳 壳 壳 壳 壳程物质的普朗特常数： 壳 壳 壳 壳 则壳程的对流传热系数： 壳 壳 壳 壳 壳 由 [2]附录 20表 管内外侧污垢热阻均取： 管 壳 换热器的总传热系数： 壳 壳 管 管 因为 15 = 所以符合要求 管程 压力降计算公式： 管 由 [2]查得管子为 时结垢校正系数为 设管壁粗糙度 则 = 10 由 [2]图 127查得 直管摩擦阻力压降： 弯管摩擦阻力压降： 管程数 壳程数 管程压力降： 管 =143157Pa 操作压力 管 [ ] 则允许压力降 [ ] [ ] 因为 管 [ ] 所以符合要求 壳程压力降计算公式： 壳 [ ′ ′ ] 流体流经管束 的压力降： ′ 壳 壳 管子按三角形排列则 F= 折流板数： √ 所以流经管束的压力降 = 流经折流板缺口压力降： ′ ( ) 壳 壳 壳程数 所以 壳 操作压力为 [ ] 11 则允许压力降 [ ] [ ] 因为 壳 [ ] 所以符合要求 3机械设计 壳程设计压力 壳 管程设计压力 管。