【正文】 管束、封頭壓蓋等部件組成，固定管板式換熱器的結(jié)構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊接在殼體上，管板外周圍和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊接在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。固定管板式換熱器結(jié)構簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應力。固定管板式換熱器的特點是：固定管板式換熱器的缺點是：，易產(chǎn)生溫差力，管子腐蝕后連同殼體報廢，設備結(jié)垢場合，壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。理論分析 中變爐是變換工段的主要設備，對其設計必須滿足低汽氣比的要求，從理論上分析，才入爐的反應初期，離平衡比較遠，可逆反應速率起主導作用，當汽氣比增加時，除增加反應物含量外，還造成反應物CO濕含量的降低，對反應速率的降低起主導作用，因此，在保證觸媒安全的前提下，反應初期并不要求很高的汽氣比，實際上反應速率是隨汽氣比的增高而降低的。當反應進入后期，離平衡比較近，此時反應物含量的增高，對平衡向正反應方向移動可起主導作用。因此，適當增加汽氣比是完全必要的。中變爐工藝 常見的變換爐，一般設為三段床層上面的理論分析可知，一段宜采用低汽氣比，但考慮到催化劑的操作溫度，往往還是加入比較高的蒸汽量。一、二段間宜噴水降溫，其調(diào)溫手段靈活，同時取得增加汽氣比的效應，符合觸媒后期變換反應的要求，采用爐內(nèi)噴水比爐外噴水增濕，減少設備，節(jié)省投資，縮短管線，減少阻力。冷流水宜用軟水，若用硬水易造成設備腐蝕，且易結(jié)垢，堵塞催化劑空隙，增大床層阻力。第三段CO變化反應量是比較低的，不必最求增加汽氣比的效應，因此，二、三段間降濕放出的熱，應當用以加熱半水煤氣，以使三段出口的變換氣熱能能夠加以充分利用，且三段入口汽氣比仍遠高于安全狀態(tài)的需要，所以用間接換熱為好。天然氣變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關鍵的一步，因為能否正常生產(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運轉(zhuǎn)的前提條件。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。在本設計中，根據(jù)已知的天然氣組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。首先對中，低變進行了物料和熱量衡算，在計算的基礎上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設備選型，最終完成了本設計的宗旨。設計中一共有中溫廢熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調(diào)溫水換熱器，低變爐幾個主要設備。 由于天然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻資料較多，在本設計中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》和《合成氨工藝學》這兩本書。由于時間有限，設計可能不完善，請各位老師指出。謝謝！第一章 變換工段物料及熱量衡算 中溫變換物料衡算及熱量衡算：已知條件中變爐進口氣體組成：組分CO2COH2N2CH4O2合計%100計算基準：1噸氨計算生產(chǎn)1噸氨需要的變化氣量：（1000/17）（2）= M3(標)因為在生產(chǎn)過程中物量可能回有消耗， M3(標)年產(chǎn)4萬噸合成氨生產(chǎn)能力：日生產(chǎn)量：40000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中CO％小于3％進中變爐的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2O2CH4合計含量，％100M3(標)474假設入中變爐氣體溫度為335攝氏度，取出爐與入爐的溫差為30攝氏度，則出爐溫度為365攝氏度。進中變爐干氣壓力=.：考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取H2O/CO=故V（水）=(標) n(水)=因此進中變爐的變換氣濕組分:組 分CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量％100M3(標)474koml中變爐CO的實際變換率的求?。杭俣褶D(zhuǎn)化氣為100mol，％，要求變換氣中CO含量為2％，故根據(jù)變換反應：CO+H2O＝H2+CO2，則CO的實際變換率為：％=100=74％式中Ya、分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率（濕基）則反應掉的CO的量為：74％=則反應后的各組分的量分別為： H2O％=％％+％=23％CO％=％ ％=％H2％ =％+％％=％CO2％=％+％=％中變爐出口的平衡常數(shù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）=12查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》可知K=12時溫度為397℃。中變的平均溫距為397℃365℃=32℃中變的平均溫距合理，故取的H2O/CO可用。假設CO在一段催化床層的實際變換率為60％。因為進中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量，％100M3(標)474koml假使O2與H2 完全反應，O2 完全反應掉故在一段催化床層反應掉的CO的量為：60％=(標)=出一段催化床層的CO的量為：= M3(標)=故在一段催化床層反應后剩余的H2的量為:+= M3(標)=故在一段催化床層反應后剩余的CO2的量為：474+= M3(標)=出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)koml剩余的H2O的量為：+2=(標)=所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進行計算：已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％）：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml對出變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算：根據(jù)：K=(H2％CO2％)/（H2O％CO％)計算得K=查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》知當K==445℃設平均溫距為30℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：445℃30℃=415℃以知條件：進中變爐溫度：335℃ 出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415℃反應放熱Q：在變化氣中含有CO，H2O，O2，H2 這4種物質(zhì)會發(fā)生以下2種反應：CO +H2O=CO2+H2 （11）O2 + 2H2= 2 H2O （12）這2個反應都是放熱反應。為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準焓（或稱生成焓）計算。以P=1atm，t=25℃為基準的氣體的統(tǒng)一基準焓計算式為：HT=△H0298=Cpdt 式中 HT ——氣體在在TK的統(tǒng)一基準焓，kcal/kmol()；△H0298 ——該氣體在25℃下的標準生成熱，kcal/kmol()；T——絕對溫度，K；Cp ——氣體的等壓比熱容，kcal/（kmol.℃）[（kmol.℃）]氣體等壓比熱容與溫度的關系有以下經(jīng)驗式：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+…… 式中A0、AAA3……氣體的特性常數(shù)將式代入式積分可得統(tǒng)一基準焓的計算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 式中常數(shù)a0、aaaa4與氣體特性常數(shù)及標準生成熱的關系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4a0=△H0298－－a2－a3－a4采用氣體的統(tǒng)一基準焓進行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應如何進行，步驟有多少，只要計算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。△H=（∑niHi）始－（∑niHi）末 式中△H ——過程熱效應，其值為正