【正文】 熱溫差 ................................................ 8 選 K 值，估算傳熱面積 ........................................ 9 初選換熱器型號 .............................................. 9 計算流體阻力 ..................................................... 10 管程流體阻力 ............................................... 10 殼程流體阻力 ............................................... 10 計算傳熱系數(shù)，校正傳熱面積 ....................................... 11 管程對流給熱系數(shù) i? ........................................ 11 殼程對流傳熱系數(shù)α 0 ........................................ 11 計算傳熱系數(shù) ............................................... 11 計算傳熱面積 ............................................... 12 4 節(jié)能措施 ............................................................... 14 5 世界合成氨工業(yè)近期進展及前景展望 ....................................... 15 6 總結 ................................................................... 17 參考文獻 ................................................................ 18 致 謝 .................................................................. 19 化學工程系畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 怎樣固氮 氨（ Ammonia），分子式 NH3， 1754 年由英國化學家普里斯特利（ Priestley）加熱氯化銨和石灰石時發(fā)現(xiàn)。 氨從實驗室到工業(yè)生產(chǎn) 艱難的探索 氨的合成反應式： N2+3H2=2NH3 合成氨的化學原理，寫出來，不過這樣一個方程式；但就是這樣一個簡單的化學方程式，從實驗室研究到最終成功、實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，卻經(jīng)歷了約 150 年的艱難探索。其他國家根據(jù)德國發(fā)表的論文也進行了研究，并在哈伯 博施法的基礎上作了一些改進，先后開發(fā)了合成壓力從低壓到高壓的很多其他方法（表 11）。為了擴大原料來源，曾對煤的直接氣化進行了研究。從此，合成氨工業(yè)的原料構成由固體燃料轉向以氣、液態(tài)烴類燃料為主的時期 。在氣化過程中所使用的空氣、水蒸氣或富養(yǎng)空氣 水蒸氣混合氣等稱為汽化劑?？捎谜魵馀c適量的空氣或蒸氣與適量的富養(yǎng)空氣為汽化劑制得，也可用水煤氣與吹風混合配制。 氨合成的化學反應式如下： 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3 這一化學反應具有如下幾個特點： ①該反應是可逆反應：在氯氣和氫氣反應生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣，前者稱為正反應，廳者稱為逆反應。因而鐵系催化劑獲得了廣泛應用。 催化劑還原反應為： FeO ?Fe2O3+4H2=3Fe+4H2O Δ H＝ (kJ 加入 Cao 的作用：為了降低熔融物的熔點和粘度，并使 A12O3易于分散在 FeO ?Fe2O3中，還可提高催化劑的熱穩(wěn)定性。決定生產(chǎn)條件員主要的因素是操作壓力 、溫度、空間速度、化學工程系畢業(yè)設計（論文） 6 氣體組成和催化劑等。 溫度 氨合成反應必須在催化劑的存在下才能進行，而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有催化活性，所以氨合成反應溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)。 從反應平衡的角度來看，當氫氮比接近 3時，可獲得最大的平衡氨濃度。分離氨后的氣體即進入合成塔。 M P a89,02)88,( ???變換氣的平均壓 。有附錄初選G800VI10100 型換熱器，有關參數(shù)列表如下： 外殼直徑 D 800 管子尺寸 mm φ 25 公稱壓強 aMP 管子長度 l m 3 公稱面積 m2 100 管數(shù) N 444 管程數(shù) Np 6 管心距 t mm 32 管子排列方式 三角形 按上列數(shù)據(jù)核算管程、殼程的流速及 Re： 管程流通截面積： 管內(nèi)水的流速： Ctttttm ???????????????? 160164168245ln)160164()168245(ln)2121 16016811 12 ??????? tT ttP 016 8 16 424 512 21 ??????? tt TTR236 mtk QSm ????????22 0 2 3 2 4 mNNdSPii ???????smSqu iccmi / 10523600 3, ??? ??? ?45 ??? ???? ?cciii ud ? ?化學工程系畢業(yè)設計（論文） 10 殼程流通截面積： ?ocdnDhS ?? (0 取 24? 取折流板間距 : ? ? mmmSh ?????? ? 殼內(nèi)變換氣流速： 當量直徑： 計算流體阻力 管程流體阻力 ? ? 221 NNFppp pti ?????? 設管壁粗糙度 ? 為 ，則 ??d? ??i ,查得摩擦系數(shù) ?? ? ? PaNNFppp pti ??????????? 符合一般要求。因此，如何合理、高效利用能源，做好節(jié)能降耗工作對合成氨的生產(chǎn)具有重要的意義 [9]。 全裝置熱能綜合利用，如合成廢熱產(chǎn)飽和蒸汽供變換，變換、造氣產(chǎn)低壓蒸汽供造氣，全裝置做到 蒸汽自給。 LCA 流程與當今的大型裝置流 程不同，該法的噸氨能耗為 30． 1GJ，采用氣熱轉化爐取代通用的轉化爐，在隔熱管式變換器中進行變換，反應熱用于制備原料氣與蒸汽的飽和氣。燃料氣經(jīng)水冷噴嘴加氧并進入燃燒室中，通過調(diào)整噴嘴的位置和燃燒室的形狀設計，使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生渦流，以保證轉化反應穩(wěn)定進行。 2． 天然氣依然是合成氨生產(chǎn)的主要原科 目前全世界合成氨的年產(chǎn)量約為 1． 45 億噸，其中采用原料重油 3％，煤和焦 13％，天然氣 84％。液氨常用作制冷劑 氨合成 是 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎 實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。 在此，向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意！ 張陽 2020． 。 增加壓力將使反應移向生成氨的方向，提高溫度 會將反應移向相反的方向，但溫度過低又使反應速度過小。 氨主要用于制造氮肥和復合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。但考慮到規(guī)模過大，會造成設備制造和運輸、開停車復雜化和長期可靠的原料保證等方面的問題，使整套生產(chǎn)裝置的投資費用大幅度上升。 3．德國伍德公司經(jīng)二十多年來對工藝效率、工廠安全、能量總消耗等方面連續(xù)研究結果，推出了低能耗工藝，并于 1991 年在德國 BASF 公司建立了一個日產(chǎn) 1800 噸的工廠。近幾年來，世界合成氨工業(yè)的技術進展主要有以下幾方面： 1．英國 ICI 公司采用 LCA 工藝流程，在英國的 Severance 氨廠建了兩套并列的產(chǎn)量各為 450 噸／天，但只有一套公用工程系統(tǒng)的合成氨裝置。 合成選用適當壓力的廢熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽在工藝中使用。 所以本次設計使用 6010600 ??? IG 固定管板式換熱器。 計算傳熱溫差 首先計算逆流時平均溫差： 化學工程系畢業(yè)設計（論文） 9 考慮到管程可能是 4程，但殼程數(shù)為 1。設變換器出換熱器時的壓力為 。氣體隨即進入循環(huán)壓縮機，提高壓力并與新鮮氣混合后，流入冷交換器和氨冷卻