【正文】 熱溫差 ................................................ 8 選 K 值，估算傳熱面積 ........................................ 9 初選換熱器型號(hào) .............................................. 9 計(jì)算流體阻力 ..................................................... 10 管程流體阻力 ............................................... 10 殼程流體阻力 ............................................... 10 計(jì)算傳熱系數(shù)，校正傳熱面積 ....................................... 11 管程對(duì)流給熱系數(shù) i? ........................................ 11 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)α 0 ........................................ 11 計(jì)算傳熱系數(shù) ............................................... 11 計(jì)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(jìn)展及前景展望 ....................................... 15 6 總結(jié) ................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ................................................................ 18 致 謝 .................................................................. 19 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 怎樣固氮 氨（ Ammonia），分子式 NH3， 1754 年由英國(guó)化學(xué)家普里斯特利（ Priestley）加熱氯化銨和石灰石時(shí)發(fā)現(xiàn)。 氨從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn) 艱難的探索 氨的合成反應(yīng)式： N2+3H2=2NH3 合成氨的化學(xué)原理，寫(xiě)出來(lái)，不過(guò)這樣一個(gè)方程式；但就是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式，從實(shí)驗(yàn)室研究到最終成功、實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，卻經(jīng)歷了約 150 年的艱難探索。其他國(guó)家根據(jù)德國(guó)發(fā)表的論文也進(jìn)行了研究，并在哈伯 博施法的基礎(chǔ)上作了一些改進(jìn)，先后開(kāi)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(kuò)大原料來(lái)源，曾對(duì)煤的直接氣化進(jìn)行了研究。從此，合成氨工業(yè)的原料構(gòu)成由固體燃料轉(zhuǎn)向以氣、液態(tài)烴類(lèi)燃料為主的時(shí)期 。在氣化過(guò)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(chēng)為汽化劑。可用蒸氣與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(fēng)混合配制。 氨合成的化學(xué)反應(yīng)式如下： 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3 這一化學(xué)反應(yīng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)： ①該反應(yīng)是可逆反應(yīng)：在氯氣和氫氣反應(yīng)生成氨的同時(shí)，氨也分解成氫氣和氮?dú)?，前者稱(chēng)為正反應(yīng)，廳者稱(chēng)為逆反應(yīng)。因而鐵系催化劑獲得了廣泛應(yīng)用。 催化劑還原反應(yīng)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(diǎn)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(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 氣體組成和催化劑等。 溫度 氨合成反應(yīng)必須在催化劑的存在下才能進(jìn)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(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)。 從反應(yīng)平衡的角度來(lái)看，當(dāng)氫氮比接近 3時(shí)，可獲得最大的平衡氨濃度。分離氨后的氣體即進(jìn)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(guān)參數(shù)列表如下： 外殼直徑 D 800 管子尺寸 mm φ 25 公稱(chēng)壓強(qiáng) aMP 管子長(zhǎng)度 l m 3 公稱(chēng)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(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dāng)量直徑： 計(jì)算流體阻力 管程流體阻力 ? ? 221 NNFppp pti ?????? 設(shè)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(duì)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(dāng)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(zhuǎn)化爐取代通用的轉(zhuǎn)化爐，在隔熱管式變換器中進(jìn)行變換，反應(yīng)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(jìn)入燃燒室中，通過(guò)調(diào)整噴嘴的位置和燃燒室的形狀設(shè)計(jì)，使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生渦流，以保證轉(zhuǎn)化反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)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(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎 實(shí)、寬廣的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。 在此，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 張陽(yáng) 2020． 。 增加壓力將使反應(yīng)移向生成氨的方向，提高溫度 會(huì)將反應(yīng)移向相反的方向，但溫度過(guò)低又使反應(yīng)速度過(guò)小。 氨主要用于制造氮肥和復(fù)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(guò)大，會(huì)造成設(shè)備制造和運(yùn)輸、開(kāi)停車(chē)復(fù)雜化和長(zhǎng)期可靠的原料保證等方面的問(wèn)題，使整套生產(chǎn)裝置的投資費(fèi)用大幅度上升。 3．德國(guó)伍德公司經(jīng)二十多年來(lái)對(duì)工藝效率、工廠(chǎng)安全、能量總消耗等方面連續(xù)研究結(jié)果，推出了低能耗工藝，并于 1991 年在德國(guó) BASF 公司建立了一個(gè)日產(chǎn) 1800 噸的工廠(chǎng)。近幾年來(lái)，世界合成氨工業(yè)的技術(shù)進(jìn)展主要有以下幾方面： 1．英國(guó) ICI 公司采用 LCA 工藝流程，在英國(guó)的 Severance 氨廠(chǎng)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(dāng)壓力的廢熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽在工藝中使用。 所以本次設(shè)計(jì)使用 6010600 ??? IG 固定管板式換熱器。 計(jì)算傳熱溫差 首先計(jì)算逆流時(shí)平均溫差： 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 考慮到管程可能是 4程，但殼程數(shù)為 1。設(shè)變換器出換熱器時(shí)的壓力為 。氣體隨即進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)，提高壓力并與新鮮氣混合后，流入冷交換器和氨冷卻