【文章內(nèi)容簡介】 壓 。設(shè)變換氣出換熱器的溫度為 C?168 ，則變換器的平均溫度為 C???? 5,2 0 62)1 6 82 4 5( ，查得水與變換器的物性數(shù)據(jù)如下： 介質(zhì) 密度ρ)( 3mkg 比熱 容)( CkgkJCp ?? 粘度μ).( sPa? ( 導(dǎo)熱系數(shù)λ )( CmW ?? 水 變換氣 96, 55 ???? 熱量衡算 熱負(fù)荷 hkjttCqQ CPcm )160168()( 312, ??????? ? ? ? hkjttCqQ cpcm 6312, ) ???????? 變換氣出口溫度 ? ? CCqQTT hphm ????????? 36..12 此 2T 值與原設(shè) CT ??1682 相近，故不再試算，以上物行數(shù)據(jù)有效。 確定換熱器的材料和壓力等級 考慮到腐蝕性不大，合成氨廠該換熱器一般采用碳鋼材料，故本設(shè)計(jì)中也采用碳鋼材料。本設(shè)計(jì)中壓力稍大于 ，為安全設(shè)計(jì)，采用 的公稱壓力等級。 流體通道的選擇 合成氨廠此換熱器中一般是熱水走管程，變換氣走殼程，這 是因?yàn)樽儞Q氣流量比水大得多，走殼程流道界面大且易于提高其α值的緣故。本設(shè)計(jì)亦采用此管、殼程流體的方案。 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。 查圖 229 得 φ Δ t=〉 所以兩流體的平均溫差為： Δ tm=φ Δ tΔ tm′ = =? 選 K 值，估算傳熱面積 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，取 )(200 2 CmWk ??? ，則 初選換熱器型號 由于兩流體溫差小于 C?50 ，故可采用固定管板式換熱器。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 80 管子尺寸 mm φ 25 公稱壓強(qiáng) aMP 管子長度 l m 3 公稱面積 m2 100 管數(shù) N 44 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 16424512 21 ??????? tt TTR236 mtk QSm ????????22 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 : ? ? 2 0 0 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 1 3 5 3 6 1 1221 ??????????? 符合一般要求。 殼程流體阻力 ? ? 239。239。10 NNFppp pt?????? 因?yàn)? 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化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 管子排列為正三角形排列，取 F= 當(dāng)板數(shù) )(1)1( ????? hN B 取為 7 取污垢校正系數(shù) Fs= ? ? aMpoop 1 4 3 3 4 20 ???????? 故管、殼程壓力損失均符合要求。 計(jì)算傳熱系數(shù)，校正傳熱面積 管程對流給熱系數(shù) i? ??i 殼程對流傳熱系數(shù)α 0 殼程采用弓形折流板，故 計(jì)算傳熱系數(shù) 取污垢熱阻 kwCmRskwCmRs i ?? ???? 202 , 以管外面積為基準(zhǔn) 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??????????????????????化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 計(jì)算傳熱面積 所選換熱器實(shí)際面積為 20 mdnS ?????? ? 236 mtK QSm??? ?????計(jì)需 ??需供SS)/(3034512020593825111200000CmWRsdbdddRsddKmiiii????????????????????計(jì)化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 0I1060 型換熱器主要參數(shù)及計(jì)算結(jié)果 主要參數(shù) 計(jì)算結(jié)果 外殼直徑 mm 公稱壓強(qiáng) kg/cm2 公稱面積 m2 管程數(shù) 管子排列方式 管子尺寸 mm 管長 m 管數(shù) N 管中心距 t mm 管程通道截面積 m2 折流板間距 mm 殼程通道截面積mm 600 10 60 1 三角形排列 φ 25 3 269 32 600 0． 0504 熱負(fù)荷 kJ/h 傳熱溫差 C? 管內(nèi)液體流速 m/s 管外氣體流速 m/s 管內(nèi)液體雷諾數(shù) 管外氣體雷諾數(shù) 管內(nèi)液體壓降 Pa 管外氣體壓降 Pa 管內(nèi)液體對流給熱系數(shù)? ?Cmw ??2 管外氣體對流給熱系數(shù)? ?Cmw ??2 傳熱系數(shù)計(jì)算值 ? ?Cmw ??2 傳熱面積需要值 m2 104 104 104 140 9643 103 448 264 安全系數(shù) 以上計(jì)算表明，選用 6010600 ??? IG 固定管板式列管換熱器可用于 合成氨變換工段的余熱回收。 所以本次設(shè)計(jì)使用 6010600 ??? IG 固定管板式換熱器。 .3SS ??供需化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 4 節(jié)能措施 以煤為原料的合成氨的特點(diǎn)是生產(chǎn)能力低，噸氨能耗較高。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]。 常壓造氣氨廠工藝的節(jié)能措施有： 造氣爐采用微機(jī)液壓控制系統(tǒng)。 造氣用煤合理分配，大、中塊造氣用，小顆粒及爐渣作為鍋爐用煤。 設(shè)置造氣吹風(fēng)氣鍋爐，吹除氣夾帶的可燃成份及本身的熱量加以利用。 采用全低溫變換，加入軟水取代蒸汽，節(jié)省變換 用工藝蒸汽，變換余熱加熱軟水。 脫 CO2 用物理吸收。 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。 合成吹除氣用氫回收裝置回收氫氣，其余 CH4等作為燃料氣。 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。 綜合考慮，在我國已建成的合成氨廠中，大多以煤為原料，且各地根據(jù)需求還可能新建一批以煤為原料的裝置，近年來合成氨技術(shù)發(fā)展很快，可供選擇的技術(shù)很多，應(yīng)實(shí)事求是地根據(jù)裝置所在地的特點(diǎn)綜合考慮，主要應(yīng)考慮節(jié)能降耗、工藝流程，做到配套合理、 投資省、操作穩(wěn)定可靠。 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 5 世界合成氨工業(yè)近期進(jìn)展及前景展望 由于生態(tài)和環(huán)保的原因，今后發(fā)達(dá)國家化肥用量將減少，世界合成氨生產(chǎn)能力將緩慢增長。雖然使用“無機(jī)”氮的生物農(nóng)業(yè)將會(huì)有所發(fā)展，但是，在以后的 15— 20 年內(nèi)，生物技， (如固定氮工藝 )還不可能取代合成氨作為化學(xué)肥料的主要來源?，F(xiàn)今所有的合成氨消費(fèi)中，只有 13％是用在化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用上，其他 87％都用于生產(chǎn)化肥。因此，氮肥的供應(yīng)還得繼續(xù)依靠合成氨的生產(chǎn)。近幾年來，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 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。這種生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠從某些方面來說，仍是有吸引力和競爭力的，如建 3 個(gè) LCA 流程的 500 噸／天工廠就比建一個(gè)日產(chǎn) 1500 噸的傳統(tǒng)世界規(guī)模工廠的投資要低些。 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。變壓吸附脫除二氧化碳。用含鈷催化劑作氨合成觸媒，合成壓力為 8MPa。 2．美國凱洛格公司對氨廠的某些工藝單元 及設(shè)備的傳統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行了改革，開發(fā)出了合成氨生產(chǎn)的 4種新技術(shù)，即用于氨合成回路的 KAAP 工藝，用于工藝氣轉(zhuǎn)化換熱的KRES 系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的氨廠節(jié)能降耗動(dòng)態(tài)控指 KDAC 技術(shù)和公用工程蒸汽系統(tǒng)的冷凝液汽提 KICS 技術(shù)。其中 KAAP 工藝將是未來一個(gè)很有前途的氨廠改造方案，其合成壓力為 7— 9． 1MPa，采用以石墨為載體，涂釘并用銣鹽活化的氨合成催化劑，比通常的催化劑活性高 20倍，合成轉(zhuǎn)化率也隨之顯著提高，能增產(chǎn) 40％左右。 1992 年，采用 KAAP工藝的氨合成塔已在加拿大 Ocelot 制氨公司的 Kismet 廠進(jìn)行了 工業(yè)化生產(chǎn)。 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(jié)果，推出了低能耗工藝，并于 1991 年在德國 BASF 公司建立了一個(gè)日產(chǎn) 1800 噸的工廠。該廠采用了伍德公司開發(fā)的組合自熱式轉(zhuǎn)化爐，與傳統(tǒng)的二段轉(zhuǎn)爐不同之處在于：轉(zhuǎn)化反應(yīng)管安裝于一個(gè)有內(nèi)襯里的加壓設(shè)備中，管內(nèi)裝有一段轉(zhuǎn)化催化劑，管下端開口，原料工藝氣溫度升高到 580℃，自上而下通過管內(nèi)。燃料氣經(jīng)水冷噴嘴加氧并進(jìn)入燃燒室中，通過調(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。轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的高溫氣又用 于加熱轉(zhuǎn)化管，以節(jié)省能源和投資。目前，該新型轉(zhuǎn)化爐的工業(yè)示范裝置的生產(chǎn)能力已達(dá) 萬 hm/3 ，加壓設(shè)備內(nèi)部裝有 19 根轉(zhuǎn)化管。 雖然合成氨生產(chǎn)技術(shù)的更遠(yuǎn)的改變時(shí)是可以預(yù)見的，但是，就目前來說，除對氨廠的個(gè)別傳統(tǒng)工藝程序、催化劑和設(shè)備的較小改進(jìn)外，至少在今后 10~15 年內(nèi)，合成氨生產(chǎn)技術(shù)還不會(huì)發(fā)生根本的改變。世界許多合成氨專家對此意見是一致的，并對今后合成氨工業(yè)的發(fā)展前景作出如下展望： 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1． 生產(chǎn)規(guī)模不會(huì)再擴(kuò)大 80 年代世界共建成了 110 套合成氨裝置，平均生產(chǎn)規(guī)模為 1120 噸／天。目前的