【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)器的空氣溫度為60℃，甲醇進(jìn)料溫度為15℃，蒸發(fā)溫度為47℃。（1）原料甲醇和空氣帶入的熱量衡算見下表： 原料甲醇和空氣帶入的熱量物料名稱物質(zhì)的量kmolCpm,kJ/(kmol﹒℃)T, ℃熱量1．甲醇152．水153．空氣//0其中：N260O260H2O60合計(jì)//（2）相變熱。甲醇的相變熱：104kJ/kmol水的相變熱：104kJ/kmol則原料甲醇的相變熱為： 104+104=104(kJ)（3）原料氣帶出的熱量見下表表 原料氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量,kmolCpm,kJ/kmol﹒℃)T, ℃熱量,104kJCH3ON47H2O47N247O247合計(jì)//則需補(bǔ)充熱量：104 +104 —104 =104 (kJ)設(shè)蒸發(fā)器用熱水加熱，熱水進(jìn)口溫度為70℃，出口溫度為64℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)k=220〔kcal/(m2﹒h﹒℃)〕=〔kJ/(m2﹒h﹒℃)〕, △t=(1/2)〔(7047)+(6447)〕=20(℃), 則傳熱面積：約需熱水量：現(xiàn)場也可以改用蒸汽，, 120℃的蒸汽加熱變100℃的冷凝水。 過熱器為了防止液體析出，把原料氣升溫至120℃，同時(shí)配入蒸汽。（1）104 kJ, 。（2）配料蒸汽帶入的熱量：設(shè)加入的配料水蒸氣為120℃的飽和蒸汽，其摩爾定壓熱容cpm=104 kJ/(mol﹒℃)(3)：表 三元帶出氣的熱量物料名稱物質(zhì)的量,kmolCpm,kJ/kmol﹒℃)T, ℃熱量,104kJCH3ON120H2O120N2120O2120合計(jì)//則需補(bǔ)充熱量：（——）104 = 104（kJ）：. 氧化器（包括急冷段）（1）104kJ, 見表3. 3（2）反應(yīng)熱（設(shè)反應(yīng)溫度為640℃）以物料衡算中的6個(gè)反應(yīng)方程式為基準(zhǔn)，設(shè)所有反應(yīng)物和產(chǎn)物均為氣態(tài)，表 反應(yīng)放出的熱量反應(yīng)物質(zhì)的量, kmol反應(yīng)熱，105kJ/kmol熱量,105kJCH3OH+1/2H2O→HCHO+H2OCH3OH→HCHO+H2++CH3OH+3/2O2→CO2+2H20CH3OH+O2→CO+2H2OCH3OH+→CH4+H2OCH3OH+O2→HCOOH+H2O合計(jì)即反應(yīng)放出總熱量為：105kJ(3) 冷凝熱轉(zhuǎn)化氣經(jīng)急冷段降溫至90℃。由于轉(zhuǎn)化氣的非理想性，因此可以設(shè)其冷凝量占產(chǎn)品量的12%，633612%=，其中甲醛占30%，30% = （kg）=（kmol）；水占70%，— = （kmol）。表 冷凝熱量物料名稱物質(zhì)的量, kmol相變熱，104kJ/kmol熱量,104kJCH2OH2O合計(jì)104kJ(4) 轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量（溫度為90℃） 轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量, kmolCpm,kJ/kmol﹒℃)T, ℃熱量,104kJCH2O90CH3OH（含HCOOH）90H2O90CO290CO90CH490O290H290N290合計(jì)//氧化工段多余的熱量為：（++—）104 (kJ)設(shè)熱損失為10%，104 90% = 104 （kJ）的余熱可以利用。一般生產(chǎn)長除用其一部分產(chǎn)生熱水（大約35%作蒸發(fā)器加熱熱源）外。設(shè)進(jìn)入系統(tǒng)的軟水溫度為20℃。則所產(chǎn)生的蒸汽量為則產(chǎn)生的蒸汽可用過熱器加熱和配料，這兩方面共需蒸汽量：（+）18 = （kg）,余下2629— = （kg）的蒸汽，（kg）/t(37%CH2O)（），這些多余的水蒸氣可以外輸或并入蒸汽總網(wǎng)。． 吸收塔（包括一吸塔和二吸塔）（1）104 kJ （2）塔頂加水帶入的熱量：，溫度20℃，cpm= (kmol﹒℃)20 = 104 （kJ）(3)生成的產(chǎn)品氣已有12%被冷凝器的急冷段冷凝，余下的被吸收塔冷凝，其量為：CH2O：（表8）— = （kmol）CH3OH（含HCOOH）：+ = （kmol）H2O：（）—= （kmol）表 相變熱量物料名稱物質(zhì)的量, kmol相變熱，104kJ/kmol熱量,104kJCH2OCH3OH（含HCOOH）H2O合計(jì)（4）成品帶出的熱量：成品出料溫度60℃，cpm = (kg﹒℃), 則成品帶出的熱量為633660=104 （kJ） （5）尾氣（溫度25℃）表 尾氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量, kmolCpm,kJ/kmol﹒℃)T, ℃熱量,kJCH2O25CH3OH25H2O25CO225CO25CH425O225H225N225合計(jì)//則吸收工段共需移走熱量：（++——）104 =104 （kJ）設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為35℃，共需冷水量為：第四章 設(shè)備工藝計(jì)算為方便計(jì)算，下面將甲醛生產(chǎn)工藝按蒸發(fā)工段，氧化反應(yīng)工段和吸收工段3部分進(jìn)行表述。 蒸發(fā)工段本工段工藝設(shè)備包括空氣取樣管，甲醇入料泵，甲醇高位槽、空氣堿洗塔、水洗塔、羅茨鼓風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器等。由于場地位于合成氨生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)，空氣較臟，需要經(jīng)凈化出離，因此在 設(shè)計(jì)時(shí)有 空氣洗滌設(shè)備，包括堿洗塔和水洗塔。下面分別作計(jì)算。 空氣進(jìn)管空氣取樣口位于廠區(qū)西邊的小高地上，設(shè)計(jì)將空氣進(jìn)口置于地面上30m處?？諝饬魉偃?0m/s, 空氣量按4000m3/h考慮，取樣管直徑為24000360010π=（m）采用DN400的螺旋鋼管，核算流速為4000/(3600 )=(m/s),符合規(guī)定要求。從取氣口到羅茨鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口處約需80m。 甲醛入料泵和甲醛高位槽本工段的原料來自精甲醛崗位的合格甲醛，它貯藏在精甲醛槽備用，通過甲醛入料泵輸送到四樓的甲醛高位槽并使其有回流，以保證甲醛蒸發(fā)器的物料流量保持穩(wěn)定在2890kg/h。（1） 泵的選擇泵的選擇需要知道輸送條件下的介質(zhì)物性將對(duì)泵的流量，楊程，功率，必需氣蝕余量，結(jié)構(gòu)，材料，操作和使用等方面產(chǎn)生的影響，這些是選泵時(shí)需要考慮的重要因素。物性參數(shù)有：介質(zhì)的名稱，相對(duì)密度，黏度，組成，化學(xué)腐蝕性能，氣體或固體（粒度）含量，蒸汽壓等。設(shè)計(jì)輸送流程如圖3所示：圖3 甲醇輸送流程圖常溫常壓下，甲醇是一種易揮發(fā)易燃的無色液體，密度比水輕，具有很強(qiáng)的毒性。 甲醇蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物，%%（體積分?jǐn)?shù)）。精甲醇中無氣體和固體，甲醇的物性參數(shù)有：密度 黏度（液體） 104Pas(20℃)蒸氣壓力 0℃ 10℃ 20℃ 50℃ 工業(yè)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） CH3OH為98%，H2O為2%在常溫下操作，進(jìn)口側(cè)設(shè)備壓力po=0（表壓），排出泵口壓力p1=（表壓），排出側(cè)p2=（表壓）。流體輸送要求泵流量小，楊程高。設(shè)計(jì)精甲醇槽建于地面上，這樣屬于正壓進(jìn)料，選用普通離心泵即可。① 求管徑d設(shè)管內(nèi)流體的流速為u=，甲醇用量按3000kg/h()計(jì)，則：d=V4πu=4=(m)故選取DN40的不銹鋼管，（ ）=(m/s),符合要求。② 管路設(shè)計(jì)該泵安裝在操作車間一樓地面上，與精甲醇貯槽處于同一水平面上，兩者距離20m。甲醇高位槽設(shè)計(jì)安裝在車間四樓上部的平臺(tái)上，入口距離泵中心高度約14m, 如圖3所示。管路中共有13個(gè)截止閥，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)止回閥，5個(gè)90o 標(biāo)準(zhǔn)彎頭，10個(gè)90o 法蘭連接肘管，閥門按全開考慮，其余管計(jì)30m。 按設(shè)計(jì)規(guī)模，你選擇材質(zhì)為不銹鋼管材：甲醇泵進(jìn)口管： DN50 甲醇泵出口管： DN40甲醇溢流管： DN40甲醇泵出料管： DN50③ 計(jì)算阻力損失Hf：甲醇在20℃104Pas；甲醇在20℃,甲醇在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)Re=104＞4000，所以此流體的流動(dòng)類型屬湍流。b．局部阻力Hf局：查管件和閥門的局部阻力系數(shù)分別是：進(jìn)口突然收縮（大小頭） ζ1 =90o 法蘭連接肘管ζ2 =截止閥（全開）ζ13 =止回閥 ζ4=90o 標(biāo)準(zhǔn)彎頭 ζ5=出口突然擴(kuò)大（大小頭）ζ6 =1Hf局=(δu22g=(+10+3+2+5+1)=(m)阻力損失Hf =Hf直+Hf局 =+=(m)④ 求加功He由于液面上部空間均為大氣壓，故p1=p2=0；甲醇貯罐所在液面和甲醇高位槽液面處的流速均可視為0，由流體流動(dòng)方程式（伯努利方程）得：+0+0+He=14+0+0+所以 He=(m)⑤ 選擇合適的離心泵型號(hào)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選IHF5032250型離心泵較好。該泵流量Q=(m3/h),H=20(m),r=1450(r/min),N=3(kw),。現(xiàn)場選擇2臺(tái)泵，開一備一。（2）甲醇高位槽的選擇甲醇高位槽主要供保證連續(xù)進(jìn)料用，設(shè)計(jì)安放在生產(chǎn)車間的頂部高14m處。設(shè)計(jì)有甲醇入料管口（有一流量計(jì)調(diào)節(jié)流量），甲醇溢流管口，放空口（上部），甲醇出料管口及2個(gè)液位計(jì)口。設(shè)計(jì)為5m3的立式罐，其主要規(guī)格型號(hào)為DN16002000(D﹒H),p≤,表 甲醇高位槽主要接口表序號(hào)用途規(guī)格型號(hào)接口方式備注1甲醇入料管口法蘭——2甲醇溢流管口法蘭——3甲醇出料口法蘭——4放空口法蘭——51，2液位計(jì)口法蘭—— 空氣凈化系統(tǒng)（包括堿洗塔和水洗塔）本設(shè)計(jì)采用煤做原料合成氨生產(chǎn)尿素等化工產(chǎn)品，空氣中含有煤灰塵，硫化物等雜質(zhì)。雖然甲醛裝置用的空氣是來自山上的新鮮空氣，但凈化裝置卻必不可少，故建一套堿洗和水洗裝置有必要。這樣才能使原料空氣得到凈化處理，以免影響催化劑的活性?？諝鈨艋O(shè)備包括：一臺(tái)堿洗塔，一臺(tái)水洗塔并各配置一臺(tái)循環(huán)泵。堿洗塔和水洗塔計(jì)算選型如下：堿洗塔和水洗塔均選擇填料塔且為不銹鋼結(jié)構(gòu)。氣體最大流量 Vg=3546(m3/h), 按3600m3/h計(jì)算空塔速度 u，單位為m2/s塔截面積 S=Vg/u=3600/(36002)=(m2)塔徑 d=(4/)=(m),取d=800(mm)選用不銹鋼材料制造，塔內(nèi)填料選塑料鮑爾環(huán)，表 塑料鮑爾環(huán)特性參數(shù)公稱直徑dp(mm)高厚（H﹒L）mm比表面積a(m2/m3)空隙率m3/m3個(gè)數(shù)（個(gè)/m3）堆積密度rd(kg/m3)干填料因子a/m1濕填料因子a/m13811551580098220200d/dp=800/38=＞8, 符合要求。設(shè)噴淋密度為10m3/(m2h)。堿洗采用3%稀堿溶液，近似為稀堿液，用水配制后使用，則rL=1000（kg/m3）,將空氣假定為純空氣，查表得：取20℃空氣的密度為rg=（kg/m3）20℃水的粘度：rL=106（kgfsm2）=(cP)則液體的用量L=10=（m3/h）=1260(kg/h)氣體流量G=3600（kg/m3）=4644(kg/h)取塑料鮑爾環(huán)的A=由BainHougen關(guān)聯(lián)式 log(uF2ga?3)=(LG)(γgγL)log（220)=(12604644)() 泛點(diǎn)氣速為uF=(m/s),則：=12604644（）=?φuF2gγLγg=200=查Eckert壓降通用關(guān)聯(lián)圖得△p=200〔mmH20/m(填料)〕。其中堿洗塔，水洗塔的填料高度均為4m，塔高6m則填料總壓降=42200=1600（mmH20）=（Pa），壓降非常小。塔附屬設(shè)備：（1）選擇分塊式支撐板，其板外徑D1=798（mm），分塊數(shù)為2，重量為100N。（2）選擇床層限制板固定于塔內(nèi)壁上，來防止填料層在氣體壓力差和負(fù)荷波動(dòng)引起的沖擊作用下發(fā)生竄動(dòng)和膨脹；（3）液體初始分布器選擇排管式多孔分布器，其主管直徑為50mm，管數(shù)為4；（4）每個(gè)塔下部設(shè)有清水補(bǔ)充口，設(shè)有液位計(jì)，體積約1m3，定期更換；（5）水洗塔上部設(shè)置折流板式除霧沫器；（6）選IHF50322500離心泵為循環(huán)泵，Q=（m3/h）,H=20(m),r=1450(r/min),N=(kW),，堿洗罐和水洗罐各配置一臺(tái)。 羅茨鼓風(fēng)機(jī)選型羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)上采用兩個(gè)平行的軸上各裝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的凹角葉輪，其中一根是主動(dòng)軸，通過齒輪傳動(dòng)給另一根軸。操作時(shí)兩個(gè)葉輪不接觸，所以葉輪不需要內(nèi)部潤滑劑，可以輸送干氣體。聯(lián)系實(shí)際情況（地