【文章內(nèi)容簡介】 粗原料氣經(jīng) CO變換以后，變換氣中除 H2外，還有 CO CO 和 CH4等組分，其中以CO2含量最多。 CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨 等氮肥的重要原料。因此變換氣中 CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法， 利用 CO2 能溶于水或有機溶劑的特性。 如低溫甲醇洗法 (Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)，碳酸丙烯酯法。 本次就是采用低溫甲醇洗滌法（ Rectisol）。一類是化學(xué)吸收法， 是利用碳酸鉀，有機胺和氨水等堿性溶劑為吸收劑，利用 CO2 具有酸性而進行反應(yīng)將其吸收。 如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化 MDEA 法， MEA法等 。 3 去除雜質(zhì)的主要工段是在 500和 550，即低溫甲醇洗及冷凍系統(tǒng)。從 500和 550出來的氣體除 H2外還有殘余的 CH4， N2， CO 等雜物。 經(jīng) CO變換和 CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的 CO和 CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定 CO 和 CO2總含量不得大于 10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù) )。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍 (100℃ )條件下用液氮吸收分離少量 CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量 CO、 CO2與 H2反應(yīng)生成 CH4和 H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量 (體積分?jǐn)?shù) )一般應(yīng)小于 %。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物 (CO+CO2)含量脫除到 10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性氣體 CH4的含量。甲烷化反應(yīng)如下： CO+3H2→CH 4+H2O =CO2+4H2→CH 4+2H2O =從 1800和 5800空氣分離得到的 N2也進入 600工段與 H2混合。 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓， 按照一定的控制比例系統(tǒng)將 3： 1 的氫氮氣送入氨合成系統(tǒng)（ 900）工段， 在催化劑的作用下合成氨。 由于氨的合成反應(yīng)是可逆的，要采用氨分離器將氨與未反應(yīng)的原料氣分離并將沒有反應(yīng)的氣體回送入合成塔。將合成的純凈氨經(jīng)多級壓縮后送入氨庫（ 2020）工段。 此工段主要任務(wù)是將來自 200的粗煤氣進行洗滌、分離和加熱變換成為變換煤氣和煤氣水分別輸送到 400和 1000。工段的主要設(shè)備有 B301變換氣煤氣水分離器、 B302徑流洗滌器、 W301第一變換熱交換器、 B305霧化器、 W303第三變換熱交換器和 W304廢熱鍋爐。 （ W301）設(shè)計說明 第一變換熱交換器（ W301）是利用生成的高溫變換煤氣與進入換熱器的相對低溫的粗煤氣進行換熱，以達(dá)到加熱粗煤氣同時冷卻變換煤氣的目的，節(jié)省了資源的利用。 依據(jù)任務(wù)書可知，此設(shè)計溫差不大因此可選固定管板式換熱器， 粗煤氣走管程，變換煤氣走殼程。 4 介質(zhì)物性計算 殼程給定的操作壓力為 ，進出口溫度分別為 和 ，則殼程的定型溫度 殼程 進 出 。 殼程主要介質(zhì)組成： 名稱 χ 變換煤氣的混合摩爾質(zhì)量： 殼 = χ + χ + χ + χ + χ =44 40％ +28179。 ％ +2179。 ％ +16179。 ％ +28179。 ％ =殼程混合氣體各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)： χ （ = χ 殼= ％ ==％ 同理 χ （ =2％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ 經(jīng)查表 [1,4555]的在殼程的操作條件下各組分的比熱容： =㎏178。 ， = kJ/㎏178。 ， = kJ/㎏178。 ， = kJ/㎏178。 ， = kJ/㎏178。 殼程混合氣體的比熱容： 殼 = χ （ + χ （ + χ （ + χ （ + χ （ = kJ/㎏178。 經(jīng)查表 [1,8096]在殼程的操作條件下各組分的黏度： μ =179。 p， μ =179。 p， μ =179。 p，μ =179。 p， μ =179。 p 殼程混合氣體的黏度 5 μ 殼 =μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ = p= Pa178。 S 經(jīng)查表 [1,132145]在殼程的操作條件下各組分的導(dǎo)熱系數(shù)： λ =833179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =1717179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ 殼程混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)： λ 殼 =λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ = ／㎝ =／㎝178。 ρ 殼 = 殼 殼 殼= （ ） =㎏／ m179。 殼程給定的操作壓力為 ，進出口溫度分別為 和 ，則殼程的定型溫度 管程 進 出 。 管程主要介質(zhì)組成： 名稱 χ 變換煤氣的混合摩爾質(zhì)量： 管 = χ + χ + χ + χ + χ =44 ％ +28179。 ％ +2179。 ％ +16179。 ％ +28179。 ％ =殼程混合氣體各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 6 χ （ = χ 殼= ％ ==％ 同理 χ （ =％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ ， χ （ =％ 經(jīng)查表 [1,4555]在殼程的操作條件下各組分的比熱容： =㎏178。 ， = kJ/㎏ 178。 ， = kJ/㎏ 178。 ， = kJ/㎏ 178。 ， = kJ/㎏ 178。 殼程混合氣體的比熱容： 管 = χ （ + χ （ + χ （ + χ （ + χ （ = kJ/㎏ 經(jīng)查表 [1,8096]在殼程的操作條件下各組分的黏度： μ =179。 p， μ =179。 p， μ =179。 p，μ =179。 p， μ =179。 p 殼程混合氣體的黏度 μ 管 =μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ +μ χ （ = p= Pa178。 S 經(jīng)查表 [1,132145]在殼程的操作條件下各組分的導(dǎo)熱系數(shù)： λ =759179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ ， λ =179。 ／㎝ 殼程混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)： λ 管 =λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ +λ χ （ = ／㎝ =／㎝178。 7 ρ 管 = 管 管 管= （ ） =㎏／ m179。 換熱量計算： Q=ω 殼 殼 （ 進 － 出 ） =179。 179。 （ － ） =10941436kJ／ h = 初選 K=420 換熱器采用逆流形式，則 = － =－ 200= = － =－ = ≤ 2 ′ = ＋ = P= = = = R= = = = 換熱器為單殼程查表可知 = = ′ =179。 = 則換熱面積： S= = = 由換熱面積參考 [8,1927]初選換熱器類型參數(shù)如下： 公稱直徑： DN=800mm 8 公稱壓力： PN= 管程數(shù)： N=1 管子根數(shù)： n=797 中心排管數(shù)： 31 管程流通截面積： S=178。 換熱管長度： L=4500mm 計算換熱面積： 計 =178。 流速計算公式為： 殼程的流通面積： 殼 折流板的間距 h取 800mm 換熱管取的是 的管子 則 殼 = 由上可知 管 = 所以 殼 = 管 = 管程物質(zhì)的雷諾數(shù)： 管 管 管 管 管 管程物質(zhì)的普朗特常數(shù)： 管 管 管 管 則管程的對流傳熱系數(shù)： 9 管 管 管 管 殼程物質(zhì)的雷諾數(shù) 。 殼 殼 殼 殼 殼程物質(zhì)的普朗特常數(shù)： 殼 殼 殼 殼 則殼程的對流傳熱系數(shù)： 殼 殼 殼 殼 殼 由 [2]附錄 20表 管內(nèi)外側(cè)污垢熱阻均?。? 管 殼 換熱器的總傳熱系數(shù)： 殼 殼 管 管 因為 15 = 所以符合要求 管程 壓力降計算公式： 管 由 [2]查得管子為 時結(jié)垢校正系數(shù)為 設(shè)管壁粗糙度 則 = 10 由 [2]圖 127查得 直管摩擦阻力壓降： 彎管摩擦阻力壓降： 管程數(shù) 殼程數(shù) 管程壓力降： 管 =143157Pa 操作壓力 管 [ ] 則允許壓力降 [ ] [ ] 因為 管 [ ] 所以符合要求 殼程壓力降計算公式： 殼 [ ′ ′ ] 流體流經(jīng)管束 的壓力降： ′ 殼 殼 管子按三角形排列則 F= 折流板數(shù)： √ 所以流經(jīng)管束的壓力降 = 流經(jīng)折流板缺口壓力降： ′ ( ) 殼 殼 殼程數(shù) 所以 殼 操作壓力為 [ ] 11 則允許壓力降 [ ] [ ] 因為 殼 [ ] 所以符合要求 3機械設(shè)計 殼程設(shè)計壓力 殼 管程設(shè)計壓力 管