【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(jī)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(jī)胺和氨水等堿性溶劑為吸收劑，利用 CO2 具有酸性而進(jìn)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(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)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(jìn)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?dú)馑腿氚焙铣上到y(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(jìn)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(jì)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(jìn)入換熱器的相對低溫的粗煤氣進(jìn)行換熱，以達(dá)到加熱粗煤氣同時(shí)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(jì)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(jì)算 殼程給定的操作壓力為 ，進(jìn)出口溫度分別為 和 ，則殼程的定型溫度 殼程 進(jìn) 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(jìn)出口溫度分別為 和 ，則殼程的定型溫度 管程 進(jìn) 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(jì)算： Q=ω 殼 殼 （ 進(jìn) － 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(jì)算換熱面積： 計(jì) =178。 流速計(jì)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?yàn)?15 = 所以符合要求 管程 壓力降計(jì)算公式： 管 由 [2]查得管子為 時(shí)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?yàn)? 管 [ ] 所以符合要求 殼程壓力降計(jì)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?yàn)? 殼 [ ] 所以符合要求 3機(jī)械設(shè)計(jì) 殼程設(shè)計(jì)壓力 殼 管程設(shè)計(jì)壓力 管