【導讀】本文介紹了合成氨生產(chǎn)基本情況以及年產(chǎn)三十萬噸合成氨系統(tǒng)流程，并且對第一和第二變換爐進行熱量和能量衡算，對催化劑裝填。量進行計算，掌握了變換系統(tǒng)的設計方法。第2．3節(jié)工藝條件對一氧化碳含量的影響???????合成氨是化工的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中有相當重要的位置。是化學工業(yè)的重要原料之一，用途十分廣泛。目前世界上采用最廣泛，也是最經(jīng)濟的一種方法。液氨含氮%，一些國家已大規(guī)模直接施用液氨。氨還應用于國防和尖端科學技術部門。生產(chǎn)導彈、火箭的推。的作用必將日益顯著。溫、高壓、電弧、催化劑等手段試驗直接合成氨，均未成功。成的條件是高溫、高壓，催化劑存在。制造方面，基本掌握了煤、油、氣不同原料的氣化技術。然氣資源，開展綜合利用，逐步擴大了合成氨工業(yè)的原料來源。但是，單位氨產(chǎn)量的能量消耗、勞動。生產(chǎn)率等方面和工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距。按人口平均的化肥產(chǎn)量。和單位種植面積施肥量仍然較低。仍是一項緊迫的任務。

　　

【正文】 七章 換熱器的選型 第 7． 1 節(jié) 換熱器的選型 7． 1． 1換熱器的型號規(guī)格 當不計熱損失時，換熱器的熱負荷為： Q= ? ??? 12 ttcW pcc ? kcal/s? kcal/k17mol? =1771304W 逆流平均溫度差 ????????2121ln tttttm逆? ? ? ?228337181288ln 228337181288?? ???=108℃ 逆流： t1 181℃ t2 228℃ T2 288℃ T1 337℃ 初估計 ? 值： 1221 tt TTR ??? = 181228 288337?? = 1112 tT ttp ??? = 228337 181228?? = 初步?jīng)Q定采用單殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。由《化工原理》查得校正系數(shù) ? =，因為 ? 可行。 ????? 逆ttm 108? = 初步估計傳熱系數(shù) K=120W/（ m2，℃） 估A =mtKQ?估= ? = m2 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 31 由于兩流體溫差較大，同時為了便于清洗，參照換熱器系列標準，初步選定 BES 。有關參數(shù)見附表。 外殼直徑 D， mm 800 管程數(shù) NP 4 公稱面積 m2 150 管束 NT 352 公稱， MPa 管子排列方式 正方形錯列 管子尺 寸 mm ?? 管中心距， mm 32 管長 m 6 計算換熱面積， m2 管，殼程的對流給熱系數(shù)和壓降： 管程 為充分利用變換氣的熱量，采用變換氣走管程，粗煤氣走殼程 管程通流面積 PTii NNdS .4 2?? = ?? ? 4352 =2 管內變換氣流速： ??????????????? ??iioi sptvu .1.2 9 82 7 3..???? ????????????? ??0 2 7 6 0 01298 2 0 0 0 sm 粗煤氣 181℃ 變換氣 288℃ 粗煤氣 228℃ 變換氣 337℃ 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 32 進出第一換熱器的粗煤氣的平均溫度是 ℃，進出第一換熱器的變換氣的平均溫度是 ℃，由《化工原理》查得在上述溫度下的物性數(shù)據(jù)： 粗煤氣 .在 ℃ 下的物性數(shù)據(jù)： N2 CO CH4 CO2 H2 H2O 混合氣體 組成 % ? （ w/m℃） ? ?smPa.? ? ? ?3/mkg? CP（ kJ/kg. ℃） 變換氣在 ℃下的物性數(shù)據(jù)： N2 CO CH4 CO2 H2 H2O 混合氣體 組成 % ? （ w/m℃） ? ?smPa.? ? ?3/mkg? CP（ kJ/kg. ℃） 310019 ?? ???? i iieiduR ? ? =58767 變換氣被冷卻，所以： ieiiii Rd?? ? =? . ?? ???????? ????? =432W/m2. ℃ 232iPi uNfdlP ?????? ??? ? 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 33 去管壁粗糙度 ? =， d? =，插圖可以得到摸查系數(shù) ? = 所以2 2 ?????????? ???? P=? 410 Pa 殼程 選用缺口高度為 25 的弓型擋板，取折流板間距 h=300mm，所以折流板書目 NB=hl 1=1=19 殼程流道面積 20 ) ()1( mtdhDS ??????? 殼程中粗煤氣流速 : ?0u ??????????????? ??iioi sptvu .1.2 7 32 7 3..???? ????????????? ??0 5 2 6 0 01298 1 2 5 0正方形排列的當量直徑為 md dtd e )(4)4(4220202?? ?????? ???? ?? 0 000Re ? pude 31001 ???? =39337 ?? ??pc0Pr 33 ???? = 殼程中粗煤氣被加熱，取， ?????????w?? 所以按式 ? ? 0 ????????? ???? eeiRd = ? ? ???? =224W/m2℃ 殼程壓降 。 ?? eR? = ?? = 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 34 0???P 2 )119()1( 2020 ????????? ?udNDeB = 310? Pa 計算傳熱面積： 傳熱系數(shù) iim ddddK ???? 00011 ???計 忽略管壁熱阻，則 20432 2522411 ???計K ?計K W/m2℃ 計A =mtKQ?計= ? =127m2 計實AA = = 即傳熱面有 28﹪ 的裕度。 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 35 第八章 設備一覽表 第九章 設計結果分析及改進方向 通過設計計算，我認為第一變換爐的變換率有點低。這樣會使得第二變換爐的催化劑量很大，從而使它的高度增加，來完成剩余的一氧化碳的變換反應，造成催化劑能力的浪費。 在以后的設計中，盡量讓催化劑的能力發(fā)揮完全，再適當提高第一變換爐出口的溫度，在第一變換爐中快速反應，而在第二變換爐中有足夠的時間來使變換反應達到平衡。序號 名稱 位號 設計溫度 ℃ 設計壓力MPa 主要尺寸 備注 1 第一變換爐 C— 301A/B 500 催化劑 32m3， 直徑 高 2 臺 2 第二變換爐 C— 302A/B 430 催化劑 32m3， 直徑 高 2 臺 3 第一換熱 器 W— 301A/B 殼程 260 管程 350 直徑 800mm 換熱面積 150 ㎡ 2 臺 4 第二換熱器 W— 302A/B 殼程 420 管程 500 直徑 1000mm 換熱面積 150 ㎡ 2 臺 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 36 第十章 參考文獻 、唐小恒、周緒美編，《化學反應工程》，化學工業(yè)出版社， 2020年 2.《化學工藝設計手冊》上冊 (第二版 )，化學工業(yè)出版社， 2020 年 3.《煤氣設計手冊》中冊，中國建筑工業(yè)出版社， 1986 年 、陳鳴德編，《化工計算》，化學工業(yè)出版社， 1997 年 6.《氮肥工藝設計手冊》 (理化數(shù)據(jù)分冊 )，石油化學工業(yè)出版社， 1979年 ，《無機物工藝學》上冊，化學工業(yè)出版社， 1981 年 ，《化工原理》上冊，化學工業(yè)出版社， 2020 年 9.《年產(chǎn) 30 萬噸合成氨設計書》北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 37 第 十一 章 致 謝 四 年的函授學習生 活馬上就要結束了，回顧 這四 年的學習生活，我感到很充實。在此，感謝天脊大學給我們提供了這樣一個學習充電的機會。感謝北京化工大學老師們不辭辛苦給我們奉上的精彩講解。 本次設計 從選題、定稿 、修改都得到了指導教師馮軍強的全程指導，在此對他表示深深地感謝 ， 感謝他在百忙之中抽時間對我 的設計提出的建議和指導， 感謝 北京化工大學的教授在期中檢查 時 對 我的 設計提出 的 寶貴意見 ，在設計中也得到了單位同事和領導的幫助，在此也對他們表示感謝。本次 設計 由于時間倉促， 在 設計中 仍 有一些不完善之處，請各位 教授、 評委 老師多多指正。 北京化工大學畢業(yè)設計（論文）專用紙 38 符號說明 Q— 反應熱， J/mol T— 溫度， K t— 溫度，℃ K— 平衡常數(shù)， P— 壓力，大氣壓（ Pa） Cp— 分子熱容， kcal/kmol V— 體積， 3m τ — 標準接觸時間， h m3/Nm3 ds— 顆粒的直徑， mm ρ f— 混合煤氣的密度， kg/m3 0u — 以床層空截面積計算的流體平均流速， m/s L床層高度， m mf 修正摩擦系數(shù)，無因次 μ 混 合煤氣的粘度， smkg ./ G混合煤氣的質量流速， kg/ ε 空隙率， Pc— 臨界壓力，大氣壓（ Pa） Tc— 臨界溫度， K Pr— 對比壓力 Tr— 對比溫度