【導讀】30萬噸/年合成氨合成工藝設計。專業(yè)化學工程與工藝。安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計

　　

【正文】 計 41 41 Q=107KJ/h (3) 傳熱系數(shù)的求取 根據(jù)設計要求，查閱《小氮肥設計手冊》， K 的取值在 350500 則取 K 的值為 2091 (4) 的計算 根據(jù)熱氣體及冷氣體的溫度，計算如下： =[(480－ )－ (355－ 325)]247。ln[(480－ )247。 (355－ 325)]= =107247。(2091)= 實際生產中所取的換熱面積為理論計算值的 ，本設計中取 ，則： F 實 == 所需換熱管的根數(shù)為： =2140 經過核算，滿足設計要求。 反應器的選型結果見表 表 反應器的選型 內徑 2200mm 壁厚 140mm 材質 0Cr18Ni10Ti 塔高 19250mm 合 成塔內部換熱器計算結果見表 表 合 成塔內部換熱器計算結果 )/( 2 Chm 。千卡 ??)/( 2 ChmKJ ???mT?mT?mTKQF ???dlFn ??30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 1 1 列管規(guī)格 管長 4m 層間換熱器面積 層間換熱器換熱管數(shù) 4975 根 下?lián)Q熱器面積 下?lián)Q熱器換熱管數(shù) 2140 根 合成塔絕熱床層計算結果見表 表 合成塔絕熱床層計算結果 第一絕熱床層的高度 1200mm 催化劑量 第二絕熱床層的高度 2340mm 催化劑量 第二絕熱床層的高度 3790mm 催化劑量 層間換熱器 (1) 選列管式換熱器，換熱管選擇 ，長度為 4m的無縫鋼管 冷氣進口溫度 325℃ ，出口溫度 390℃ 熱氣進口溫度 480℃ ，出口溫度 410℃ (2) 換熱負荷為第三段絕熱層生成的熱 Q=107KJ/h (3) 傳熱系數(shù)的求取 根據(jù)設計要求，查閱《小氮肥設計手冊》， K 的取值在 350500 故本設計中取 K 為 420 = ????)/( 2 Chm 。千卡 ??)/( 2 Chm 。千卡 ?? )/( 2 ChmKJ ???安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計 2 2 (4) 的計算 根據(jù)熱氣體及冷氣體的溫度，計算如下： =(480－ 325)－ (410－ 390)247。ln[(480－ 325)247。 (410－ 390)]= =107247。()= 實際生產中所取的換熱面積為理論計算值的 ，本設計中取 ，則： F 實 == 所需換熱管的根數(shù)為： =4975 設換熱管為正六邊形排列，則： 管間 to= 外 =10=12mm，根據(jù)設計手冊查取，取 to=13mm 正六邊形排列層數(shù) a=(12n－ 3－ 3)247。6= 實取 44 層 六邊形對角線排管 b==78 根 取板間距 h=200mm，取 e= 外 =15mm 則設備直徑 D= to(b－ 1)+2e=13(78－ 1)+215=1031mm 實取換熱器直徑 1100mm 經過核算，能放進設計的塔體內，滿足設計要求。 零部件設計 反應器進口設計 反應器進口總流量為 Vin=5607??3/?=??3/?? 選進入反應器之前的運輸速度為 30m/s則管道的直徑為： mT?mT?mTKQF ???dlFn ??30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 3 3 計算得 d 進 =，經過圓整取公稱直徑 300mm，選擇 300mm14mm的無縫鋼管作為反應器的進料管 (根據(jù)國標 GB/T10571995)。 校驗：根據(jù)選取的公稱直徑為 300mm 則速度為 。 出口管的設計 反應器出口總流量為 Vin=5083??3/?=??3/?? 選進入反應器之前的運輸速度為 30m/s則管道的直徑為： 計算得 d 進 =，經過圓整取公稱直徑 300mm，選擇 300mm14mm的無縫鋼管作為反應器的進料管 (根據(jù)國標 GB/T10571995)。 校驗：根據(jù)選取的公稱直徑為 300mm 則速度為 。 封頭的設計 選擇橢圓形的封頭，材料為 16MnR，壁厚為反應器厚度 14mm，查表的封頭的直邊高度為 40mm，筒體外徑 2200mm，設計壓力 27Mpa，許用應力 [σ]T=110 Mpa。對接接頭系數(shù) φ=1，則厚度的計算如下： δ= ???? ????2[??]????=2722021110 =27mm 曲面深度 ： 550422 004h ??? iD 所以，橢圓形封頭的外徑為 2200mm,厚度誒 為 27mm,直邊高度 40mm，封曲深度為 550mm。 安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計 4 4 支座人孔的設計 支座采用裙座，材質為 16MnR，裙座與塔體的鏈接采用對接式焊接，裙座筒體外徑為 2200mm，厚度為 14mm 因為反應器筒體大、高，需要在裙座內部設置梯子。 裙座上開設 2 個人孔方便檢查，選擇公稱直徑為 500mm 據(jù) (GB2151595）。 為減少腐蝕以及在運行中可能有氣體溢出，需要在裙座上部設置排氣管 ,根據(jù)反應器直徑，設置排氣管規(guī)格Φ 100 4。考慮到裙座的防火問題，在裙座內 外側均敷設防火層，防火材料為石棉水泥層 ，厚度 50mm。 壓縮機的選型 設備簡介 氣體輸送和壓縮機械在化工生產中應用廣泛，其作用主要體現(xiàn)在以下三個方面。 （ 1） 輸送氣體物質，克服輸送過程中的流動阻力，提高氣體壓力。 （ 2） 產生高壓氣體，許多化學反應必須在高壓下反應，而氨的合成就是高壓反應。 （ 3） 制造真空，有許多反應是要愛低于大氣壓下反應的，例如蒸發(fā)、過濾等，這就需要制造真空條件。 分類： （ 1） 通風機：終壓不大于 103????(表壓 )。 （ 2） 鼓風機：終壓在 103~294 103????(表壓 )，壓縮比為 4 （ 3） 壓縮機：終壓在 294 103????(表壓 )以上，壓縮比大于 4。 （ 4） 真空泵：用于減壓，終壓為大氣，真空度決定壓縮比。 30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 5 5 C0101 設備的選型 根據(jù) ASPEN 的模擬的得到的數(shù)據(jù)見表 表 C0101 的模擬數(shù)據(jù) 進口壓力（ atm） 出口壓力（ atm） 溫度（ K） 流量（ m3/h） 272 298 綜合 H2 和 N2 的性質，最終選擇 YMCMC056H350A 型號的金屬隔膜壓縮機，具體參數(shù)見表 表 壓縮機參數(shù) 體積流量（ Nm3/h） 送氣壓力（ MPa） 排氣壓力（ MPa） 轉數(shù) 電機功率（ Kw） 重量（ Kg） 26~350 3~30 35 500 11~15 600 C0102 設備的選型 根據(jù) ASPEN 模擬的到的數(shù)據(jù) 進口壓力（ atm） 出口壓力（ atm） 溫度（ K） 流量（ m3/h） 272 355 綜合 H2 和 N2 的性質，最終選擇 YMCMC056H350A 型號的金屬隔膜壓縮機，具體參數(shù)見表 安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計 6 6 表 壓縮機參數(shù) 體積流量（ Nm3/h） 送氣壓力（ MPa） 排氣壓力（ MPa） 轉數(shù) 電機功率（ Kw） 重量（ Kg） 26~350 3~30 35 500 11~15 600 換熱器選型 設備簡介 是將 熱流體 的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱 熱交換器 。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)生產中占有重要地位，其在化工生產中換熱器可作為 加熱器 、 冷卻器 、 冷凝器 、 蒸發(fā)器 和 再沸器 等，應用廣泛。 分類： 浮頭式換熱器 、 固定管板式換熱器 、 U形管板換熱器、 板式換熱器 等。 換熱方案的確定 根據(jù)設計工藝要求，由于物流溫差較大，故選擇浮頭式換熱器。 從節(jié)省保溫層和減少殼體厚度的角度考慮，高溫物料走管程，低溫物料走殼程。 確定物性參數(shù) 以 E0102 為例 ， 對于一般氣體 流體 ，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。因此管程混合氣體定性溫度為： 選列管式換熱器，冷氣走殼程，熱氣走管程列管尺寸 ? 142 無縫鋼管換熱面積 F== L=6m，管數(shù) n=2028 根 。 30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 7 7 管道選型 設備簡介 管道在化工廠中，除了在各種公用系統(tǒng)管網中運用外，還廣泛利用于許多物料原料、半成品和成品的輸送中。因而化工廠內往往有龐大復雜的工程技術管網。由于 本項目物流較多，涉及到設備間的輸送也較多，為了合理的利用全廠的熱量，不同車間之間的換熱使整個工廠管網的復雜性進一步增加，故設計好管網有著非常重要的意義。 工程技術管網的布置、敷設等會對工廠的總平面布置、豎向布置和工廠建筑群體以及運輸設計產生影響。工廠管道布置需要避免各專業(yè)管網間的擁擠和沖突，確定 合理的間距和相對位置，使之與工廠總體布置協(xié)調，并減少生產過程中的動力消耗，節(jié)約投資、節(jié)約用地、保證安全、方便施工和檢修、便于擴建。 管道的選型 以 0101 為例 查找《常用化工單元設計》可知在反應壓力下，可取進料流速為 30m/s，由上物料守恒可知反應器進料量為 6242m3/h，即為 。根據(jù)公式： 計算得 d 進 =，經過圓整取公稱直徑 300mm，查《輸送流體用無縫鋼管》（ GB81632021），選擇 300mm9mm 的無縫鋼管作為反應器的進料管。 詳細的管道數(shù)據(jù)見表 表 管口規(guī)格表 管道標號 管號 溫度 K 壓力 體積流量 m3/h 管徑 mm 壁厚 mm 管型 管材代號 安徽建筑大學本科生畢業(yè)設計 8 8 atm PG0101300NIB 0101 300 8 無縫鋼管 B PG0102150NIBH 0102 150 5 無縫鋼管 B PG0103630NIBH 0103 630 9 無縫鋼管 B PG0104300NIBH 0104 300 8 無縫鋼管 B PL0105250LIBH 0105 250 8 無縫鋼管 B PG0106150NIB 0106 150 5 無縫鋼管 B PG010725NIB 0107 25 2 無縫鋼管 B PL0108150LIB 0108 150 5 無縫鋼管 B PG010915NIB 0109 15 2 無縫鋼管 B PG0110150NIB 0110 150 5 無縫鋼管 B PG0111150NIB 0111 150 5 無縫鋼管 B 文獻引用 [1]陳倩倩 . 合成氨反應器及工藝流程的模擬計算 [D].華東理工大學 ,2021. 30萬噸 /年合成氨合成工藝設計 9 9 [2] 楊春華 , 田偉軍 . 合成氨生產 [M]. 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