【導(dǎo)讀】規(guī)范、技巧和經(jīng)驗。本設(shè)計內(nèi)容是根據(jù)魯南化肥廠有限公司合成車間的生產(chǎn)實際。在全面介紹化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識上，重點闡述工藝流程設(shè)計、物料和能量。本設(shè)計總的指導(dǎo)思想是：理論聯(lián)系實際、簡明易懂、經(jīng)濟(jì)實用。

　　

【正文】 gh1 ∴ 廢熱鍋脫氧水帶入熱量 Q 脫 = XI1 = = kJh1 蒸汽帶入熱量 Q 蒸 = = kJh1 表 414 廢熱鍋爐熱量匯總表 收 方 (kJh1) 支 方 (kJh1) 合成塔進(jìn)廢鍋爐 Q41 39212809 廢鍋爐帶出的熱量 Q42 脫氧水帶入熱量 Q 脫 蒸汽帶出熱量 Q 蒸 小計 小計 對氣 —氣換熱器作熱量衡算 F9 = 2031 kmolh1 ,YH2,9,10 = ％ ,YNH3,9,10 = ％ YN2,9,10 = ％ ， YO2,9,10 = ％ ,YAr,9,10 = ％ 表 415 氣 —氣換熱器中的氣體在不同溫度下的 因子 物料 a b103 c107 25℃ 144℃ H2 NH3 N2 O2 ⒈ 由冷凝塔進(jìn)氣 —氣換熱器的熱量 Q51 ℃ = ％ +％ +％ + ％ = kJ(kmolK)1 Q51 = ℃ t9 = 2031(+25)= kJh1 ⒉ 由氣 —氣換熱器往合成塔的氣體 帶出熱量 Q52 F10 = F9 = 2031 kmolh1 Q52 = Q32 = 20760882 kJh1 ⒊ 由廢鍋進(jìn)氣 —氣換熱器 帶進(jìn)的熱量 Q53 Q53 = Q42 = kJh1 ⒋ 由氣 —氣換熱器出來所 帶熱量 Q54 由熱平衡 Q 得 Q51+Q53 = Q52+Q54 Q54 = Q51+Q53Q52 = + = ∵ F13 = 1758 kmolh1 ∴ 設(shè) t13 = 144℃ ,即 417K 時，查表計算 ℃ ℃ = ％ +％ +％ +％ = 由 Q54 = 得 t13 = Q54/()= (1758)= = ℃ 這與假設(shè) 144℃ 基本一致，符合條件。 ⒌ 氣 —氣換熱器的熱負(fù)荷 △ Q = Q53Q54 = Q52Q51= = kJh1 表 416 氣 —氣換熱器熱量匯總表 收方 (kJh1) 支方 (kJh1) 由冷凝塔進(jìn)氣 —氣換熱器熱量 Q51 由氣 —氣換熱器往合成塔帶出熱量 Q52 20760882 由廢鍋進(jìn)氣 —氣換熱器熱量 Q53 由氣 —氣換熱器出來所帶熱量 Q54 小 計 小 計 對水冷器作熱量衡算 令水冷器出口氣體溫度為 35℃ ,氣體先冷卻到 35℃ 后，氨再冷卻 ⒈ 由氣 —氣換熱器往水冷器所帶熱量 Q61 Q61 = Q54 = kJh1 ⒉ 氨冷凝熱 Q 冷 查《小氮肥工藝設(shè)計手冊》表 101 得 35℃ 時氨冷凝熱 I= kJkg1 Q 冷 = F4MINH3 = 64717 = kJh1 ⒊ 熱氣體帶出熱量 Q62 F14 = F3+F15 = 183+928 = 1111 kmolh1 YH2,14 = 60％ , YNH3,14 = 6％ , YN2,14 = 26％ ,YO2,14 = 5％ ,YAr,14 = 3％ 表 417 35℃ 下水冷器中出口氣體的 因子 物料 a b103 c107 35℃ H2 NH3 N2 O2 = 60％ +6％ +26％ +5％ = kJ(kmolK)1 Q62 = = 1111(+35) = 9829002 kmolh1 ⒋ 液氨帶出熱量 Q63 查 35℃ 液氨比熱容 Cpl= kJkg1 Q 液 = 6471735 = kJh1 ⒌ 水冷器熱負(fù)荷 △ Q △ Q = Q61+Q 冷 Q62Q 液 = + = kJh1 ⒍ 冷卻水量計算 令冷卻水上進(jìn)口溫度為 ta=15 ℃ ，冷卻水出口溫度為 tb=65 ℃ ，取冷卻水比熱容 Cpl= kJ/kg,令冷卻水流量為 W，則 △ Q = WCpl(tbta)1000 由 W = △ Q/[1000Cp(tbta)]= [1000(6515)] =120 m3 冷卻水進(jìn)口帶進(jìn)熱量 Q 進(jìn) = 120100015 = 7524000 kJh1 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 = 120100065 = 32604000 kJh1 表 418 水冷器熱量平衡匯總表 收方 (kJh1) 支方 (kJh1) 氣 —氣換器 → 水冷器帶入熱量 Q61 熱氣體帶出熱量 Q62 9829002 氨冷凝熱 Q 冷 冷卻水進(jìn)口帶進(jìn)熱 Q 進(jìn) 7524000 冷卻水出口帶出熱量 Q 出 32604000 小 結(jié) 小 結(jié) 對氨分離器作熱量衡量 氨分離器進(jìn)出口溫度沒有發(fā)生變化，由氣體熱量平衡 ⒈ 由水冷器 → 分離器帶進(jìn)熱量 Q71 Q71 = Q62 = 9829002 kJh1 ⒉ 由分離器帶出往去氫回收車間的熱量 Q72 Q72 = = 183(+35) = kJh1 ⒊ 由分離器 → 循環(huán)機帶出熱量 Q73 Q73 = = 928(+35)= kJh1 ⒋ 氨分離器液氨帶入熱量 Q74 等于液氨帶出熱量 Q75 Q74 = Q75 = Q63 = kJh1 表 419 氨分離器熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1) 支 方 (kJh1) 由水冷器 → 分離器帶進(jìn)熱量 Q71 9829002 由分離器帶出往去氫回收車間的熱量 Q72 氨分離器液氨帶入熱量 Q74 由分離器 → 循環(huán)機帶出熱量 Q73 小 計 KJ/h 液氨帶出熱量 Q75 小 計 循環(huán)機熱量衡算 ⒈ 循環(huán)機出口氣體溫度計算，由《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表 111 查得循環(huán)氣中各組分的絕熱指數(shù)如下 表 420 絕熱指數(shù) 物料 NH3 Ar H2 N2 O2 K1 根據(jù)公式 1/(K1) = ∑Yλi/(Ki1) = ()+()+()+() +()= K = (K1)/K = T 出 = T 入 (P 出 /P 入 )(K1)/K 由前已知令 T 入 = 35℃ = , T 出 = 47℃ = K P 入 = 24 MPa , P 出 = MPa ∴ T出 = ()()/ = = ℃ ≈ 47 ℃ ∴ 與前面假設(shè)的 T 出 = 47 ℃ 一致。 ⒉ 氣體帶入熱量 Q81 Q81 = Q73 = kJh1 ⒊ 氣體帶出熱量 Q82 Q82 = Q22 = kJh1 ⒋ 壓縮熱 Q83 Q83 = Q82Q81 = = 336055 kJh1 壓縮功 N = Q83/3600 = 336055/3600 = kW 表 421 循環(huán)機熱量平衡匯總表 收 方 (kJh1) 支 方 (kJh1) 氣體帶入熱量 Q81 氣體帶出熱量 Q82 壓縮熱 Q83 336055 小 計 小 計 第五章 設(shè)備選型及設(shè)計計算 合成塔的設(shè)備計算 對觸媒筐的設(shè)備計算 ⒈ 空速 Wo 氣體與觸媒的接觸時間的長短，通常以空速表示，即單位時間內(nèi)每單位 觸媒所通過的氣體體積數(shù)， m3 氣體 /hm3 觸媒，簡寫 h1。本設(shè)計為年產(chǎn) 80000 噸合成氨，即生產(chǎn)任務(wù)： 11 th1 ，故空速選 35000 h1 ⒉ 觸媒筐直徑 D 公式： D = (Vg/) V —— 處理氣量 ， m3h1 Wo —— 空速 ， h1 Vg = (F2+F8+F10) = (44++2031) = Nm3h1 ∴ D = (Vg/) = (35000) = m ⒊ 觸媒筐的高度 H 取對應(yīng)空速下，觸媒體積 Vk = m3 , ∑V取觸媒體積的 15% 。即 ∑V = 15%Vk = 15% = m3 H =（ Vk+∑V） /=(+)/= m ≈ 9 m 廢鍋的設(shè)備計算 ⒈ 計算條件 ⑴ 選臥式 U 型換熱管 ⑵ 高壓管尺寸：￠ 24 、 d 外 = m 、 d 內(nèi) = m 、 d = m ⑶ 熱負(fù)荷： Q = kJh1 ⑷ 產(chǎn)量： W = 11 tNH3h1 ⑸ 氣體壓力： P = MPa ⑹ 氣體入口溫度： t 入 =350 ℃ ⑺ 脫氧水入口溫度： t 水 =30 ℃ ⑻ 副產(chǎn)蒸汽壓力： P = MPa(表 ) （ 14 ㎏ f/cm2 絕壓） ⑼ 蒸汽飽和溫度： t 入 =℃ ⑽ 進(jìn)氣量： V = 1758 = m3(標(biāo) ).h1 ⑾ 進(jìn)水量： W = kgh1 ⒉ 管內(nèi)給熱系數(shù) ao 計算 ao = λ —— 導(dǎo)熱系數(shù) ， kJ(mh℃ )1 ao —— 給熱系數(shù) ， kJ(㎡ h ℃ )1 式中各物性數(shù)據(jù)均取之平均溫度 t = (350+220)/2 = 285℃ 壓力 P = MPa ⑴ 壓縮系數(shù) Z 查《氮肥工藝設(shè)計手冊》表 11 氣體臨界常數(shù) 表 422 氣體臨界常數(shù) = ∑Yi Tci = +151++ + = K = ∑Yi Pci = +++ + = MPa 對比壓力： Pr = P/ = 對比溫度： Tr = T/Tc = (285+)/ = 由 Pr = Tr = 查 Z = ⑵ 混合氣體分子量 M： NH3 Ar H2 N2 O2 Yi , % Tci,k 151 Pci,MPa M = ∑YiMi = 17+40+2+28+32 = ⑶ 氣體比熱容 Cp: 表 423 氣體比熱容 Cp = ∑Yi = ++++ = kJ(kmolK)1 ⑷ 導(dǎo)熱系數(shù) λ： 高壓下含氨混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)用氮的對比導(dǎo)熱系數(shù)圖計算 表 424 對比導(dǎo)熱系數(shù) λ′ = ∑Yiλ′i = +++ + = .℃ 查圖得： λr = λ =λrλ′i = = .℃ ⑸ 液體粘度 u: 表 426 液體粘度 NH3 Ar H2 N2 O2 Yi , % NH3 Ar H2 N2 O2 Yi , % λ′i Um = ∑Yi Ui = ++++ = ㎏ m1h ⑹ 雷諾準(zhǔn)數(shù) Re: 重量流量： W = F11M = 1758 = ㎏ h1 管道 截面積，設(shè)管道數(shù)為 152 根 S = d 內(nèi) 2n = 152 = ㎡ 重量流速： G = W/S = ㎏ m2h Re = doG/u = 818481/ = = = ⑺ 普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr: Pr = CpU/λM = () = = = ⑻ 故管內(nèi)給熱系數(shù) ao ao = = = kJm2h ℃ ⒊ 管外給熱系數(shù) ai: 用管外水沸騰給熱系數(shù)公式進(jìn)行計算 ai = q kJm2h℃ 其中 q = Q/S Q —— 鍋爐熱負(fù)荷 ， kJH1 S —— 鍋爐換熱面積 ，㎡ P —— 蒸汽壓力 ， MPa 設(shè)鍋爐換熱面積 S = 48 ㎡ ，副產(chǎn) MPa（絕）蒸汽，代入上式： NH3 Ar H2 N2 O2 Yi , % Ui ㎏ / ai = （ ） = h ℃ ⒋ 總傳熱系數(shù) K 計算： 設(shè)氣相側(cè)污垢系數(shù)： R1 = 10