【正文】 （ D12D22）（ 1β ） β =(d 外 /t)2 S=S1 S2 管內(nèi)α均按譚天恩等編的《化工原理》上冊(cè) P242 533 式計(jì)算 α = /d （三）計(jì)算負(fù)荷 41 管外冷氣體帶入熱 Q9=26264Kcal 管外冷氣體帶出熱 Q1=168162Kcal 熱負(fù)荷 Q=（ 16816226264） =（四）平均溫度差 管內(nèi)： 42℃ 、 23℃ 管間 32℃ 、 5℃ 差值 10℃ 、 18℃ Δ tm=（ 1810） /ln18/10= （五）選取α值或 K 值 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算 溫度 =（ 42+23） /2=℃ P=（ 310+315） /2= 成份 NH3 N2 H2 CH4 Ar 合計(jì) Yi Pi YiCi YiPi 軸向 S2=π/4（ D12－ D22） （ 1－ β ） = （ ） 〔 （ ） 2〕 = ㎡ S=（ S1S2） 1/2=（ ） 1/2= ㎡ G=15900/ α 1= f2（ 527296 109 3600） （ 3600 1660 109/ ） =1164 Kcal/.℃ 42 式中 Re=125922 Pr= 總傳熱系數(shù) K 的計(jì)算 K=1/（ d 均 /d 內(nèi) +內(nèi) +d 均 /d 外 +外 +δ /λ +Rc）（以平均面積為準(zhǔn)） =1/（ 1548＋ 1164＋ ＋ ） =423Kcal/.℃ 傳熱面積校核 F=Q/KΔ tm=496643/423 = 安全系數(shù) =110/= ∴換熱器合乎要求 二、立式蛇管式蒸發(fā)器 （一）計(jì)算目的 氨冷器設(shè)計(jì)傳熱面積 105m2 本計(jì)算驗(yàn)算是否合適 （二）計(jì)算依據(jù) 設(shè)備規(guī)格 CP=℃ M 平 = 17＋ 28＋ 2＋ （ 16＋ 40）=V=（ ＋ ） /2=已知 di= λ =℃ μ =1770 G= 1/ = kg/ Re= 109 3600=91621 Pr=CP μ g/ λ = 1770 109 3600/ = α 1=λ /d d/H） （ 3100 33 CP 值均用分壓迭加法進(jìn)行計(jì)算 。 （ 8）對(duì)于公用的防護(hù)用品， 必須由專人負(fù)責(zé)交接班保管使用。 （ 4）勞動(dòng)保護(hù)用品嚴(yán)禁非生產(chǎn)時(shí)間使用及帶回家。 （ 6）保證生產(chǎn)廠房有必要的通風(fēng)。 （ 2）消除由于設(shè)備不嚴(yán)密而產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象。 27 三廢處理： 廢水經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可直接排 入黃灘； 廢氣經(jīng) 處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可排入大氣； 廢渣經(jīng)過處理達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可直接排除掉。 （ 2） 商城鎮(zhèn)遠(yuǎn)，以解決職工生活福利。 （ 2） 冷卻水：由水汽車間提供的循環(huán)水和銅洗工段送來的冷凝液，水質(zhì) PH=8～ ，總硬度 9～ 11mg/l,總堿度 1～ 4mg/l,～ ,耗用量 24T/h 。 ℃ 3025 107 4 焓 T/ mol 液氨、氣氨流程： 由 671 號(hào)二條主管送入 670Ⅰ號(hào)，轉(zhuǎn)進(jìn)入各氨系統(tǒng)的蒸發(fā)器內(nèi)及各循環(huán)機(jī)前后填料函盒內(nèi)，經(jīng)減壓 、蒸發(fā)使管內(nèi)循環(huán)氣溫度降低，蒸發(fā)后的氣氨分 ， ，硝銨Ⅰ號(hào)生產(chǎn)硝銨， 表壓氨氣經(jīng)氣柜送入硝酸車間生產(chǎn)硝酸用 表壓氨氣管上也配有送 3047，脫硫用氨氣管邊。從副線活門控制而來的循環(huán)氣是用來調(diào)節(jié)觸媒層溫度的。 （ 2）廢油雜質(zhì)苯處理 系統(tǒng)排出的廢油雜質(zhì)等匯集處理，防止排放后污染水源，更換催化劑時(shí)，有大量粉類，采用密封條件下更換，防止粉類污染大氣，嚴(yán)防泄漏，出系統(tǒng)的循環(huán)水送水汽車間處理后循環(huán)使用。 ③ 入塔氨含量 當(dāng)其它條件一定時(shí)，入塔氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低，反之，降低入塔氨含量，催化劑床層反應(yīng)推動(dòng)力增大，反應(yīng)速度加快，氨凈值增加，生產(chǎn)能力提高。當(dāng)其它操作條件一定時(shí)，提高空速氨凈值下降，但合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度增加，空速提高，使氣體與 cat 接觸時(shí)間短，混合氣體中氨含量降低，與 cat 床層中對(duì)應(yīng)于一定位置的平衡，氨含量的差值增大，即推動(dòng)力增大，反應(yīng)速度加快，因此，氨凈值下降的幅度小，生產(chǎn)強(qiáng)度增大的幅度大。 （ 2）溫度 在最適宜的溫度下，氨合成反應(yīng)速度最快，氨合成率最高。 （ 1）壓力 在氨合成過程中，合成壓力是決定其它工藝條件的前提，是決定生產(chǎn)強(qiáng)度和技術(shù)指標(biāo)的主要因素。 d、力爭(zhēng)縮短還原主期時(shí)間。 （ 3）、觸媒還原工藝條件 高空速、高氫 最后高溫，低水汽濃 度。 b、還原初期 ：觸媒開始還原反應(yīng)出水以后，經(jīng)過摸索， 使之進(jìn) 入正常的大量還原反應(yīng)出水階段，一般為 350～ 480℃。 ④ 大顆粒觸媒存在內(nèi)擴(kuò)散的影響，其活性較小顆粒觸媒差。 C、觸媒的選 擇： ① 觸媒層的阻力，應(yīng)在允許阻力降的范圍。 A ：促進(jìn)劑的作用： K2O 是電子型促進(jìn)劑，它可以提高催化劑的固有活性，由于它的強(qiáng)堿性，使表面逸出功降低，有利于氮的活性吸附，可提高催化劑活性，氧化鋁也屬電子型促進(jìn)劑。 實(shí)際上，在遠(yuǎn)離平衡時(shí)，出 于氨濃度極低，氮的活性吸附速度比 起吸附以后的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡姆磻?yīng)速度來說，已經(jīng)不是唯一的速度控制步驟，而變?yōu)榛瘜W(xué)吸附和加氫反應(yīng)兩步聯(lián)合控制。 ｇ、氨由催化劑外表面擴(kuò) 散至氣相主流。 ｃ、氫和氮（分別或同時(shí) ） 被催化劑表面（內(nèi)表面）活性吸附。 （ 2） 氨合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)： 氨合成反應(yīng)和其它可逆放熱反應(yīng)一樣，溫度對(duì)化學(xué)平衡與反應(yīng)速 度有不同影響，即降低溫度有利于提高平衡氨濃度，從而提高平衡氨濃度與氣相中即時(shí)濃度的差值，使合成反應(yīng)推動(dòng)力增加，但反應(yīng)速度常熟降低，提高溫度時(shí)的情況則正好相反。 ⑤用于其它方面。硝酸銨有強(qiáng)烈的爆炸性， 可用作礦山爆炸藥或用于國(guó)防工業(yè)。 ｄ、微量的氨或其化合物， 用納氏試藥可生成褐色沉淀，加量多則色深，加量少則色淺。 13 ⑤ 在空氣中含有 13～ 27%氨時(shí)，即產(chǎn)生爆炸。 ④氨液體呈中性， 是碘、磷、硫及其它許多有機(jī)、無機(jī)化合物的良好溶劑。 ｆ、如果精制系統(tǒng)只用作消除雜質(zhì)和觸媒的毒害物，則觸媒溫度低（ 350～ 400℃），氫氮合成為氨的量極少，因此放出的熱量甚微，難 以 經(jīng)特精致反應(yīng)所需的溫度， 必須動(dòng)用電熱器，這樣，除了要消耗電能外，有時(shí)還因輸電系統(tǒng)與線路發(fā)生故障，而影響生產(chǎn)。 ｃ、合成系統(tǒng)的熱交換器全部放在合成塔內(nèi)，可以減少脫碳作用而引起的設(shè)備及管線的爆炸。因此，設(shè)備與管線的材質(zhì)要求很高，由于高溫高壓下氨氣對(duì)鋼材有脫碳作用，因此采用的高溫管線易爆炸。 ｂ、由于壓力低，設(shè)備物質(zhì)要求不高，并且易于制造。 缺點(diǎn)： ａ、由于氨的合成率高，所生成的反應(yīng)熱多，可使觸媒溫度上升到 10 1000℃，在這樣的溫度下，觸媒因過熱而損壞，因此觸媒的壽命很短，約使用 600 小時(shí)就須換一次。 生產(chǎn)方法 （ 1）高壓法 壓力 700～ 1000 氣壓 溫度 550～ 650℃ （ 2）中壓法 壓力 300 氣壓 溫度 500～ 550℃ （ 3）抵押法 壓力 70～ 150 氣壓 溫度 400～ 450℃ 高壓法 工藝 優(yōu) 缺點(diǎn)：此法是采用較高的操作壓力和溫度，合成率 比較高，其 優(yōu)點(diǎn)為： ａ、與同樣產(chǎn)量的中、低壓法比較，所用的高壓設(shè)備的體積小，用料少，節(jié)省工廠用地面積。因?yàn)檫@時(shí)放空的損失最小，顯然，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離掉以后，而又在新鮮氣加入之前。 ｂ、循環(huán)法：為反應(yīng)的氫氮混合氣，經(jīng)分離氨后用循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)足壓力，與新鮮的原料氣混合，重新進(jìn)入合成塔進(jìn)行反應(yīng)，目前，絕大數(shù)的氨合成工藝流程都采用循環(huán)法。 （ 3）氨的分離：進(jìn)入氨合成塔催化劑床的氫氮混合氣，只有一小部分反應(yīng)生成氨，大部分未反應(yīng)的 氫和氮，同氮混合在一起，流出催化劑床層，混合氣體中氨需經(jīng)過分離才能得到，方法有兩種。 （ 2）氣體的預(yù)熱和合成： 如前所述， 氨合成鐵 催化劑有一定的 活性 溫度， 氫氮混合氣體需加熱到催化劑的起始 溫度， 才能進(jìn)行氨 合成反應(yīng)，正常操作的情況下， 是反應(yīng) 前 的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進(jìn)入催化機(jī)床層。 生產(chǎn)步驟： 工業(yè)上采用的氨合成工藝流程雖然很多，而且流程中設(shè)備結(jié)構(gòu) 操作條件也各有差別， 但是實(shí)現(xiàn)氨合成過程的基本步驟是相同的。 循環(huán)氣壓縮機(jī)：用來把未反應(yīng)的氫氮混合氣自 285 大氣壓壓 縮到 320 大氣壓，重新返回合成塔，使氣體循環(huán)使用。 填函氣油膨脹器：該設(shè)備用以回收循環(huán)壓縮機(jī)的填函漏處的 6 氣體中所帶的油份，氣體自器的側(cè)面進(jìn)，體積突然膨脹，因而流速大 大降低，大部分油份因含有水分及溶解的氣體，從油中蒸出，油份則 從器的底部排出。 氨分離器：該設(shè)備外筒是一內(nèi)徑 600 ㎜、高 4500 ㎜的立式多 層的焊接筒體，上有一高壓蓋子，與筒體用螺栓連接，以鋁墊進(jìn)行密 封。 濾油器： 該設(shè)備用除去循環(huán)氣和新鮮氣中的油份、碳酸銨及其他雜質(zhì)，以免帶入合成塔，使觸煤中毒。在下部有分氣套筒，由四層圓筒組成，焊接在一塊圓板之下，圓板再用螺栓固定在冷交換器之下。上有觸煤筒蓋，下有多孔板，在多孔板上放有鐵絲網(wǎng)，觸煤筒內(nèi)裝油 28 根雙層管，其外管直徑為44 毫升，內(nèi)管直徑為 29 ㎜，為造成觸煤層上部的絕熱層，約在觸煤層上部 1000 ㎜處，設(shè)有雙層管進(jìn)行冷卻，在雙層管下端有一分氣盒，管內(nèi)還裝有兩根溫度計(jì)套管，在觸煤筒多孔板之上，填充的觸煤體積約 m3，觸煤筒中有一中心管，管內(nèi)裝有電熱器。 七、裝置組成 合成塔 作用：在高溫、高壓和催化劑存在的條件下由氫氮?dú)夂铣砂薄? 汽缸油：牌號(hào)“ T ”的汽缸油閃點(diǎn)為 240℃，粘度在 100℃時(shí) 2— 恩氏度，也可用“ C”牌的航空油。 供鍋爐房用的化學(xué)凈水： 于合成系統(tǒng)水冷卻器上部的列管中，作冷卻氣體用。 四、主要原料來源、數(shù)量及組成 主要原料氣為新鮮氣： 生產(chǎn)原料：合 成氨用的氫氮混合氣 規(guī)格：壓力為 320 大氣壓（表壓） 成份：按氣體體積百分?jǐn)?shù) H2=% N2=% （ CH4+Ar） =% 消耗定額 氫氮混合氣： 2800m3∕噸氨 河 水： 62 噸∕噸氨 鍋爐用化學(xué)凈 水： 噸∕噸氨 電： 130 千瓦∕小時(shí) 噸氨 五、輔助原料來源、組成及數(shù)量 來源：來自水、氣及其它副產(chǎn)品。 三、設(shè)計(jì)規(guī)模及操作制度 設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn) 15 萬(wàn)噸合成氨裝置。 從教學(xué)出發(fā)對(duì)學(xué)生進(jìn)行化工設(shè)計(jì)方面的基本訓(xùn)練，有 助于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，提高分析和解決問題的能力，有助于提高學(xué)生的運(yùn)算技巧和設(shè)計(jì)繪圖的能力，當(dāng)然設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和深化，有賴于更多的實(shí)踐，只有通過實(shí)踐，積累經(jīng)驗(yàn)， 才能培養(yǎng)思維、想象和創(chuàng)造的能力，才能促進(jìn)設(shè)計(jì)能力的不斷提高。化工設(shè)計(jì)在新廠建設(shè)，老廠改造挖潛中具有極其重要的作用，也可以說設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的先導(dǎo)，是科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化大生產(chǎn)的 必經(jīng) 途徑 。因此，設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，對(duì)化工行業(yè)的發(fā)展影響極大，一定要在思想上充分的重視。 總之，經(jīng)過初步訓(xùn)練，具有一定的化工 工藝設(shè)計(jì)能力后，在生產(chǎn)、基建、科研和管理等方面，一定會(huì)發(fā)揮出重要的作用。 2 操作制度：根據(jù)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，采用四班三倒 輪換操作。 合成氨觸媒 ：在 300 大氣壓、 溫度 475～ 510℃ 下合成氨則用氧化 鋁與氧化鉀為促進(jìn)劑的融鐵觸煤。 氨氣：用耐 15 氣壓的鋼瓶充裝，使用時(shí)減壓力 5 個(gè)氣 壓，供系統(tǒng)置換水冷卻器的吹出和局部滅火用，氮?dú)庵械难鹾坎坏贸^2%。 六、 產(chǎn)品規(guī)格：氨包括氣氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 75%荷葉按產(chǎn)品占總產(chǎn)量的20%， 以及將氣缸氣和吹出氣送至硫銨車間所回收的氨產(chǎn)品占總產(chǎn)量的 5%。 組成：外筒是一個(gè)多層焊接的高壓容器，筒體內(nèi)徑為 300 ㎜，高為13600 ㎜，筒體的兩端焊有兩個(gè)法蘭，上部有一密閉式頂蓋，下面是一高壓蓋子，蓋子與法蘭有螺栓連接，在上法蘭之側(cè)有一氣體入口 ，下蓋有一氣體出口及冷氣入口。 熱交換器與觸媒 筒下部相連，其筒體直徑約為 680 ㎜，筒體內(nèi)裝有約900 多根直徑為 14 2 ㎜，長(zhǎng)約 3700 ㎜的管子，在管間裝有隔板， 隔板為圓環(huán)式，共計(jì) 27 塊，整個(gè)熱交換器面積約為 130 ㎡。 快速水冷卻器：該設(shè)備是用來冷卻從合成塔出來的反應(yīng)后的高 溫氣體 120— 180℃，經(jīng)冷卻后能使氣體中氨冷凝為液氨，另外，加熱鍋爐房用的化學(xué)凈水，回收一部分熱量。 該設(shè)備的外筒是多層焊接的高壓容器，其內(nèi)徑為 700 ㎜，高約 1014 ㎜，筒體上部的側(cè)面設(shè)有一高壓蓋子，蓋子與筒體是用螺栓連 接的以鋁墊密封。 內(nèi)筒由四層圓筒組成，圓筒上開有長(zhǎng)方形的孔，但各層孔的位置 相錯(cuò)，使氣體流動(dòng)時(shí)改變方向，圓筒固定在上面的圓板上，圓板安裝