【正文】 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè) 第四章主要設(shè)備表 序號(hào) 設(shè)備名稱 規(guī)格 介質(zhì) 總重量 1 合成塔 φ 215445215 98 尿液 266550 2 甲 銨 冷凝器 φ 2400 16280 13 甲銨 66200 3 二氧化碳?jí)嚎s機(jī) 2MCL527+ 2BCL306/A 二氧化碳 40000 4 汽提塔 φ 2145 13040 100 尿液 175514 5 高壓甲銨預(yù)熱器 φ 600 7334 5 甲銨 7800 6 甲銨分離器 φ 1400 5320 65 甲銨、尿液 112780 7 中壓吸收塔 φ 20201049022 碳銨 14700 。 催化劑裝填量 通過(guò)傳熱面積計(jì)算，確定了轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)，但這樣的結(jié)構(gòu)能否保證催化劑填量以獲得所需高速，這是決定轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)能力的一個(gè)主要因素，必須核定，如果不能滿足要求就必須對(duì)所選取的轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，其關(guān)系式： kv =cp/gK CP— 要求轉(zhuǎn)化器達(dá)到的生產(chǎn)能力 (kg/h)， GK— 催化劑生產(chǎn)能力（ kg/ 3m ） 現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù) GK= kg/h，催化劑在 130~180℃的生產(chǎn)能力約為 249 kg/ kg/ kg/ 3m 所以要求催化劑的裝填體積為： VK=確定轉(zhuǎn)化器每臺(tái)列管總?cè)莘e 為： V 管 = ( 2) 3 613= 3m VK/ V 管 =≈ 14 臺(tái) 所確定轉(zhuǎn)化器符合要求，使用轉(zhuǎn)化器時(shí)要完成生產(chǎn)任務(wù)，乙炔空速為： SV=由于生產(chǎn)條件的限制，空速不可能達(dá)這么高，只能控制在約 3060。因此冷卻水溫度不能過(guò)底，進(jìn)出口溫度不宜過(guò)大，若取進(jìn)口溫度為 97℃出口 105℃，所需冷卻水計(jì)算如下： G=R 水 V 水 =Q/Cp△ t 式中： V 水 水的體積流量 R 水 密度（ 100℃ =） V 水 = Q/Cp△ t=404 610 /（ 1 8） = 3m /h 傳熱面積 實(shí)際傳熱過(guò)程轉(zhuǎn)化器內(nèi)熱流體由 150℃變到 120℃轉(zhuǎn)化器外冷流體由 97℃變到 105℃從而可得： △ t1/t2=（ 150105） /（ 12097） =45/23＜ 2 可用算術(shù)平均溫度差 ： △ tM=（△ t1+ △ t2） /2=34℃ 按國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)化器傳熱系數(shù) K=30km/㎡ F=Q/k△ tM= 610 /(30 34)= ㎡ 傳熱面積大，選擇何種轉(zhuǎn)化器合適？ 對(duì)接觸催化劑轉(zhuǎn)化器傳熱面積先要保證催化劑有足夠的裝填量，使之能獲 得適宜的空間速度，然后盡可能增大傳熱面積，在一定裝填量下為增大傳熱面積，只有選用北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 小管徑的傳熱管，但管徑小又引起換熱器壓力降增 大，動(dòng)力消耗增多，同時(shí)加工制造、操作維修困難等，這些問(wèn)題在確定轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)形式時(shí)需作全面考慮合成 VC 采用列管式轉(zhuǎn)化器，管內(nèi)裝填催化劑，管外冷卻，比較適宜。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 水碳比的公式及應(yīng)用 H2O/CO2={[H2O]/18[Ur]/60}/{[CO2]/44+[Ur]/60} ={ [H2O] [Ur]}/{ [CO2]+ [Ur]} 式中 : [H2O]— 水的重量百分比 其中： [H2O]=% H2O/CO2={ % %}/{ %+ %} = 則： H2O/CO2在小于 ，符合設(shè)計(jì)范圍。所以需要幾臺(tái)轉(zhuǎn)化器并聯(lián)使用，設(shè)需要 N臺(tái)轉(zhuǎn)化器并聯(lián)使用，催化劑裝填體積為 3m 取空速為 50，則 N= (47 50)=≈ 2臺(tái) 從催化劑計(jì)算考慮需 14 2=28 臺(tái) 從串聯(lián)操作需 28 2=56 臺(tái)，為保證安全生產(chǎn)備用 2臺(tái)共用 58 臺(tái)。 現(xiàn)根據(jù)傳熱面積來(lái)確定轉(zhuǎn)化器列管數(shù)，選取 ? 57 3，長(zhǎng)為 米的鋼管，由于F= 得所需管數(shù)為 n=F/=321/( 3)=598 根，采用正三角排列，間距為 34 毫米，取 613 根管這樣轉(zhuǎn)化器的外徑為 米（參考化工設(shè)計(jì)手冊(cè)）句此每臺(tái)轉(zhuǎn)化器實(shí)際傳熱面積為 ： F==613 3=330 ㎡ 滿足傳熱要求。 由 CH和 HCL 合成 1摩爾 VC 反應(yīng)為： （ ） = 由 VC和 HCL 合成 1摩爾 CH2CLCH2CL 的反應(yīng)熱為： （ ） = kcal/mol 若其他副反應(yīng)忽略不計(jì)，則轉(zhuǎn)化器總反應(yīng)熱為 Q 主 =Q 副 主反應(yīng)熱 = 1000 =4400000 kcal/mol 副反應(yīng)熱 = 1000 =17000 kcal/mol 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) 既 Q 反 =Q 主 + Q 副 =4400000+17000= 4420200 kcal/mol 原料氣帶入熱量 Q 名 稱 CO2 NH3 氮?dú)? 空氣 水 比熱kcal/mol 氣體入口溫度取 80℃，則各物料帶入熱利用公式 Q=WCP(t2t1) 氨帶入熱： （ 800） =165000kmol/h 二氧化碳帶入熱： （ 800） =109000kmol/h 氮?dú)鈳霟幔? （ 800） =空氣帶入熱： （ 800） =水氣帶入熱： （ 800） =總帶入熱： 165000+109000+++=270000kcal/mol 出料帶出熱量 氣體出口溫度取 120℃，則各物料帶出熱量分別為： 氨帶出熱： （ 1200） =二氧化碳出帶熱： （ 1200） =氮?dú)鈳С鰺幔? （ 1200） =水氣帶出熱： （ 1200） =空氣帶出熱： （ 1200） =氯乙烯帶出熱： （ 1200） =290000kcal/mol 總帶出熱： +++++290000=熱損失；一般經(jīng)驗(yàn)估取為 Q 冷 的 5% 計(jì)算結(jié)果表明： Q 反 +Q 入 ＞ Q 出 須從轉(zhuǎn)化器內(nèi)導(dǎo)出熱量為： Q 冷 =Q 反 +Q 入 Q=4400000+275000304000=4370000kcal/mol 熱量導(dǎo)出選擇水為熱載體，由換 熱公式 Q=GCp△ t可知當(dāng) Q 一定，冷卻水進(jìn)出北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 口溫差越大，耗水量就越少，但該反應(yīng)為催化反應(yīng)溫度在 130～ 180℃最有利。K) 折射率 (20℃， ， 5876A，氣體 )： n= 通過(guò)熱量衡算確定傳熱面積和轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)化器有關(guān)的熱量，有原料混合氣帶入轉(zhuǎn)化器熱量 Q 入 ，反應(yīng)熱 Q 反 ，載體帶走的熱量 Q 冷 ，產(chǎn)物和未反應(yīng)物原料氣帶出熱量 Q，轉(zhuǎn)化器散失的熱量 Q 損 。K) 比熱比 (℃， )： Cp/Cv= 蒸氣壓： 20℃ 1510kPa 0℃ 2665kPa 20℃ 4367kPa 粘度 (， 20℃ )： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 第三章 工藝計(jì)算 ： CO2 分子量： 44 臨界溫度： 臨界密度： 容點(diǎn)：－ 沸點(diǎn)：－ 86 氣化潛熱： kcal/mol 臨界壓力： :NH4 分子量： 三相點(diǎn)： (128kPa)： ℃ 沸點(diǎn) (1 70kPa)： ℃ 液體密度 (℃ )： 610kg/m3 氣體密度 (， )： 相對(duì)密度 (空氣 =1， 0℃， )： 比容 (℃， )： 氣液容積比 (15℃， 100kPa)： 556L/L 臨界溫度： 3532℃ 臨界壓力： 6190kPa 臨界密度： 壓縮系數(shù)： 溫度 K 壓力 kPa 290 320 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) 熔化熱 (℃， 128kPa)： 氣化熱 (℃， )： 比熱容 (0℃， )： Cp=(kg分離器預(yù)估價(jià)位 萬(wàn)元；下部換熱器按 萬(wàn)元 /㎡計(jì)算，則其預(yù)估價(jià)為： = 萬(wàn)元，所以尿液預(yù)濃縮器需投資 +=萬(wàn)元。從而節(jié)約 快鍋蒸汽用量，以達(dá)到降低系統(tǒng)能耗的目的。 由傳熱方程式可計(jì)算下段熱交換器所需傳熱面積： A 下 =Q 下 /（ K 下 △ T 下 ） =（ 3553 ） = ㎡ 尿液預(yù)濃縮器的換熱器所需總傳熱面積為： A 總 =A 上 +A 下 =+= ㎡。由此可見(jiàn)，尿液預(yù)濃縮器的應(yīng)用，不僅回收了系統(tǒng)的低位熱能，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的操作彈性。此回收熱量可使一段蒸發(fā)減少 蒸汽勇量為：（ +220707G） /（ Kg/h），那么 904F少回收 冷凝液也為此量，由 904F實(shí)測(cè)工藝參數(shù)及熱量平衡關(guān)系有： 40816 +（ 2433+1407） ［（ +） /］=+（ 40816+2433+1407［（ +） /］ G=3420Kg/h 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 閃蒸所得冷凝液量為： 40816+2433+1407［（ +） /］ 34201=33030Kg/h 尿液預(yù)濃縮器的應(yīng)用 尿液預(yù)濃縮器取代原流程中的閃蒸槽 302F，其蒸發(fā)器分為兩段，上段熱源為 飽和蒸汽，下段熱源為高壓調(diào)溫水，如圖 3所示。 設(shè) 904F閃蒸蒸汽量為 G，則尿液預(yù)濃縮可回收熱量為： Q= 280 （ ） +（ ） G=+。這樣既回收了低位熱能，也提高了進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)的尿液濃度，改善了蒸發(fā)系統(tǒng)的工作狀況。 C，高壓調(diào)溫水熱量回收利用率仍只能達(dá)到 65%左右；另一方面，受合成壓力限制， TIC207 不宜提高太多，在本裝置中，因高壓甲氨冷凝器 202C堵管已達(dá) 258 根，占總管數(shù)的 %，其傳熱面積大大減少，從實(shí)測(cè) 203C 熱負(fù)荷比設(shè)計(jì)值高約 %，以及合成塔氣液相溫度均比設(shè)計(jì)值偏高可以看出， 202C 熱負(fù)荷已明顯后移，在現(xiàn)有實(shí)際生產(chǎn)中，為維持合成壓力 ，蒸汽壓力 PIC206 已處于低限操作，若再過(guò)多的提高 TIC207，勢(shì)必造成合成塔壓力高， PIC206 進(jìn)一步降低，不利于后序系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，由 于尿液濃度變低，游離氨含量升高，又增加了蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷，也使尿液北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 泵（ 303J/JS）的打量不穩(wěn)定，造成蒸發(fā)系統(tǒng)工況波動(dòng)較大。 C）長(zhǎng)期以來(lái)總是低于設(shè)計(jì)值 (135176。 C 出口溫度 176。表 2 是一組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)綜合平均數(shù)據(jù)及介質(zhì)物化數(shù)據(jù)。 C 的閃蒸冷凝液也直接排入 905F，而被利用熱量?jī)H為 102C加熱液氨回收熱量 ，由此可見(jiàn)， 904F低，熱能損失嚴(yán)重。 C 壓力 MPa 流量Kg/h 位號(hào) 焓值 KJ/Kg 設(shè)計(jì)值 閃蒸所得飽和蒸汽