【正文】 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！張陽 2022．。在本課題的完成過程中，我還得到了其它各方面的支持和幫助。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)化工工藝的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)里程碑式的突破，同時(shí)我們還認(rèn)識(shí)到理論實(shí)際是密不可分的，在今后的設(shè)計(jì)中，它給我們一個(gè)很好的警示：任何一個(gè)設(shè)計(jì)路線必須結(jié)合實(shí)際中的理論依據(jù)才能得到很好的結(jié)果。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。 增加壓力將使反應(yīng)移向生成氨的方向，提高溫度會(huì)將反應(yīng)移向相反的方向，但溫度過低又使反應(yīng)速度過小。 工業(yè)生產(chǎn)中常用的壓強(qiáng)為 Pa10562??，溫度為 C??6045，用金屬鐵作催化劑，轉(zhuǎn)化率可提高到約 %8。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有 %20~1，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。液氨常用作制冷劑 氨合成是將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。 4．降低投資和提高操作可靠性問題日益受到重視 鑒于節(jié)能降耗已無太多的潛力可挖，今后的技術(shù)發(fā)展將通過減少費(fèi)用的較小的集成化工藝部分、簡(jiǎn)化管道系統(tǒng)相儀器儀表、改進(jìn)催化刑，提高設(shè)備的制造和維修質(zhì)量以及安裝先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)來進(jìn)行，同時(shí)也將更加主重采用各種現(xiàn)代化的技術(shù)管理手段，來保證生產(chǎn)裝置盡量減少停車損失，始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。3．降低能耗的潛力已基本得到發(fā)揮 以天然氣為原料的合成氨能耗設(shè)計(jì)值為27GJ，目前有些生產(chǎn)裝置的最低能耗已達(dá) 28GJ，只比理論值高出 20％左右而與設(shè)計(jì)值相接近。2．天然氣依然是合成氨生產(chǎn)的主要原科 目前全世界合成氨的年產(chǎn)量約為 1．45億噸，其中采用原料重油 3％，煤和焦 13％，天然氣 84％。但考慮到規(guī)模過大，會(huì)造成設(shè)備制造和運(yùn)輸、開停車復(fù)雜化和長期可靠的原料保證等方面的問題，使整套生產(chǎn)裝置的投資費(fèi)用大幅度上升。世界許多合成氨專家對(duì)此意見是一致的，并對(duì)今后合成氨工業(yè)的發(fā)展前景作出如下展望：1．生產(chǎn)規(guī)模不會(huì)再擴(kuò)大 80 年代世界共建成了 110 套合成氨裝置，平均生產(chǎn)規(guī)模為 1120 噸／天。目前，該新型轉(zhuǎn)化爐的工業(yè)示范裝置的生產(chǎn)能力已達(dá) 萬 ，加壓設(shè)備內(nèi)部裝有hm/319 根轉(zhuǎn)化管。燃料氣經(jīng)水冷噴嘴加氧并進(jìn)入燃燒室中，通過調(diào)整噴嘴的位置和燃燒室的形狀設(shè)計(jì)，使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生渦流，以保證轉(zhuǎn)化反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。3．德國伍德公司經(jīng)二十多年來對(duì)工藝效率、工廠安全、能量總消耗等方面連續(xù)研究結(jié)果，推出了低能耗工藝，并于 1991 年在德國 BASF 公司建立了一個(gè)日產(chǎn) 1800 噸的工廠。其中 KAAP 工藝將是未來一個(gè)很有前途的氨廠改造方案，其合成壓力為 7—9．1MPa，采用以石墨為載體，涂釘并用銣鹽活化的氨合成催化劑，比通常的催化劑活性高 20 倍，合成轉(zhuǎn)化率也隨之顯著提高，能增產(chǎn) 40％左右。用含鈷催化劑作氨合成觸媒，合成壓力為 8MPa。LCA 流程與當(dāng)今的大型裝置流程不同，該法的噸氨能耗為 30．1GJ，采用氣熱轉(zhuǎn)化爐取代通用的轉(zhuǎn)化爐，在隔熱管式變換器中進(jìn)行變換，反應(yīng)熱用于制備原料氣與蒸汽的飽和氣。近幾年來，世界合成氨工業(yè)的技術(shù)進(jìn)展主要有以下幾方面：1．英國 ICI 公司采用 LCA 工藝流程，在英國的 Severance 氨廠建了兩套并列的產(chǎn)量各為 450 噸／天，但只有一套公用工程系統(tǒng)的合成氨裝置?，F(xiàn)今所有的合成氨消費(fèi)中，只有 13％是用在化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用上，其他 87％都用于生產(chǎn)化肥?；瘜W(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）155 世界合成氨工業(yè)近期進(jìn)展及前景展望由于生態(tài)和環(huán)保的原因，今后發(fā)達(dá)國家化肥用量將減少，世界合成氨生產(chǎn)能力將緩慢增長。全裝置熱能綜合利用，如合成廢熱產(chǎn)飽和蒸汽供變換，變換、造氣產(chǎn)低壓蒸汽供造氣，全裝置做到蒸汽自給。合成選用適當(dāng)壓力的廢熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽在工藝中使用。采用全低溫變換，加入軟水取代蒸汽，節(jié)省變換用工藝蒸汽，變換余熱加熱軟水。造氣用煤合理分配，大、中塊造氣用，小顆粒及爐渣作為鍋爐用煤。因此，如何合理、高效利用能源，做好節(jié)能降耗工作對(duì)合成氨的生產(chǎn)具有重要的意義 [9]。 所以本次設(shè)計(jì)使用 固定管板式換熱器。 計(jì)算傳熱系數(shù)，校正傳熱面積 管程對(duì)流給熱系數(shù) i? ??i 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) α 0 殼程采用弓形折流板，故 計(jì)算傳熱系數(shù)取污垢熱阻 kwCmRskwCmRsi ?? ????2025.,03.以管外面積為基準(zhǔn),p Pa??????(.)39,??3???hpiC?? )/(59381.)(. ..0 CmWdiiii ??????? 50 ?cpC?? )/(.)(.07836PrRe.23/??????????????化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12 計(jì)算傳熱面積所選換熱器實(shí)際面積為 20 ???? ??計(jì)需 )/( CmWRsdbsdKmii ????????????計(jì)化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）130I1060 型換熱器主要參數(shù)及計(jì)算結(jié)果主要參數(shù) 計(jì)算結(jié)果外殼直徑 mm公稱壓強(qiáng) kg/cm2公稱面積 m2管程數(shù)管子排列方式管子尺寸 mm管長 m管數(shù) N管中心距 t mm管程通道截面積m2折流板間距 mm殼程通道截面積mm60010601三角形排列φ253269326000．0504熱負(fù)荷 kJ/h傳熱溫差 C?管內(nèi)液體流速 m/s管外氣體流速 m/s管內(nèi)液體雷諾數(shù)管外氣體雷諾數(shù)管內(nèi)液體壓降 Pa管外氣體壓降 Pa管內(nèi)液體對(duì)流給熱系數(shù) ??Cmw??2管外氣體對(duì)流給熱系數(shù) ??2傳熱系數(shù)計(jì)算值 ??Cmw??2傳熱面積需要值 m2239。有附錄初選 G800VI10C?50100 型換熱器，有關(guān)參數(shù)列表如下：外殼直徑 D 8管子尺寸 mm φ25公稱壓強(qiáng) l m 3公稱面積 m2 0管數(shù) N 4管程數(shù) Np6管心距 t mm 2管子排列方式 三角形按上列數(shù)據(jù)核算管程、殼程的流速及 Re：管程流通截面積：管內(nèi)水的流速：Cttm ??????? )()(ln)?????? ????squicmi /65..89315360,? ?????ciid?化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10殼程流通截面積： ?ocdnDhS??(0 取 24?c取折流板間距: ?? mm???殼內(nèi)變換氣流速： 當(dāng)量直徑： 計(jì)算流體阻力 管程流體阻力 ??221NFpti????設(shè)管壁粗糙度 為 ，則?..d?,??i 3? ?? PaNFpti ???????符合一般要求。 計(jì)算傳熱溫差首先計(jì)算逆流時(shí)平均溫差：化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9考慮到管程可能是 4 程，但殼程數(shù)為 1。 流體通道的選擇合成氨廠此換熱器中一般是熱水走管程，變換氣走殼程，這是因?yàn)樽儞Q氣流量比水大得多，走殼程流道界面大且易于提高其 α 值的緣故。2T?68 確定換熱器的材料和壓力等級(jí)考慮到腐蝕性不大，合成氨廠該換熱器一般采用碳鋼材料，故本設(shè)計(jì)中也采用碳鋼材料。C???1642)8160(。設(shè)變換器出換熱器時(shí)的壓力為 。已知：變換氣流量為 ,變換氣進(jìn)換熱器溫度為 ，壓hkg310?C?245力為 .熱水流量為 ，熱水進(jìn)換熱器溫度為 ，壓力為 。最后，把所制得的合成氨儲(chǔ)存到罐里或通往其他地方繼續(xù)加工生產(chǎn)。分離氨后的氣體即進(jìn)入合成塔。氣體隨即進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)，提高壓力并與新鮮氣混合后，流入冷交換器和氨冷卻器中。 (1)兩次分離液氨產(chǎn)品的典型流程