【正文】 總生產(chǎn)能力為4500萬t/a 左右，氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求，在與國際接軌后，具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力今后的發(fā)展重點是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進一步改善經(jīng)濟性。這是合成氨工業(yè)史上的第一次技術(shù)變革和飛躍。稱為合成氨工藝的“經(jīng)典之作”。20世紀(jì)60年代中期，美國凱洛格公司首先開發(fā)出以天然氣為原料、日產(chǎn)1000噸的大型合成氨技術(shù)。與此同時，在天然氣、重油和煤等制氨原料中，由于天然氣具有投資省、能耗低的明顯經(jīng)濟性優(yōu)勢，使世界上約有85%的裝置以天然氣為原料。合成氨過程由許多環(huán)節(jié)構(gòu)成，氨合成反應(yīng)過程是整個工藝過程的核心。工業(yè)上普遍采用的是以焦炭、煤、天然氣、重油等燃料與水蒸氣作用的氣化方法。 有機工業(yè)各種中間體，制藥中磺胺藥物，高分子中聚纖維、氨基塑料、丁腈橡膠、冷卻劑等的生產(chǎn)；國防工業(yè)中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纖維等的生產(chǎn)合成氨的原料是氫氣和氮氣。氨也是重要的工業(yè)原料。合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，有十分廣泛的用途。變換工段中主要涉及一氧化碳的轉(zhuǎn)化和能量的回收利用，列管換熱器在傳熱效率，緊湊性和金屬耗量不及某些換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，適用性強，制造材料廣泛等獨特優(yōu)點，因而，在合成氨變換工段選擇列管式換熱器，而本設(shè)計主要對該換熱器進行相關(guān)選型和計算。換熱器的分類比較廣泛：反應(yīng)釜、壓力容器冷凝器、反應(yīng)鍋、螺旋板式換熱器、波紋管換熱器、列管換熱器、板式換熱器、螺旋板換熱器、管殼式換熱器、容積式換熱器、浮頭式換熱器、管式換熱器、熱管換熱器、汽水換熱器、換熱機組、石墨換熱器空氣換熱器、鈦換熱器。化工原理課程設(shè)計水冷卻器設(shè)計說明書 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 目錄1前言 3 3 合成氨工業(yè)重要性 3 合成氨的原料及原則流程 3 世界合成氨生產(chǎn)技術(shù)及進展 3 國外合成氨技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 3 我國合成氨技術(shù)的基本狀況 4 換熱器概述 4 列管換熱器結(jié)構(gòu) 4 列管換熱器分類 4 列管換熱器主要部件……………………………………………………………..42 設(shè)計任務(wù) 5 設(shè)計題目 5 設(shè)計內(nèi)容 5 設(shè)計要求 5…………………………………………………………………………………..53 換熱器工藝設(shè)計 7 7…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7 7 74 換熱器機械設(shè)計 8…………………………………………………………...…………………………………………………........... 8……………………………………………………………………………..……………………………………………………………………….. 8……………………………………………………………………………..……………………………………………………………………..……………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………、殼程壓強降計及校驗…………………………………………………………...……………………………………………………………...5 設(shè)計一覽表 126 設(shè)計體會和收獲 137 參考文獻 148 主要符號說明 151前言換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料，因此，要求制造在換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。在合成氨生產(chǎn)過程中，換熱器應(yīng)用十分廣泛，主要用于熱量的交換和回收。氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各化工產(chǎn)品首位；同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨可生產(chǎn)多種氮肥,如尿素、硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨等；還可生產(chǎn)多種復(fù)合肥，如磷肥等。應(yīng)用于基本化學(xué)工業(yè)中的硝酸、純堿及各種含氮無機鹽的生產(chǎn)。氮氣來源于空氣，可以在制氫過程中直接加入空氣，或在低溫下將空氣液化、分離而得；氫氣來源于水或含有烴的各種燃料。合成氨生產(chǎn)的原則流程如圖示。自20世紀(jì)20年代第一套合成氨工業(yè)投產(chǎn)以來，盡管合成氨生產(chǎn)的基本原理未變，但在合成氣制備、合成氣凈化、氨合成等工藝單元，均取得了重大的技術(shù)進步，實現(xiàn)了不少單元技術(shù)的革新，以至全流程的更新，使裝置規(guī)模不斷擴大，能量消耗逐步接近理論值。因此合成氨技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在天然氣制氨的技術(shù)進步中。凱洛格傳統(tǒng)合成氨工藝首次在合成氨裝置中，采用了離心式壓縮機，并將裝置中工藝系統(tǒng)與動力系統(tǒng)與動力系統(tǒng)非有機結(jié)合起來，實現(xiàn)了裝置的單系列大型化（無并行裝置）和系統(tǒng)能量自我平衡（即無能量輸入），是傳統(tǒng)型制氨工藝的最顯著特征。之后ICIUhde、Topsoe、Braun公司等相繼開發(fā)出與凱洛格工藝技術(shù)，其中Topsoe和ICI在以清幽為原料的制氨技術(shù)方面，處于世界領(lǐng)先地位。我國氮肥工業(yè)自20世紀(jì)5年代以來，不斷發(fā)展壯大，目前合成氨產(chǎn)量已躍居世界第一位，現(xiàn)已掌握了以焦煤、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨、尿素的技術(shù)，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。我國目前有大型合成氨裝置共計34套，生產(chǎn)能力約1000萬t/a；其下游產(chǎn)品除1套裝置生產(chǎn)硝酸磷肥之外，均為尿素。除上海吳涇化工廠為國產(chǎn)化裝置外其他均系從國外引進。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在煉油廠的常、減壓蒸餾裝置中，換熱器約占總投資的20%。在化工生產(chǎn)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(yīng)用更加廣泛。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。管殼式換熱器又稱列管式換熱器。管殼式換熱器主要由殼體、管束、折流板、管板和封頭等部件組成。封頭用螺栓與殼體兩端的法蘭相連。結(jié)構(gòu)堅固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強、操作彈性較大。例如,對于水一水換熱,傳統(tǒng)的管殼式換熱器K值范圍一般為1150～2230W/ ㎡?℃,而板式換熱器K值為1500～4700W/ ㎡?℃,螺旋板式為2000～3000W/ ㎡?℃。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。圖1 列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種：（1）． 固定管板式換熱器(代號G)此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。固定管板式換熱器有結(jié)構(gòu)簡單、排管多、緊湊、造價便宜，等優(yōu)點。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補償裝置。難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔茫蛻?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是：管束可以拉出，易于清洗和檢修，所以能適用于管