【正文】 ，W/m2℃/W，Rsi=105m2℃/W合成爐爐體外徑為d1=，取b=，所以合成爐爐體的對數(shù)平均直徑為： 將以上數(shù)據(jù)代入總傳熱系數(shù)式中：所以，U= W/m2氫氣套管直徑的計(jì)算式[6]為：式中：——進(jìn)合成爐氯氣的摩爾量，kmol/h ——進(jìn)合成爐氯氣的溫度，K ——進(jìn)合成爐氯氣的壓力，Pa ——進(jìn)合成爐氯氣氣速，m/s ——氯氣管的外徑，m由前面的計(jì)算可知：=，=，=325mm，=，而氯氣的入口速度一般為5~9m/s，這里取8m/s將上面的數(shù)據(jù)代入公式，得 取氫氣管的規(guī)格為Φ42610[8]的鋼管進(jìn)口管管徑的計(jì)算公式： 式中：——水的體積流速，m3/s ——水的進(jìn)口速度，m/s 水在不同溫度下的溫度為27℃，由文獻(xiàn)[1]查得不同溫度下水的密度見表34表34 不同溫度下水的密度表溫度，℃30405060密度，kg/m3 因冷卻水的進(jìn)口溫度為27℃，用插值法可求的此溫度下的密度： 所以， ~3m/s，這里取水的流速為2m/s 將以上數(shù)據(jù)代入進(jìn)口管管徑的計(jì)算公式中，可得： 取冷卻水進(jìn)口管的規(guī)格為Φ2036[8]的熱軋無縫鋼管。合成氣出口管管直徑的計(jì)算式為：式中：——進(jìn)合成爐氯氣的摩爾量，kmol/h ——進(jìn)合成爐氯氣的溫度，K ——進(jìn)合成爐氯氣的壓力，Pa ——進(jìn)合成爐氯氣氣速，m/s由前面的計(jì)算可知：=，=，=，而氯氣的入口速度一般為5~10m/s，這里取10m/s將上面的數(shù)據(jù)代入公式，得 取氫氣管的規(guī)格為Φ5009[8]的鋼襯PE管如果停、開車時(shí)爐內(nèi)的氣體沒有置換干凈，或是其他原因，造成氫氣和其他氣體的混合比例達(dá)到爆炸范圍時(shí)，均可引起爆炸事故。最常用的爆破裝置有爆破膜或重力式防爆蓋。爆破膜材料有不透性石墨和高溫石棉橡膠板，較常用的為不透型石墨。爆破膜厚度的確定：爆破膜的厚度目前還沒有較準(zhǔn)確的計(jì)算方法，可用下式進(jìn)行估算爆破膜厚度。 封頭的選擇及計(jì)算根據(jù)設(shè)備要求，本設(shè)備選擇圓形平板封頭?！婧铣蓺膺M(jìn)石墨冷卻器的溫度為350℃，出口為170℃，冷卻水進(jìn)口為27℃，出口溫度為52℃。降膜吸收器實(shí)際上是一種垂直安裝的列管式或圓塊孔式換熱器。上部設(shè)置有分配吸收液的溢流管。本設(shè)計(jì)在這里選用列管式降膜吸收器?！妗８邷貍?cè)流體溫差： Δt1=17037=133℃ 低溫側(cè)流體溫差： Δt2=4027=13℃ W 所以，降膜吸收器的換熱面積為 所以，選擇GX65035型號的管殼式石墨降膜吸收器，系列參數(shù)見表35表35 GX65035型號的管殼式石墨降膜吸收器系列參數(shù)公稱直徑mm固定管板厚度mm管程數(shù)管心距mm吸收管根數(shù)換熱面積m2吸收面積m2吸度收管有效長度mm650200142139353000 尾氣吸收塔的計(jì)算及選型依據(jù)Bainhougen關(guān)聯(lián)式，計(jì)算泛點(diǎn)速度 式中：——泛點(diǎn)空塔氣速，m/sg——重力加速度，kg/m2s——干填料因子，m1μL——液相粘度，cp ρg，ρL——?dú)庀唷⒁合嗝芏?，kg/m3 L，G——液相，氣相流量，kg/h A——常數(shù) ε——填料空隙率已知：L=，G= 解得，= 塔徑的計(jì)算公式為 式中：VS——?dú)怏w的體積流量，m3/s u——空塔氣速，m/s~，則空塔氣速u== 所以， 圓整后D=1200mm 填料層高度的計(jì)算式為： h=NTHETP式中：h——填料層高度，m NT——理論塔板數(shù) HETP——填料的等板高度，m 根據(jù)Aspen模擬的結(jié)果，理論塔板數(shù)為15，所以，填料層的高度h=15=，所以，填料塔的塔高為 H=++=氯化氫氣體的定性溫度為(70+40)/2=55℃，由文獻(xiàn)[1]查得該溫度下氯化氫的各物化性質(zhì)數(shù)據(jù)見表36表36 55℃下氯化氫氣體的物化性質(zhì)數(shù)據(jù)表性質(zhì)粘度（cp）導(dǎo)熱系數(shù)（W /m.℃）比熱容（kJ/kg﹒℃）數(shù)據(jù)擬選用GHA50035（F）型號的換熱器，該型號換熱器的系列參數(shù)見表37表37 GHA50035（F）型號換熱器的系列參數(shù)外徑mm壁厚mm換熱管根數(shù)換熱面積m2換熱管有效長度m325109354000氯化氫的質(zhì)量流量為氯化氫單位面積的質(zhì)量流率為所以，雷諾數(shù)＞10000用來計(jì)算管外的傳熱系數(shù)所以，將以上數(shù)據(jù)代入公式，可得：冷卻水的定性溫度為(27+32)/2=29℃, 文獻(xiàn)[1]查得該溫度下冷卻水的各物化性質(zhì)數(shù)據(jù)見表38表38 29℃下冷卻水的物化性質(zhì)數(shù)據(jù)表性質(zhì)粘度（cp）導(dǎo)熱系數(shù)（W /m.℃）比熱容（kJ/kg﹒℃）數(shù)據(jù)冷卻水單位面積的質(zhì)量流率為所以，雷諾數(shù)因?yàn)?300＜Re＜10000，所以可用Re＞10000公式計(jì)算，在乘以一校正值f 所以，所以，總傳熱系數(shù)按下式計(jì)算： 其中，b=，Rso=104m2℃/W，所以，K=143 W/m2℃。高溫側(cè)流體溫差： Δt1=7031=39℃ 低溫側(cè)流體溫差： Δt2=4027=13℃ W 所以，石墨換熱器的換熱面積為 由以上計(jì)算可知，初選換熱器的型號符合要求。本設(shè)計(jì)采用塊孔式石墨冷卻器，因?yàn)閴K孔式較列管式可使用的溫度低?！妗５?章 設(shè)備一覽表本設(shè)計(jì)的設(shè)備一覽表如表41所示：表41 設(shè)備一覽表序號位號名稱型號數(shù)量1F101二合一石墨合成爐Φ32001900012E102石墨換熱器GHA70060(F)13T103降膜吸收器GX6503514T104解吸塔Φ7001140015T106尾氣吸收塔Φ12001590016E105解吸塔再沸器GHA45020(F)17E107石墨換熱器GHA50035(F)18E108鹽水石墨冷卻器YKAI40019P101稀酸泵IHJ8065125110P102稀酸泵IHJ80651251第5章 車間設(shè)備布置車間廠房布置是對整個(gè)車間各工段，各設(shè)備在車間廠區(qū)范圍內(nèi)，按照它們在生產(chǎn)生活中所起的作用進(jìn)行合理的平面和立面布置。設(shè)備布置首先要滿足工藝流程和工藝條件的要求。設(shè)備的安全距離如表51所示。將設(shè)備與泵房一字排開，放在廠區(qū)內(nèi)。根據(jù)工藝路線，將降膜吸收器T03放在17米的操作臺上。第6章 自動控制隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，化工廠裝置對自動化的要求越來越高?；どa(chǎn)過程中，任何單元設(shè)備對流程設(shè)計(jì)都有一定的要求，有著一定的共性。流量控制：以二合一合成爐為例。因此，對應(yīng)于進(jìn)料流量控制是十分必要的。 壓力控制：以尾氣吸收塔為例。本設(shè)計(jì)通過放空閥的開關(guān)來控制塔壓。溫度控制：以解吸塔再沸器為例。對于蒸汽作熱載體，調(diào)節(jié)閥一般裝在進(jìn)口蒸汽管上。溫度低時(shí)，增加蒸汽的量，反之，減少蒸汽的量[7]。在工廠開車之前，要對員工進(jìn)行安全教育，密切注意生產(chǎn)中各指標(biāo)的變化，防止發(fā)生爆炸事故。另外，在本設(shè)計(jì)中，合成爐安裝有防爆裝置。 三廢產(chǎn)生情況本設(shè)計(jì)采用較先進(jìn)的工藝技術(shù)，降膜吸收器、尾氣吸收塔以及解吸塔產(chǎn)生液體都循環(huán)作為吸收劑來使用。 三廢處理情況含有有毒有害的廢氣排出物，在排放之前，需要進(jìn)行處理?？扇夹詺怏w可通過燃燒出去。由于廢氣含量較少，且對環(huán)境幾乎無污染，可以直接排到大氣中。在本設(shè)計(jì)中，石墨合成爐產(chǎn)生的廢液量很少，對水質(zhì)幾乎沒有影響，可以直接排放到下水道中。對于這部分產(chǎn)生的鹽酸，可將其貯存到酸貯罐中，供下一工序利用，或包裝出售。(1) 水源來源的選擇：水源分為地下水（淺層地下水、深層地下水、泉水等）及自來水，應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇水質(zhì)良好，水量充沛，水源衛(wèi)生條件和周圍環(huán)境良好，便于生產(chǎn)供水方便。(3) 排水系統(tǒng)：工業(yè)企業(yè)廢水排放必須達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，這是每個(gè)企業(yè)必須考慮的問題，從已經(jīng)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)看，多數(shù)企業(yè)采取的是分散治理的辦法，每個(gè)個(gè)工廠都要有一套污水處理設(shè)施，以保證所排廢水達(dá)到國家規(guī)定的排入環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。冷卻水上水為27℃的自來水，冷凍鹽水上水溫度為25℃。(1) 廠區(qū)的變配工程：變電工程就是電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所。 (2) 車間的電力設(shè)計(jì)：車間配電的系統(tǒng)圖、平面圖以及車間電力的材料表等。(4) 電氣的防爆：特別危險(xiǎn)場所除了有觸電危險(xiǎn)性外，由于電器上的發(fā)熱、火花和事故，還是有生產(chǎn)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境。本設(shè)計(jì)生產(chǎn)崗位采用混合照明，其它為正常照明，電源為380/220V。(1) 在冬天比較寒冷的時(shí)候采用集中取暖。在本設(shè)計(jì)中，將廠址選在江蘇鹽城市，冬季相對不算寒冷，采用蒸汽取暖。所以，在本設(shè)計(jì)中，采用蒸汽取暖與防爆性暖風(fēng)機(jī)供暖相結(jié)合的供暖措施。用通風(fēng)方法改善室內(nèi)空氣環(huán)境，就是在局部地點(diǎn)或整個(gè)車間把不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的污濁空氣排至室外，把新鮮空氣送入室內(nèi)。在本設(shè)計(jì)中：(1)車間有害物質(zhì)：氯化氫、氯氣(2)與空氣混合發(fā)生爆炸的物質(zhì)：氫氣、氯氣(3)換風(fēng)量的確定生產(chǎn)崗位上換風(fēng)為：21600m3/h—86400m3/h，換氣次數(shù)：7次/h(4)在生產(chǎn)車間中采用排煙通風(fēng)裝置使空氣流通參考文獻(xiàn)[1]:化學(xué)工業(yè)出版社,[2][M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,[3][M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998[4]夏清,[M].天津:天津大學(xué)出版社,[5][J].石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2004（200）:40[6]熊潔羽,王國軍,2006,(37):1517[7]婁愛娟,吳志泉,[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,[8][M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,[9]熊潔羽，王國軍，[J].中國井礦鹽，2006，（37）：1518[10] 熊潔羽,王國軍,[J].中國井礦鹽,2004,（35）:3035[11]朱有庭,曲文海,[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004[12][M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,致謝通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)和研究，使我們對化工行業(yè)以及生產(chǎn)之前所做的一系列工作準(zhǔn)備有了一個(gè)更深入的了解。因此，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)從開始到文章的完成，每一步對于我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，在這段期間，通過指導(dǎo)教師的題點(diǎn)，與同學(xué)之間的相互討論和查閱有關(guān)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了工藝選擇、物料衡算、熱量衡算、Aspenplus的模擬以及設(shè)備的計(jì)算及選型。在設(shè)計(jì)的這一段時(shí)間里，我們學(xué)到了好多以前沒有學(xué)過的東西，同時(shí)也對課本上的一些理論知識加深了了解，理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓我們能夠更好地運(yùn)用學(xué)過的知識，對我們以后的工作和學(xué)習(xí)都有很大的幫助。我們將謹(jǐn)記老師的教導(dǎo)，將所學(xué)東西更好地運(yùn)用到以后的學(xué)習(xí)