天然氣合成氨20萬(wàn)噸合成工段設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 /（1 yNH3,2）=，y186。NH3,2/（1+ y186。NH3,2）=上式=+=，所以，y186。NH3,3=實(shí)際出口氨含量：yNH3,3= y186。NH3,3（1 y2,2 Mk,2 / Mk,3）=（,3）式中 Mk,3 = Mk,2⊿M3 所以， Mk,3==y186。NH3,3=（）≈,3(反算tk,3)由A106催化劑活性曲線查(1/rNH3)3，(1/rNH3)32當(dāng) tk,2=412℃, y186。NH3,2= (1/rNH3)2 =105()/m3當(dāng) tk,3=447℃, y186。NH3,3= (1/rNH3)3 =105()/m3(1/rNH3)平3=[(1/rNH3)2+(1/rNH3)3]/2=105()/m3A3,3 = (1/rNH3)平3 x(y186。NH3,3 y186。NH3,2)/ Ef =105()/=105()/m3與假定第一段常數(shù)A3相符，故假定溫度求tk,3=487℃正確本段單位長(zhǎng)度反應(yīng)熱。Q3=⊿I3/⊿L3 =()y0,3= （y186。NH3,3 yNH3,3）/ y186。NH3,3=（）/=V0,3= V3(1 y0,3)[1+ yNH3,3/(1 y0,3)]= ()(1+())= 第三段催化劑用量，⊿Vk，3= A3,3 V03= 105= m3將各段計(jì)算結(jié)果匯入表44。表44 各段計(jì)算結(jié)果如下表段數(shù)n名稱123進(jìn)口溫度tk,n1,℃412出口溫度tk,n, ℃447485進(jìn)口氨含量yNH3,n1,%出口氨含量yNH3,n,%氨產(chǎn)量⊿M3n,Kmol/h催化劑單位反應(yīng)熱，KJ/() 換熱器：（1） 選型選螺旋板換熱器，外殼216。8008，中心管150，螺旋板頭數(shù)為2，通道寬4m，螺旋板厚=3mm，板間距b=4mm。（2） 換熱負(fù)荷= (521365)= 107 KJ，熱氣從內(nèi)旋、冷氣從外經(jīng)內(nèi)向外。（3）傳熱系數(shù)計(jì)算通道截面積=622==2b=2=，螺旋體外徑，D0=100082=984mm，DH=( D0+ d0)/2=(984+150)/2=567mm。冷氣體對(duì)板傳熱系數(shù)： 0=(1+)λ/d0 =(())(())(1+)=(. ℃)其中：℃，℃t平=(+)/2=℃，yNH3=，查得Cpm==(.℃)，=熱氣體對(duì)板傳熱系數(shù)：t進(jìn)=447℃，t出=485℃t平=(447+485)/2=466℃，yNH3=，查Cpm==(.℃)，=i=(1+)λ/ =(())(())(1+)=(. ℃)總傳熱系數(shù) 取R=(.℃)/KJ，λ鋼=(.℃)K=1/(1/+1/++)=(.℃)（4）傳熱面積F=Q/K△tmΔtm=((485478)())/ln(485478)/()=℃F=107/()= 廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算 計(jì)算條件(1) 選臥式U型換熱管(2) 高壓管尺寸，Φ24 ，d外 = m，d內(nèi) = ，d = m.(3) 熱負(fù)荷： Q= kJ/tNH3(4) 產(chǎn)量：W= tNH3/h(5) 氣體壓力，P平均=(6) 氣體入口溫度，t=365℃(7) 氣體出口溫度，t出=220℃(8) 軟水入口溫度，t水=30℃(9) 副產(chǎn)蒸汽壓力，p=(10) 進(jìn)氣量，V= m3/h(11) 蒸汽飽和溫度，t蒸=℃ 官內(nèi)給熱系數(shù)α計(jì)算α=式中：λ—導(dǎo)熱系數(shù)kJ /(mh ℃)；α—給熱系數(shù)kJ /(mh ℃)℃ t=(365+220)/2 = ℃，壓力p= (305kg/cm3)。（1）壓縮系數(shù)Z 查氣體的臨界常數(shù)歸入表45[6]：表45 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1Tc1,KPc1, MPaTcm==++++=Pcm==++++=對(duì)比壓力Pr==對(duì)比溫度Tr==(+ )/=查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)圖由Pr = ，Tr=，查Z=（2）混合分子量==17+16+40+2+28=（3）氣體比熱Cp：表46 氣體的比熱容NH3CH4ArH2N2Cp1,kJ/kmol.℃Cp==++++= kJ /(kmol176。C)（4） 導(dǎo)熱系數(shù)高壓下含氨混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，用氮的對(duì)比導(dǎo)熱系數(shù)圖進(jìn)行計(jì)算。表47 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1T11,K239Pc1,MPakJ/(. ℃)Tcm′==+239+++=P′cm=++++==求假對(duì)比參數(shù)，Pr′=p/ P′cm=Tr′=T/T’cm=(+)/=由 Pr′，Tr′查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[6], 得= =.==(mh ℃)（5）氣體的粘度 查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)各組分氣體壓力下的粘度。高壓下含氨混合氣體的粘度由下式計(jì)算=+4+++= =+4+1+1+(mh)(6) 雷諾準(zhǔn)數(shù)重量流量=V/=管道截面積，設(shè)管道數(shù)量 182 根F = 182 =則重量流速 G=W/F=(m2h)Re=d0G/==（7）普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=Cp/M=()= = 管內(nèi)給熱系數(shù)α0α0==()= kJ /(hm2℃) 管內(nèi)給熱系數(shù)αi計(jì)算αi= /(hm2℃)式中：q—單位面積鍋爐熱負(fù)荷（q= Q/ F），kJ/(hm2)Q————鍋爐熱負(fù)荷，kJ/hF ————鍋爐換熱面積，m2P ————蒸汽壓力，Mpa設(shè)鍋爐換熱面積 F = 36m2，帶入上式αi=() = kJ/(hm2℃) 總傳熱系數(shù)K 計(jì)算設(shè)氣象側(cè)污垢系數(shù)，R= 104 (m2h1℃)/kJ液相側(cè)污垢系數(shù)，R=105 (mh℃)/KJ鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)，λ鋼= /(m2h℃)總傳熱系數(shù)K= == kJ/(hm2℃) 平均傳熱溫差Δtm計(jì)算管內(nèi)氣體溫度，370℃ → 220℃管內(nèi)軟水，℃←30℃Δtm==℃ 傳熱面積F=實(shí)際選換熱面積為60m2按一根U型管7m計(jì)，需列管數(shù)：n==60/(7)=182根 水冷器設(shè)備工藝計(jì)算: 計(jì)算條件（1）選淋灑式排管冷卻器（2）高壓換熱管管徑：Ф68x13（3）熱負(fù)荷：Q=（4）產(chǎn)量：W= NH3/h（5）熱氣體壓力：p=（6）熱氣入口溫度：t入=160℃（7）熱氣出口溫度：t出=35℃（8）熱氣氣量：V=(標(biāo))/h（9）冷卻水壓力：p=（10）冷卻水入口溫度：t入=30℃（11）冷卻水出口溫度：t出=38℃（12）冷卻水量：W= 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算α0＝式中各物性數(shù)據(jù)取之平均溫度，t平=(35+160)=℃（1）壓縮系數(shù)由廢鍋計(jì)算知，Tcm=，pcm=3,520Mpa對(duì)比溫度，Tr=(+)/=， 對(duì)比壓力Pr=查《氮肥》（理）圖14普遍化壓縮系數(shù)圖得，Z＝（2）混合氣體平均分子量，M平=（3）氣體熱容，Cp=℃（4）氣體導(dǎo)熱系數(shù)λ已知常壓下氣體的導(dǎo)熱系數(shù)λ0m＝ KJ/(. ℃)T′cm=，p′cm=則假對(duì)比參數(shù)Pr′=，Tr′(+273)/=查《氮肥》（理）普遍化氣體對(duì)比導(dǎo)熱系數(shù)，λr=λ/λ0m=λ=== KJ/(. ℃)(5) 氣體粘度μ查各組分氣體在壓力[10]下的粘度見(jiàn)表48。表48 各組分氣體在壓力下的粘度NH3CH4ArH2N2yiCi11μi Kg/()高壓下含氨混合氣體的粘度，μ=∑(yiMi1/2Ciμi/∑yiMi1/2)=(+4+++)/=()(6) 雷諾準(zhǔn)數(shù)設(shè)取管內(nèi)流速，ω＝管內(nèi)流體密度，ρ=M平 pT0/(Z p0VoT)=()/()=Re=doωρ/μ=3600/= =（7）普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=Cpμ/(λM)=()=，得，=管內(nèi)給熱系數(shù)，α0== KJ/(. ℃) 管外給熱系數(shù) αi=式中L=W/2lnW冷卻水量Kg/h忽略蒸發(fā)水量，l高壓管真管長(zhǎng)度，l=7mn—冷卻管列數(shù)n=8，L=1000/(278)==，=管外給熱系數(shù)，α0=(. ℃) 傳熱溫差Δtm=[(16038)(3530)]/ln(16038)/ (3530)=℃ 傳熱總系數(shù)K設(shè)管內(nèi)污垢系數(shù)，R1＝－4(. ℃)/KJ設(shè)管外污垢系數(shù)，R2=(. ℃)/KJδ=，λ鋼= KJ/(. ℃)K=1/(()+()+104+)= KJ/(. ℃) 傳熱面積F=Q/K△tm=()=實(shí)取換熱面積，F(xiàn)== m2需排管數(shù)，N＝F`/(nπl(wèi) d外)=(87)= 取27 排實(shí)際傳熱面積，F(xiàn)實(shí)＝F真＋F彎F實(shí)＝7827+2826= m2冷排高度，H=212(271)/2=流速核算，氣體實(shí)際體積流量：V=VoZpoT/(pTo3600)=(3600)=管內(nèi)流速，ω′=(8)= 冷交換器設(shè)備工藝計(jì)算 計(jì)算條件（1）選列管式換熱器，冷氣走殼程，熱氣走管程。（2）列管尺寸Ф14x2無(wú)縫鋼管（3）熱負(fù)荷：Q=（4）產(chǎn)量：W=（5）熱氣體壓力：p=（6）熱氣入口溫度： t入=35℃（7）熱氣出口溫度：t出=17℃（8）熱氣氣量：V=(標(biāo))/h（9）冷氣體壓力：p=（10）冷氣入口溫度：t入=15℃（11）冷氣出口溫度：t出=22℃（12）冷氣氣量：V=(標(biāo))/h（13）冷交換器內(nèi)件內(nèi)徑：D＝625 m m 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算α0＝式中各物性數(shù)據(jù)取之平均溫度，t平=(35＋17)=26℃ （1） 壓縮系數(shù)Z氣體的臨界常數(shù)如表49所示。表49 氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y1Tc1,KPc1, MPaTcm==++++=Pcm==++++=對(duì)比壓力=對(duì)比溫度= (+ )/=查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)圖，由Pr = ，Tr =，查Z=。氣體體積流量為，V=VoZpoT/(pTo)= 299/(273)=(2) 混合氣體平均分子量 ==17+16+40+2+28= (3) 氣體比熱容，如表410所示。表410 氣體比熱容`NH3CH4ArH2N2Cpi KJ/Kmol. ℃Cpi=++++= KJ/ C由Tr=, pr=[10]得，ΔCp= KJ/Kmol. ℃Cp=Cp0+ΔCp=+= KJ/ C(4) 導(dǎo)熱系數(shù)λ查數(shù)據(jù)表[10]常壓下各組分導(dǎo)熱系數(shù)如表411所示。表411 各組分導(dǎo)熱系數(shù)NH3CH4ArH2N2λ0i,KJ/(. ℃)Mi1/3由λ0m=∑λi0yi Mi1/3/∑yi Mi1/3其中，∑yi Mi1/3=+0. 0497+++=λ0m=(++++)/= KJ/(. o C)查《氮肥》（理）普遍化氣體對(duì)比導(dǎo)熱系數(shù)λr=λ/λ0m=λ=== KJ/(. ℃)(5) 氣體粘度μ查相關(guān)數(shù)據(jù)表[10]得各組分氣體在壓力下的粘度,見(jiàn)表412。表412 NH3CH4ArH2N2Ci11μi Kg/()高壓下含氨混合氣體的粘度μ=∑yiMi1/2Ciμi/∑yiMi1/2其中，∑yiMi1/2=+4+++=μ=(+4+++)/=()(6) 雷諾準(zhǔn)數(shù)設(shè)取管內(nèi)流速，ω＝密度，ρ=M平 pT0/(Z p0VoT)=(273)/(299)=Re=doωρ/μ=3600， =(7) 普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=Cpμ/(λM)=()=，=管內(nèi)給熱系數(shù)，α0==(. ℃) 管外給熱系數(shù)α0＝λ／d外(μ/μm)式中各物性數(shù)據(jù)取之平均溫度，t平=(2215)/2= ℃ (1) 壓縮系數(shù)Z由前計(jì)算知Tcm=,pcm=對(duì)比壓力Pr=，對(duì)比溫度Tr=查相關(guān)數(shù)據(jù)表[10]普遍化壓縮系數(shù)圖得 Z＝(2) 混合氣體平均分子量 由前計(jì)算知M平=(3) 氣體比熱容查相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)，在t=℃的氣體各組分比熱容見(jiàn)表413。表413 氣體各組分比熱容NH3CH4ArH2N2Pi MpaCpi KJ/Kmol. ℃Cp=∑yi Cpi=++++=(4) 導(dǎo)熱系數(shù)λ查相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)[10]在t=℃，常壓下各組分的導(dǎo)熱系數(shù)見(jiàn)表414。表414 常壓下各組分導(dǎo)熱系數(shù)NH3CH4ArH2N2λ0i,KJ/(. ℃)由λ0m=∑λi0yi Mi1/3/∑yi Mi1/3 由前熱交知，∑yi Mi1/3=λ0