1、年產(chǎn)30萬噸合成氨課程設(shè)計(jì)22目錄TOC o 1-5 h z概述21.1設(shè)計(jì)題目2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容范圍及設(shè)計(jì)階段2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.3設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性能、用途及市場需要21.4設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)31.5產(chǎn)品方案4技術(shù)分析42.1合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)4合成氨反應(yīng)的動力學(xué)4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2.2.1反應(yīng)機(jī)理4氨合成工藝的選擇5系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu)5 HYPERLINK l bookmark10 o C

2、urrent Document 分離工藝6生產(chǎn)流程簡述6工藝計(jì)算7原始條件7 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 物料衡算8 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document 熱量衡算16 HYPERLINK l bookmark182 o Current Document 主要設(shè)備選型24 HYPERLINK l bookmark184 o Current Document 廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算24 HYPERLINK l bookmark227 o Current Document 主要設(shè)備選型匯總表26主

3、要設(shè)備圖27 HYPERLINK l bookmark229 o Current Document 設(shè)計(jì)心得29參考文獻(xiàn)30 =3092725.288kJ/tNH3合成塔絕熱溫升核算t=丄=(t=丄=(CpVyNH(-H)3R1+yNH3損NTCp=(Cp+Cp2)/2=33.912KJ/(KmolXC)t=(0.14X53457.686/(1+0.165)-163988.349/11422.11X22.4)/33.912=189.454Ct=t+189.454=379.022C12表4-30合成塔熱量平衡匯總表入出一次氣體進(jìn)口帶入熱626664一次氣體進(jìn)口帶出熱882706.357二次氣體進(jìn)

4、口帶入熱3092725.288二次氣體進(jìn)口帶出熱5947436.88反應(yīng)熱3275742.297熱損失163988.349總Q入6994131.585總Q出6994131.5854.3.5廢熱鍋爐熱量計(jì)算(1)內(nèi)熱氣體帶入熱量Q由合成塔熱平衡計(jì)算Q=5947436.880kJ/tNH3(2)管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量Q2設(shè)12=220C,P=29.4MPa,得混合氣體比熱容:表4-31各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量0.1660.4980.1310.0390.165各組分分壓48.842146.52538.55611.56748.51Cp30.68129.46947.652

5、20.98449.324Cp=34.997KJ/(KmolC)2Q=10049.48/22.4X34.997X220=3454233.359KJ/tNH23廢熱鍋爐熱負(fù)荷Q=Q-Q=-2493203.52KJ/tNH213軟水量計(jì)算設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30，壓力P=1.274Mpa,副產(chǎn)1.274Mpa飽和蒸汽，需軟水量為X軟水焓I=125.484KJ/Kg蒸汽焓I2=2784.716KJ/KgQ=X(I-I)21熱平衡得X=AQ/(I-I)=937.565KJ/Kg廢熱鍋爐帶入熱量Q=XI=937.565X125.484=117649.438KJ/tNH軟13蒸汽帶入熱量Q=11764

6、9.438+2493203.521=2610852.959KJ/tNH蒸3表4-32廢熱鍋爐熱量匯總表入出管內(nèi)熱氣帶入熱量5947436.88管內(nèi)熱氣帶出熱量3454233.359軟水帶入熱量117649.438蒸汽帶出熱量2610852.959總Q進(jìn)6065086.318總Q出6065086.3184.3.6熱交換器熱量計(jì)算冷氣體帶入熱量Q由合成塔熱平衡計(jì)算Q=882706.357kJ/tNHTOC o 1-5 h z13熱氣體帶入熱量Q由廢熱鍋爐熱平衡計(jì)算Q=3454233.359kJ/tNH943冷氣體帶出熱量Q由合成塔熱平衡計(jì)算Q=3092725.288kJ/tNH23熱氣體出口溫度計(jì)

7、算Q+Q=Q+Q1425熱平衡得TOC o 1-5 h zQ=Q+Q-Q=882706.357+345233.359-3092725.288=1244214.427KJ/tNH51423Q=VCpt555t二Q/V/Cp=1244214.427X22.4/10049.48/Cp=2773318/Cp555555設(shè)t=664CP=292MPa得混合氣體比熱容：5表4-33各組分含量，分壓及比熱容N2H2CH4ArNH3氣體含量0.1660.4980.1310.0390.165各組分分壓48.509145.52838.29411.48848.18Cp30.76529.42740.96421.151

8、93.214Cp=41.362KJ/(KmolC)5T=2773.318/Cp=2773.318/41.362=67.051C55誤差=(66.4-67.051)/66.4=-0.98%假設(shè)成立(5)熱交換器熱負(fù)荷AQ=Q-Q=Q-Q=1244214.427-3454233.359=-2210018.931KJ/tNH21543表4-34熱交換器熱量匯總表入冷氣帶入熱量882706.3557冷氣帶出熱量3092725.288熱氣帶入熱量3454233.359熱氣帶出熱量1244214.427總Q進(jìn)4336939.715總Q出4336939.7154.3.7水冷器熱量計(jì)算由題知，水冷器出口熱氣體

9、溫度12=35C,設(shè)氣體先冷卻至35C后,氨再冷凝。熱氣體帶入熱量由熱交換器熱平衡計(jì)Q1=1244214.427kJ/tNH3氨冷凝熱查W小氨肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊三得35C時(shí)氨冷凝熱I=-1705.607KJ/kgQ=VXI=830.54/22.4X16769X1705.607=1060465.072KJ/tNH冷2NH33式中16.769液氨平均分子量熱氣體帶出熱量Q2查12=35C,P=29.0MPa得混合氣體的比熱容：表4-35各組分含量，分壓及比熱容N2H2CHArNH3氣體含量0.1810.5420.1410.0430.094各組分分壓52.38157.03741.00712.39827

10、.177Cp31.3529.51139.91921.31882.764Cp2=35.955KJ/(KmolC)熱氣體帶出熱量Q=VXCpXt=9218.94/22.4X35955X35=517918.797KJ/tNH22223液氨帶出熱量查35C液氨比熱容,Cp=4.849kJ/(kmolC)Q=V/22.4XMXCpXt液2LL2=830.5/22.4X16.769X4.849X35=105516.327KJ/tNH3冷卻水量計(jì)算設(shè)需要冷卻水量為W,冷卻上水t=30C,冷卻下水t=38C,取冷卻水比熱容abCpL=4.18KJ/Kg則冷卻水吸收量為Q=Q進(jìn)-Q出=(Q+Q冷)-(Q+Q液)

11、=1681244.376KJ/tNQ=WxCpX(t-t)X1000baW=AQ/(1000XCpX(t-t)ba=1681244.376/(1000X4.18X(38-30)=50.276m3冷卻上水帶入熱量Q=50.276X1000X4.18X30=6304666.410KJ/tNH上水3冷卻下水帶入熱量Q=Q+Q=1681244.376+6304666.41=7985910.786KJ/TNH下水上水3表4-36水冷器熱量匯總表入出入出熱氣帶入熱量1244214.427熱氣帶出熱量517918.797氨冷凝熱液氨帶出熱量105516.327冷卻上水帶入熱冷卻下水帶出熱7985910.78

12、6總Q進(jìn)總Q出8609345.914.3.8氨分離器熱量核算氨分離器進(jìn)出口溫度沒有發(fā)生變化,由氣體熱量平衡,氨分離器收入熱，貝=517918.797kJ/tNH3氨分離器支出熱氣體放空氣帶走熱量Q=VXCpXt=137.62/22.4X35.955X35=7731.336KJ/tNH3333冷交換器帶入熱量,由冷交換器熱平衡計(jì)算得：Q=510189.464KJ/tNH43Q=Q+Q=7731.336+510189.464=517920.8KJ/tNH1343誤差=(517920.8-517918.797)/517920.8=0.0004%假設(shè)成立=Q=105516.327kJ/tNH=Q=10

13、5516.327kJ/tNH1L5L35主要設(shè)備選型廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算計(jì)算條件選臥式U型換熱管高壓管尺寸024X4.5,d=0.024m,d=0.015,d=0.0195m.外內(nèi)熱負(fù)荷:Q=2493203.5211kJ/tNH產(chǎn)量：W=10.75tNH/h氣體壓力P=29.89MPa平均氣體入口溫度t=370C氣體出口溫度t=220C出軟水入口溫度t=30C水副產(chǎn)蒸汽壓力p=1.247MPa進(jìn)氣量V=108058.92m3/h進(jìn)水量W=10081.35kg/h5.1.2官內(nèi)給熱系數(shù)a計(jì)算九a=0.023XReo.8xPro.4d式中人導(dǎo)熱系數(shù)J/(mhC)a給熱系數(shù)J/(mhC)式中各數(shù)據(jù)均

14、取之平均溫度290Ct=(360+220)/2=290C壓力p=29.89MPa(305kg/cm3)之值。(1)壓縮系數(shù)Z查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊表1-1氣體的臨界常數(shù):表5-1氣體的臨界常數(shù)NH3CHArH2N2y5450.884516.9615Tc,K405.6190.715133.3126.2Pc,MPa1711.3954.6394.8621.2963.393Tcm=乙yiTci=0.132X405.6+0.152X190.7+0.03754X151+0.508845X33.3+0.169615X126.2=135.44KPcm=yiPci=0.132X11.395+0.152X04.639

15、+0.03754X4.826+0.508845X1.296+0.169615X3.393=3.889MPa對比壓力Pr=P平均=29.89/3.889=7.686PcmT對比溫度Tr=(290+273)/135.44=4.156Tcm查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊圖由Pr=7.559,Tr=4.156查Z=1.13(2)混合分子量M=工yiMi=0.132X17+0.152X16+0.03754X40+0.508845X2+0.169615X28=12.126氣體比熱Cp：表5-2氣體的比熱容NH3CH4ArH2N2Cp1,kJ/kmol.C48.48851.41421.23429.42730.514Cp

16、=乙yiCpi=0.132X48.488+0.152X51.414+0.03754X21.234+0.508845X29.427+0.169615X30.514=35.36kJ/(kmoXC)4)導(dǎo)熱系數(shù)高壓下含氨混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，用氮的對比導(dǎo)熱系數(shù)圖進(jìn)行計(jì)算表5-3氣體的臨界常數(shù)NH3CH4ArH2N2y5450.884516.9615T1,K1405.5239151.233.3126.2Pc1,MPa18.03023.1964.8621.5683.393九clkj/(m.h.C)0.66960.44690.10680.36870.12866Tcm=工yiTci=0.132X405.5+0

17、.152X239+0.03754X151.2+0.508845X33.3+0.169615X126.2=141.76KPcmYyiPci=0.132X18.03+0.152X23.196+0.03754X4.826+0.508845X1.568+0.169615X3.393=7.544Mpa求假對比參數(shù)Pr=p/Pcm=29.89/7.554=3.957Tr=T/Tcm=(290+273)/141.76=3.972由Pr，Tr查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊，得九r=1.25九=九r.九cm=1.25X0.3784=0.473kJ/(mhC)氣體的粘度查氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊各組分氣體壓力下的粘度。高壓下含氨混合

18、氣體的粘度由下式計(jì)算卩高壓下含氨混合氣體的粘度由下式計(jì)算卩二YyiMi=0.132X4.12+0.152X4+0.03754X6.32+0.508845X1.41+0.169615X5.29=3.035卩=0.132X4.12X0.97X0.0806/3.035+0.152X4X1.04X0.0774/3.035+0.03754X6.32X1X0.1469/3.035+0.508845X1.41X1X0.0498/3.035+0.169615X5.29X0.92X0.106/3.035=0.0833kg/(mh)雷諾準(zhǔn)數(shù)重量流量勻M/22.4=108058.92X12.126/22.4=584

19、96.54kg/h管道截面積，設(shè)管道數(shù)量182根F=0.785X0.0152X182=0.03m2則重量流速G=W/F=58496.54/0.03=1819728.54kg/(m2h)Re=dG/卩=0.015X1819728.54/0.0838=327682.21Re0.8=25844.15普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=Cp卩/九M=0.0833X35.36/(0.473X12.126)=0.51Pr0.4=0.77管內(nèi)給熱系數(shù)a0九a=0.023XRe0.sXPr0.4=0.023X(0.473/0.015)X0.77X25844.150d0=14358.32kJ/(hm2C)5.1.3管內(nèi)給熱系數(shù)a計(jì)

20、算ia=5.848P0.176Xq0.7kJ/(hm2C)i式中q=Q/FQ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，副產(chǎn)1.372MPa蒸汽，帶入上式a=5.848X1,732o.i76X(12893.79)0.7=79719.08kJ/(hm2C)i5.1.4總傳熱系數(shù)K計(jì)算設(shè)氣象側(cè)污垢系數(shù)R=1.196X10-4(m2h-1C)/kJ液相側(cè)污垢系數(shù)R=2.393X10-5(mhC)/KJ鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)人鋼=146.3kJ/(m2hC)鋼TOC o 1-5 h z總傳熱系數(shù)K=1ddoDDdada九i2內(nèi)0外i10.01950.01950.004

21、5+1.196x10-4+2.392x10-5 HYPERLINK l bookmark207 o Current Document 0.015x11846.070.024x72900.47146.3=3945.03kJ/(hm2C)5.1.5平均傳熱溫差mAt計(jì)算管內(nèi)氣體溫度370C-220C管內(nèi)軟水194.13C-30C=182.84C175.87-190I175.87=182.84Cln1905.1.6傳熱面積QF=10.75X2493203.52/(3945.03X182.84)=37.17m2KAtm實(shí)際選換熱面積為60m2按一根U型管7m計(jì)，需列管數(shù)Fn=60/(3.14X0.01

22、5X7)=182根n-d-75.2主要設(shè)備選型匯總表表5-4主要設(shè)備及工藝條件一覽表型號尺寸t入t出P換熱面積列管數(shù)廢熱鍋爐U型換熱器024X436022029.8931.1791熱交換器列管式換熱器014X248.7(殼程)189.57(殼程)29.8(殼程)455.932200220（管程）66.4（管程）29.4（管程）水冷器淋洗灑式排管冷卻器068X1366.4（熱氣）35（熱氣）29.1（熱氣）342.695030（冷卻水）38（冷卻水）0.392（冷卻水）冷交換器列管式換熱器014X335（管程）20（管程）29.1（熱氣）346.2215010（殼程）30（殼程）29（冷氣）氨冷

23、器立式氨冷器019X320（管程）10（管程）28.7（熱氣）21170025（殼程）15（殼程）rAV電除塵glIL,舍曉IF離s其中：熱氣體走管程，冷氣體走殼程。rAV電除塵glIL,舍曉IF離s5.3主要設(shè)備圖6設(shè)計(jì)心得兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計(jì)終

24、于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。這次做課程設(shè)計(jì)最大的體驗(yàn)就是一個字“難”。老師剛布置了課題，一看是年產(chǎn)30萬噸合成氨，感覺應(yīng)該很簡單，這是一個很常見的反應(yīng)，可是真的做起來，才發(fā)現(xiàn)合成氨并不是那么好做，雖然平時(shí)課堂上學(xué)的東西感覺好像都懂了，但是要讓自己來設(shè)計(jì)一個東西，才發(fā)現(xiàn)平時(shí)學(xué)的東西遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。做課程設(shè)計(jì)我們不僅要考慮很多問題，最核心的問題就是我們不僅要讓工業(yè)流程簡單易行，還要以最小的成本，實(shí)現(xiàn)最大的利益化。在物料計(jì)算和能量計(jì)算方面也遇到很多問題，最大的問題，就是要把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，細(xì)心，有耐心。我們從中也明白了學(xué)無止境的道理，在我們所查找到的很多參考

25、書中，很多的知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于皮毛，所學(xué)的知識結(jié)構(gòu)還很不完善，我們對設(shè)計(jì)對象的理解還僅限于書本上，對實(shí)際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠。在實(shí)際計(jì)算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時(shí)將所得結(jié)果總結(jié)，以致在后面的計(jì)算中不停地來回翻查數(shù)據(jù)，這會浪費(fèi)了大量時(shí)間。由此，我在每章節(jié)后及時(shí)地列出數(shù)據(jù)表，方便自己計(jì)算也方便讀者查找。在一些應(yīng)用問題上，我直接套用了書上的公式或過程，并沒有徹底了解各個公式的出處及用途，對于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。因此，一些計(jì)算數(shù)據(jù)有時(shí)并不是十分準(zhǔn)確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細(xì)地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設(shè)備的選型。如果有更充分的時(shí)間，我想可以進(jìn)一步再完善一下的。在短短的兩周里，從開始的一頭霧水，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個流程的計(jì)算，再到對工業(yè)材料上的選取論證和后期的程序的編寫以及流程圖的繪制等過程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會到了利用所學(xué)的有限的理論知識去解決實(shí)際中各種問題的不易。通過本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識，這對我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個很好的指導(dǎo)方向，我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工