1、年產30萬噸合成氨課程設計22目錄TOC o 1-5 h z概述21.1設計題目2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 設計具體內容范圍及設計階段2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.3設計的產品的性能、用途及市場需要21.4設計任務的依據31.5產品方案4技術分析42.1合成氨反應的特點4合成氨反應的動力學4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2.2.1反應機理4氨合成工藝的選擇5系統(tǒng)循環(huán)結構5 HYPERLINK l bookmark10 o C

2、urrent Document 分離工藝6生產流程簡述6工藝計算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 主要設備選型24 HYPERLINK l bookmark184 o Current Document 廢熱鍋爐設備工藝計算24 HYPERLINK l bookmark227 o Current Document 主要設備選型匯總表26主

3、要設備圖27 HYPERLINK l bookmark229 o Current Document 設計心得29參考文獻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口帶入熱626664一次氣體進口帶出熱882706.357二次氣體進

4、口帶入熱3092725.288二次氣體進口帶出熱5947436.88反應熱3275742.297熱損失163988.349總Q入6994131.585總Q出6994131.5854.3.5廢熱鍋爐熱量計算(1)內熱氣體帶入熱量Q由合成塔熱平衡計算Q=5947436.880kJ/tNH3(2)管內熱平衡氣體帶出熱量Q2設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廢熱鍋爐熱負荷Q=Q-Q=-2493203.52KJ/tNH213軟水量計算設廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30，壓力P=1.274Mpa,副產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熱氣帶入熱量5947436.88管內熱氣帶出熱量3454233.359軟水帶入熱量117649.438蒸汽帶出熱量2610852.959總Q進6065086.318總Q出6065086.3184.3.6熱交換器熱量計算冷氣體帶入熱量Q由合成塔熱平衡計算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算Q=3454233.359kJ/tNH943冷氣體帶出熱量Q由合成塔熱平衡計算Q=3092725.288kJ/tNH23熱氣體出口溫度計

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%假設成立(5)熱交換器熱負荷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4336939.715總Q出4336939.7154.3.7水冷器熱量計算由題知，水冷器出口熱氣體

9、溫度12=35C,設氣體先冷卻至35C后,氨再冷凝。熱氣體帶入熱量由熱交換器熱平衡計Q1=1244214.427kJ/tNH3氨冷凝熱查W小氨肥廠工藝設計手冊三得35C時氨冷凝熱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冷卻水量計算設需要冷卻水量為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-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進總Q出8609345.914.3.8氨分離器熱量核算氨分離器進出口溫度沒有發(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%假設成立=Q=105516.327kJ/tNH=Q=10

13、5516.327kJ/tNH1L5L35主要設備選型廢熱鍋爐設備工藝計算計算條件選臥式U型換熱管高壓管尺寸024X4.5,d=0.024m,d=0.015,d=0.0195m.外內熱負荷:Q=2493203.5211kJ/tNH產量：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水副產蒸汽壓力p=1.247MPa進氣量V=108058.92m3/h進水量W=10081.35kg/h5.1.2官內給熱系數a計算九a=0.023XReo.8xPro.4d式中人導熱系數J/(mhC)a給熱系數J/(mhC)式中各數據均

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Z查氮肥工藝設計手冊表1-1氣體的臨界常數:表5-1氣體的臨界常數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查氮肥工藝設計手冊圖由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)導熱系數高壓下含氨混合氣體的導熱系數，用氮的對比導熱系數圖進行計算表5-3氣體的臨界常數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查氮肥工藝設計手冊，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計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算卩高壓下含氨混合氣體的粘度由下式計算卩二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)雷諾準數重量流量勻M/22.4=108058.92X12.126/22.4=584

19、96.54kg/h管道截面積，設管道數量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普蘭特準數Pr=Cp卩/九M=0.0833X35.36/(0.473X12.126)=0.51Pr0.4=0.77管內給熱系數a0九a=0.023XRe0.sXPr0.4=0.023X(0.473/0.015)X0.77X25844.150d0=14358.32kJ/(hm2C)5.1.3管內給熱系數a計

20、算ia=5.848P0.176Xq0.7kJ/(hm2C)i式中q=Q/FQ鍋爐熱負荷，kJ/hF鍋爐換熱面積，m2P蒸汽壓力，Mpa設鍋爐換熱面積F=36m2，副產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K計算設氣象側污垢系數R=1.196X10-4(m2h-1C)/kJ液相側污垢系數R=2.393X10-5(mhC)/KJ鋼管的導熱系數人鋼=146.3kJ/(m2hC)鋼TOC o 1-5 h z總傳熱系數K=1ddoDDdada九i2內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計算管內氣體溫度370C-220C管內軟水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實際選換熱面積為60m2按一根U型管7m計，需列管數Fn=60/(3.14X0.01

22、5X7)=182根n-d-75.2主要設備選型匯總表表5-4主要設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主要設備圖6設計心得兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，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。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。這次課程設計終

24、于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。這次做課程設計最大的體驗就是一個字“難”。老師剛布置了課題，一看是年產30萬噸合成氨，感覺應該很簡單，這是一個很常見的反應，可是真的做起來，才發(fā)現(xiàn)合成氨并不是那么好做，雖然平時課堂上學的東西感覺好像都懂了，但是要讓自己來設計一個東西，才發(fā)現(xiàn)平時學的東西遠遠不夠。做課程設計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，實現(xiàn)最大的利益化。在物料計算和能量計算方面也遇到很多問題，最大的問題，就是要把理論和實踐結合起來，細心，有耐心。我們從中也明白了學無止境的道理，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，所學的知識結構還很不完善，我們對設計對象的理解還僅限于書本上，對實際當中事物的方方面面包括經濟成本方面上考慮的還很不夠。在實際計算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時將所得結果總結，以致在后面的計算中不停地來回翻查數據，這會浪費了大量時間。由此，我在每章節(jié)后及時地列出數據表，方便自己計算也方便讀者查找。在一些應用問題上，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)數據的選取，也只是根據范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實應用。因此，一些計算數據有時并不是十分準確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設備的選型。如果有更充分的時間，我想可以進一步再完善一下的。在短短的兩周里，從開始的一頭霧水，到同學討論，再進行整個流程的計算，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踐相結合中的種種困難，也體會到了利用所學的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易。通過本次課程設計的訓練，讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認識，這對我們的繼續(xù)學習是一個很好的指導方向，我們了解了工程設計的基本內容，掌握了化工設計的主要程序和方法，增強了分析和解決工