完整版年产30万吨合成氨合成工段工艺设计毕业设计Word文档下载推荐.docx
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（1－0.15×
10515.504Mk,1）
式中：
Mk,1=Mk,0－M1
Mk,1=（10515.504－723.268）=9792.236
=0.0915（1－0.15×
10515.504÷
9792.236）=0.079
d.计算A1,1（反算）
由A106催化剂活性曲线查，
当=390℃，=0.029时=10.2×
10-5
当=480℃，=0.095时=7.0×
=[+]÷
2=3.6×
（-）=2.896×
第一段催化剂用量：
=
②第二绝热床层的计算
出第一床层的气体在冷激气的冷激下温度降到400℃，然后进入第二床层进行反应
设冷激气的量占总入塔气的25%，则进第二绝热床层摩尔流量：
Mk2=Mk1+0.25Mk0
=9775.207+0.25×
10515.504=14404.082kmol=3）
首先假定催化剂层温度=410℃
由出第二段气体温度=480℃
设y0.3=0.1554，设出口氨含量为16.5%，则：
=0.165÷
（1-0.1554）=0.195，=0.141
进入第三段气体量为：
=14404.083－868.088=13535.995kmol[（480－188.5）÷
（355－325）]=115.2K
=3.67×
107÷
（2091×
115.2）=152.356m2
实际生产中所取的换热面积为理论计算值的1.2-2.0倍，本设计中取1.5倍，则：
F实=1.5F=228.534m2
所需换热管的根数为：
=2140
经过核算，满足设计要求。
4.2.4层间换热器
（1）选列管式换热器，换热管选择，长度为4m的无缝钢管
冷气进口温度325℃，出口温度390℃
热气进口温度480℃，出口温度410℃
（2）换热负荷为第三段绝热层生成的热
Q=4.12×
107KJ[（480－325）÷
（410－390）]=66.18K
=4.12×
（1758.12×
66.18）=354.09m2
F实=1.5F=531.14m2
=4975
设换热管为正六边形排列，则：
管间to=1.2d外=1.2×
10=12mm，根据设计手册查取，取to=13mm
正六边形排列层数a=（12n－3－3）0.5÷
6=40.72实取44层
六边形对角线排管b=1.1n0.5=78根
取板间距h=200mm，取e=1.5d外=15mm
则设备直径D=to（b－1）+2e=13×
（78－1）+2×
15=1031mm
实取换热器直径1100mm
经过核算，能放进设计的塔体内，满足设计要求。
4.3辅助设备选型
对于辅助设备，根据第3章的物料衡算及热量衡算，计算相关数据，并对设备进行选型，选型结果如下：
4.3.1废热锅炉
选卧式U型换热管，高压管尺寸Ф24x1.5
换热面积F=141m2，
按一根U型管7.35m，需列管数n=191根
4.3.2热交换器
选列管式换热器，冷气走壳程，热气走管程
列管尺寸Ф14×
2无缝钢管
换热面F=1899×
3.14×
0.012×
4=286m2
取换热管长度L=4m，根数n=1889根
4.3.3水冷器
选淋洒式排管冷却器
高压换热管Ф68×
13
换热面积F=151.263×
1.5=227m2
需排管数2排
4.3.4冷交换器
列管尺寸14×
换热面积F=1.2×
381.48=457.776m2
则换热管长L=6m，管数n=2028根
4.3.5氨冷器Ⅰ
选立式氨冷器，热气走管程，液蒸发走壳程
高压换热管Ф19×
3
传热面积F=341.632m2
管长L=8m，U型管取管数n=850根
4.3.6氨冷器Ⅱ
传热面积F=1860×
0.016×
8=747.57m2
管长L=8m，U型管取管数n=1860根
结论
根据生产任务，结合技术现状，查阅有关资料，进行工艺系统的物料衡算、热量衡算、主要设备的选型及数据计算、辅助设备的选型等工作，设计的结果为：
（1）主要设备选型：
主要设备为氨合成塔，其内件选择的是三段绝热-冷激间冷式内件，其内部结构组合方式为第一绝热床层+冷激器+第二绝热床层+层间换热器+第三绝热床层+下换热器，其中层间换热器与下换热器以串联方式进行连接。
（2）合成塔绝热床层计算结果：
主要计算的为绝热床层的高度及其中所填催化剂的量。
第一绝热床层的高度为1200mm，所装催化剂量为3.0m3；
第二绝热床层的高度为2340mm，所装催化剂量为7.78m3；
第三绝热床层的高度为3790mm，所装催化剂量为9.18m3。
（3）合成塔内部换热器计算结果：
层间换热器与下换热器均采用列管式，热气走管内，冷气走管外，列管选择的无缝钢管，管长为4m。
根据催化剂层反应热算出相应的换热面积。
层间换热器为531.14m2，换热管数4975根，下换热器为228.534m2，换热管数为2140根。
（4）合成塔的总高度及直径：
根据生产任务，选择合成塔内径为2200mm，壁厚为160mm，材质为0Cr18Ni10Ti，塔高为19250mm。
（5）辅助设备的选型：
废热锅炉选用卧式U型换热器；
冷交换器和热交换器均选用列管式换热器；
水冷器选用淋洒式排管冷却器；
氨冷器选用立式氨冷器。
参考文献
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304
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6-8
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[17]石油化学工业部化工设计化工设计院《小氮肥设计手册》[M]．石油化工出版社，1977：
321
附录
附录A：
物料计算汇总表
（2）氨冷器出口（气体）
（3）（4）（5）冷交换器冷气出口
%
m3tNH3
m3h
kmolh
NH3
4.871
567.945
10756.310
480.192
2.5
290.219
5377.710
240.076
CH4
10.757
1254.252
23754.279
1060.459
11.643
1351.606
23954.44
1069.395
Ar
3.736
435.557
8249.014
368.260
3.357
389.706
8311.78
371.062.
H2
60.152
7013.307
132825.021
5929.688
61.875
7182.912
133098.25
5941.886
N2
20.467
2386.273
45193.624
2017.503
20.625
2394.304
44366.085
1980.629
∑
100.000
11659.334
220816.127
98567.863
11608.746
215432.792
9617.535
（5）（6）（7）合成塔一次入口
（8）（9）（10）合成塔二次出口
290.194
5380.854
240.217
16.5
1685.118
31245.922
1394.907
1351.493
23968.498
1070.022
13.233
1350.443
23955.221
1069.430
389.673
8316.664
371.280
3.816
389.772
8317.100
371.300
7182.192
133176.245
5945.368
49.838
5089.873
94377.866
4213.298
2394.102
44392.088
1981.790
16.612
1696.583
31458.020
1404.376
11607.770
215234.349
9608.676
10212.836
189369.281
8453.986
（11）水冷器出口气体
（11）水冷器出口液体
9.376
878.451
2450.953
109.418
98.856
806.667
6068.169
270.900
14.269
1336.884
23937.286
1068.629
0.292
13.559
17.935
0.8
4.145
388.351
8313.379
371.124
0.064
1.371
3.920
0.175
54.148
5073.307
94352.905
4212.183
0.407
16.565
24.962
1.114
18.061
1692.062
31447.925
1403.925
0.164
4.501
10.094
0.451
183230.886
8179.950
842.172
6138.395
274.035
（12）氨分离器出口
（13）放空气
12.703
524.326
23.407
19.331
498.474
22.253
5.616
173.102
7.728
73.359
1964.883
87.718
24.469
654.892
29.236
135.749
3815.735
170.345
（14）冷交换器热气进口
（15）氨分离器出口液氨
Kmolh
6.490
580.769
24129.100
1077.192
320.406
14.723
1317.552
22714.243
0.947
4.277
382.736
7887.999
352.143
0.207
55.872
4999.849
92357.321
4123.095
1.318
18.636
1167.693
30215.281
0.533
8948.691
179415.151
8009.605
324.114
（16）冷交换器出口液体
（17）冷交换器热气出口气体
99.11
1015.965
19241.361
858.989
9.225
830.437
15727.646
702.127
0.149
1.527
28.920
1.291
13.615
1225.658
23212.737
1036.283
0.053
0.543
10.284
0.459
4.728
425.636
8061.120
359.871
0.464
4.756
90.074
4.021
54.325
4890.316
92617.695
4134.719
0.224
2.296
43.484
1.941
18.107
1629.979
30869.036
1378.082
19414.142
866.703
9002.026
170489.370
7611.133
（17）冷交换器热气出口液体
（18）氨冷器进口气体
100
471.291
8925.780
398.472
4.878
580.796
11.343
1350.386
3.294
392.169
60.486
7200.879
19.995
2380.478
2017.573
11905.078
225749.585
10078.106
（22）氨冷器进口液体
（19）液氨贮槽出口液体
284.980
13859.238
618.716
99.826
1318.482
24900.600
1111.634
0.110
1.456
13.011
0.581
0.006
0.076
1.098
0.049
0.0534
0.709
9.394
0.419
0.011
0.140
3.901
0.174
761.453
14421.158
643.802
24928.042
1112.860
（20）弛放气
（21）液氨贮槽进口液体
59.305
64.624
385.844
17.225
96.768
1318.106
25286.444
1128.859
14.447
15.649
50.890
2.272
1.197
17.105
63.900
2.853
1.529
1.656
13.485
0.602
0.121
1.723
14.583
0.651
19.173
20.768
119.960
5.355
1.503
21.477
129.353
5.775
5.258
5.695
54.317
2.425
0.408
5.835
58.218
2.600
108.320
624.494
27.880
1429.299
25552.537
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