魏丹的毕业设计

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1、湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计1年产 20 万吨液氨车间甲烷化工段工艺设计1设计任务书1.1 项目液氨车间甲烷化工段工艺设计1.2 设计内容1.2.1 车间工艺设计1.2.2 换热器的工艺设计1.3 设计规模1.3.1 年产：20 万吨1.3.2 年生产日：300 天1.3.3 日生产能力：200000/300=666.67 吨/天1.4 设计依据该设计说明书是依据湖北祥云集团（股份）有限公司的生产技术资料的基础上，并结合设计任务书的内容年产 20 万吨液氨和生产管理规范的相关。1.5 液氨的性质及用途1.5.1 物理性质液氨，它是一种无色液体，极易气化，有强烈的刺

2、激性气味，蒸汽压 506.62kPa(4.7);密度为 0.617g/cm3,沸点为-33.5，低于-77.7可变成有臭味的无色晶体，自然点为 651.11。稳定;危险标记 6(有毒气体)。1.5.2 化学性质液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。氨易溶于水，溶于水后形成氢氧化铵的碱性溶液。氨在 20水中的溶解度为 34%。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计2以其化学事故发生率相当高。1.6.3 氨的理化性质 分子式：NH3

3、气氨相对密度（空气=1）：0.59分子量：17.04 液氨相对密度（水=1）：0.7067（25）自燃点：651.11 熔点（）：-77.7 爆炸极限：16%25% 沸点（）：-33.4 1%水溶液 PH 值：11.7 蒸气压：882kPa（20）1.6.4 液氨的规格表 1 液氨的规格指标名称优等品一等品合格品 半水煤气中 O2 含量%0.5格0.8量1切气铁中变炉出口变 换气 CO 含量 %680.01%低变炉出口变换 气 CO 含量含量 %0.20.005%汞含量循环热水 中总固体含量 %1. 500ma/L0.01%1.6.5 液氨用途液氨主要用途： 用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业

4、原料和氨化饲料，用量约占世界产量的 12。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。 用作致冷剂及制取铵盐和氮肥， 在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂。液氨还可用用于纺织品的丝光整理。NH3 分子中的孤电子对倾向于和别的分子或离子形成配位键，生成各种形式的氨合物。如Ag(NH3)2+、Cu(NH3)42+、BF3NH3 等都是以 NH3 为配位的配合物。 液氨是一个很好的溶剂，由于分子的极性和存在氢键，液氨在许多物理性质方面同水非常相似。一些活泼的金属可以从水中置换氢和生成氢氧化物，在液氨中

5、就不那么容易置换氢。但液氨能够溶解金属生成一种蓝色溶液。这种金属液氨溶液能够导电，并缓慢分解放出湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计3氢气，有强还原性。 液氨加热至 800850，在镍基催化剂作用下，将氨进行分解，可以得到含 75%H2、25%N2 的氢氮混合气体。用此法制得的气体是一种良好的保护气体，可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业，以及需要保护气氛的其他工业和科学研究中。1.7 原料及方案1.7.1 主要原料及其规格合成氨是以碳氨为主要原料，焦炭：通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦，铸造焦和铁合金焦等）气化焦和电石用焦等。1.7.2 质量控制方法真密度为 1.8-1

6、.9g/cm3,视密度为 0.88-1.08 g/cm3，气孔率为 5-55 ，散密度为 400-500Kg/ cm3。 1.7.3 消耗定额焦炭 800010000 公斤（折算为含硫 35%矿）电 100200 度水 6080 米3副产蒸汽 10001200 公斤11.7.4 生产方式采用燃烧法制氨。普遍采用钒触媒做催化剂，基本过程分八大工序：造气脱硫压缩变换脱碳甲烷化合成氨回收2 工艺路线及流程图设计2.1 液氨车间工艺流程2.1.1 氨合成路线造气 -半水煤气脱硫 -压缩机 1,2 段 -变换 - 变换气脱硫 - 压缩机 3 段 -脱碳 - 精脱硫 -甲烷化 -压缩机 4,5,6 段 -

7、氨合成 -产品 NH3 2.2 甲烷化工段工艺流程图甲烷化工段流程见附图湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计42.3 液氨车间工艺流程图说明二氧化碳和水从压缩工段出来后，在进入油水分离器，在经过饱和塔，蒸汽进入变换气脱硫塔，煤和蒸汽进行混合。再经过热交换器和中变炉及蒸汽热交换器进行进一步的反应。气体经过热交换器进入调温水加热器的三段，热水泵将一段的水进行加温，输送到调温水加热器中。再进入低变电加热器，经过低变炉，回到调温水加热器进入调温水加热器的二段。在进入调温水加热器的三段，整个循环完成后，产物再进入热水塔，软水加热器，变换器冷却器，经过一系列的反应进入变换气分离器，将

8、其中的水分分离出来，产物直接进入二次脱硫塔，脱除 H2S,并进一步的让碱液与气体接触，充分的脱除 H2S，脱除 H2S 后再进入冷却器进行冷却，冷却后的产物进入变脱气分离器，进一步的分离水和杂质，产物再次进入冷却器进行冷却，冷却完成后进入脱碳 3.变换甲烷化工段的物料3 典型设备换热器的物料衡算3.1 选择条件在常压下冷凝 5400kg/h 的变换气，冷凝液在冷凝温度下排出， 。管程压降不超过 9.8103Pa。试选用一适当型号的列管换热器。其基本数据如下。冷凝用水的入口温度 t1=20水的出口温度 t2=50冷凝量 W1=5400/3600=1.5kg/s冷凝液氨进口温度 T1=120冷凝液

9、氨出口温度 T2=75冷凝潜热 r=394KJ/kg3.2 计算相关物理量3.2.1 耗量根据推动力tm 及水消耗量两方面的考虑，则水的平均温度tm=1/2(t2+t1)=（1/2）(50+20)=35.5.，在 35.5时，水的相关物理量如下。湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计5密度：p=997kg/m3热容：CP=4.178KJ/(kg.C)导热系数=0.608W/(m.)粘度：u=0.88610-3Pa.s普兰特准数：Pr=6.16热负荷:Q=W1r=1.5394=591W水耗量：W2=Q/Cp(t2-t1)=591/4.178(50-20)=4.72kg/s综合

10、考虑管内 Re，管程压降P 及单程管数三方面因素，水的流速u=0.9m/s。3.2.2 传热面积和管子根数平均温差tm =tm=（T1-t2）-（T2-t1）/ln（T1-t2）/（T2-t1）= （120-50）-（75-20）/ln(120-50)/(75-20)=62.2。变换气-水系统冷凝操作的传热系数 K 值的范围约为 300-1000W/(m2.C)。初选 600 W/(m2.C)估算传热面积 S=Q/Ktm =5911000/60062.2=18.1m2单程管数为 n=W2/(u/4di2p)=44.72/(0.93.140.022 997 )=17 根单程管长为 l=S/(nd

11、0)=18.1/(173.140.025)=18.3m选定换热器管长 18m，则管程数 Np=4.91/18=0.27m取 Np=2 程，则总管数 n 总=2n=217=34 根3.2.3 选换热器根据 S=18.1m2;n 总=34 根，Np=2,选用查相关资料选用 G-273-2-25-14列管式换热器。3.2.3 管程压降的计算管程雷诺准数 Re=diup/u，其中 u 为选定换热器的实际操作流速，由下式计算u=Vs/(n2/4di2)式中 Vs =W2/p=4.72/997=0.00473m3/sn2=32/2=16 根所以 u=0.00473/(16/40.022)=0.82m/s故

12、 Re=0.020.82997/(0.88610-3)=1.85104 湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计6由于钢管的绝对粗糙为 0.15mm,故相对粗糙度=0.0075.查导热系数和雷诺准数及相对粗糙度的关系图（化工设备的选择与工艺设计 P6 图 1-5）,得导热系数为 0.038。又取管程结垢校正系数 Ft=1.5,故得管程压降p=（0.0383/0.02+3）1.52（9970.822/2）=8748.5N/m29.8103Pa，因此，压降满足要求。3.2.4 计算管内给热系数 ai因为 Re=1.85104104,而且 l/di=3/0.02=15050,故ai

13、=0.023(0.608/0.02)(1.85104)0.8(6.16)0.4=3751.2W/（m2C）3.2.5 冷凝给热系数 a0及 K 值的计算a0 的计算，一般情况下，水平管的冷凝给热系数大于垂直的冷凝给热系数，所以列管换热器选用水平安装方式。对于 n 根水平管束，可用下式计算冷凝给热系数。式中，水平管束冷凝给热系数与单根水平管冷凝给热系数之比，当n100 时，取该系数=0.6，设壁温 tw=80,则平均膜温 Tw=1/2(T+tw)=1/2(120=80)=100，按此温度查得变换气的物理量如下：导热系数=0.133W/(m.)密度=830 kg/m 3U=0.3510-3Pa.s

14、a0=2.020.60.1333 (30830334)/(0.000351.5)=1189.2W/(m2.C)3.2.6 垢层热阻变换气冷凝时，垢层热阻 R0较小，管内的垢层热阻 Ri 则较大，取Ri+R0=0.0006m2.C/W。3.2.8K 值的计算d0、di 分别为加热钢管的外、内径，dm 为平均管径，则K=1/0.025/(3751.20.02)+0.0006+0.00250.025/（450.0225）+1/1189.2=546.4W/(m2.C)3.2.9 校核tw =120-546.480/1189.2=83.2湖北师范学院文理学院 2011 届化学与环境工程系毕业设计7与假设

15、值 tw =80相比较，差 3.2，认为计算合理。3.3 计算传热面积及安全系数按传热方程式计算的传热面积 S=Q/Ktm=591000/（54062.2）=17.6m2，实际换热器的传热面积为 18.1m2，故安全系数=18.1/17.6=1.03，此值在 1.0-1.25 之间，表示选的合理。3.4 管束与壳体温差的计算根据对流传热速率可得 Q=aiS(tw-tm)，故tw=Q/aiS+tm=591000/（376918.1）+35.5=44.2，而管束的平均温度为tmg=1/2(tw+tn)=1/2(80+44.2)=62.1，则壳体与管束的温差为t=T-tmg=120-62.1=57.9。4.生产工艺主要设备表 2 生产设备一览表 序 号名称规格型号作用操作要点1补气阀（角式截止阀）DN65PN320向合成系统 补充新鲜气 体开关缓慢， 均匀2系统近路阀DN50PN320调节温度系统升温时 根据需要开 启此阀 3付线阀DN80PN320调节合成塔 炉温升温时严禁 开此阀，根 据炉温变化 适量调节 4合成塔一进阀DN80PN320调节气体进 入合成塔停车时关闭 此阀有利于 合成保压 5循环机进口阀DN80PN320控制气体流 通开机时此阀 关闭.启动时 先开进气阀. 后