当前位置：文档之家 › 1500td合成氨工艺粗煤气变换工段第三变换热交换器设计

1500td合成氨工艺粗煤气变换工段第三变换热交换器设计

  • 格式：docx
  • 大小：4.04 MB
  • 文档页数：82

太原理工大学毕业设计（论文）任务书第1页第2页第3页第4页1500t/d合成氨工艺粗煤气变换工段第三变换热交换器设计摘要本次设计在安全前提下，以经济实用为原则，从原始数据开始经工艺计算、机械设计和强度校核三步详尽地阐述了本台换热器的设计过程。

此设计过程有五个部分：绪论，工艺计算，机械设计，强度校核和技术条件的编制。

在绪论中主要叙述了合成氨生产生产中的变换工段在本次这个天脊集团合成氨装置增产节能改造项目中的作用及简单介绍。

控制方案的设计主要是通过对整体设备的综合分析，确定设备的控制方案，达到自动控制目的；工艺计算主要是通过对热量负荷的计算得到换热器的传热面积、初步确定换热器的基本尺寸，为下一步提供依据；机械设计主要任务是在设计条件下，从主体到部件，进行材料和零部件的设计入手，设计合理的结构；强度校核是在满足工艺条件的要求下，对所设计的设备进行强度校核，以便生产可以顺利的进行。

关键词：换热器，工艺计算，机械设计A Design of 1500t / d of crude ammonia process gas shiftconversion section third heat exchangerAbstractThe premise of the design in a safe, economical and practical principle to begin the process calculated from the raw data by the mechanical design and strength check-step detailed exposition of this station heat exchanger design process.This design process has five parts: the preparation of the introduction, process calculations, mechanical design, strength check and technical conditions.Described in the introduction the main role in the production of ammonia production in the second section of this transformation Tianji Group ammonia unit increase in energy-saving projects and brief. Control scheme designed primarily through a comprehensive analysis of the whole device to determine device control solutions, to achieve automatic control purposes; process calculation is mainly through the calculation of the heat load to get the heat exchanger heat transfer area of the heat exchanger initiallyidentified the basic dimensions provide the basis for the next step; mechanical design of the main tasks is under design conditions, from the body to the parts, and materials and components designed to start, well-designed structures; strength check is to meet the requirements under process conditions, equipment designed for the strength check, in order to produce a smooth conduct.Key words: Heat Exchanger;Process calculation;Mechanical Design目录1.绪论彗睬技鹑 (10)1.1变换工段的说明彗睬技鹑 (10)2 工艺设计彗睬技鹑 (12)2.1 确定设计方案彗睬技鹑 (12)2.1.1 选择换热器的类型两流体的温度变化情况 (12)2.1.2 管程安排彗睬技鹑 (12)2.2 确物性数据彗睬技鹑 (12)2.3 估算传热面积彗睬技鹑 (13)2.3.1 热流量（忽略热损失）彗睬技鹑 (13)2.3.2 粗煤气用量（忽略热损失）彗睬技鹑 (13)2.3.3 平均传热温差彗睬技鹑 (13)2.3.4 初算传热面积 (13)2.4 工艺结构尺寸彗睬技鹑 (13)2.4.1 管径和管内流速彗睬技鹑 (13)2.4.2 管程数和传热管数彗睬技鹑 (13)2.4.3 平均传热温差校正及壳程数彗睬技鹑 (13)2.4.4 传热管排列和分程方法彗睬技鹑 (14)2.4.5 壳体直径彗睬技鹑 (14)2.4.6 折流板彗睬技鹑 (14)2.5 换热器核算彗睬技鹑 (15)2.5.1 传热面积校核彗睬技鹑 (15)2.5.2 换热器内内压降核算彗睬技鹑 (17)3 .机械结构设计彗睬技鹑 (19)3.1 设计压力彗睬技鹑 (19)3.2 设计温度彗睬技鹑 (20)3.3 管壁温度彗睬技鹑 (20)3.3.1 符号彗睬技鹑 (20)3.3.2 管程壁温彗睬技鹑 (20)3.3.3 壳程壁温彗睬技鹑 (20)3.4 筒体壁厚彗睬技鹑 (21)3.4.1 筒体选材彗睬技鹑 (21)3.4.2 筒体壁厚计算彗睬技鹑 (21)3.5 管箱厚度彗睬技鹑 (22)3.5.1 管箱选材彗睬技鹑 (22)3.5.2 筒体壁厚计算彗睬技鹑 (22)3.6 管箱法兰彗睬技鹑 (23)3.6.1 材料选择彗睬技鹑 (23)3.6.2 法兰尺寸彗睬技鹑 (23)3.6.3 法兰型式彗睬技鹑 (24)3.6.4 法兰垫片彗睬技鹑 (24)3.7 封头的设计彗睬技鹑 (26)3.7.1 封头选材彗睬技鹑 (26)3.7.2 封头壁厚计算彗睬技鹑 (26)3.7.3 封头尺寸彗睬技鹑 (27)3.8 液压实验彗睬技鹑 (27)3.9 拉杆设计彗睬技鹑 (28)3.9.1 拉杆选材彗睬技鹑 (28)3.9.2 拉杆参数彗睬技鹑 (28)3.9.3 拉杆的布置彗睬技鹑 (28)3.10 管板设计彗睬技鹑 (29)3.10.1 材料的选择彗睬技鹑 (29)3.10.2 管板结构彗睬技鹑 (29)3.10.3 管板布管彗睬技鹑 (29)3.10.4 管孔设计彗睬技鹑 (29)3.10.5 拉杆孔设计彗睬技鹑 (29)3.10.6 管板尺寸彗睬技鹑 (30)3.11 实际布管彗睬技鹑 (31)3.12 换热管设计彗睬技鹑 (31)3.13 接管设计彗睬技鹑 (32)3.13.1 管程接管设计彗睬技鹑 (32)3.13.2 壳程接管设计彗睬技鹑 (32)3.13.3 排气管与降液管设计彗睬技鹑 (33)3.13.4 各接管法兰和垫片的设计彗睬技鹑 (33)3.14 保温层的设计彗睬技鹑 (35)3.15 各接管尺寸设计彗睬技鹑 (35)3.15.1 接管的外伸长度彗睬技鹑 (35)3.15.2壳程接管位置彗睬技鹑 (35)3.15.3管程接管位置彗睬技鹑 (36)3.16 防冲挡板彗睬技鹑 (37)3.16. 1管程彗睬技鹑 (37)3.16.2 壳程彗睬技鹑 (37)3.17折流板与支持板彗睬技鹑 (38)3.17.1材料彗睬技鹑 (38)3.17.2折流板设计彗睬技鹑 (38)3.17.3折流板和支持板管孔彗睬技鹑 (39)3.17.4 折流板布置彗睬技鹑 (39)3.17.5 折流板重量计算彗睬技鹑 (40)3.18 管箱设计彗睬技鹑 (41)3.18.1 管箱结构形式彗睬技鹑 (42)3.18.2 管箱长度彗睬技鹑 (43)3.19 吊耳与顶丝彗睬技鹑 (43)3.19.1 左管箱质量彗睬技鹑 (43)3.19.3 吊耳彗睬技鹑 (44)3.20 支座设计彗睬技鹑 (44)3.20.1 支座所承受的载荷彗睬技鹑 (44)3.20.2 支座尺寸彗睬技鹑 (45)3.20.3 支座材料彗睬技鹑 (46)3.20.4 支座安装尺寸彗睬技鹑 (46)4.焊缝设计彗睬技鹑 (47)5 强度校核彗睬技鹑 (50)彗睬技鹑 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。

6 技术条件编制彗睬技鹑 (77)6.1 技术条件说明彗睬技鹑 (77)6.1.1 钢材彗睬技鹑 (77)6.1.2 冷热加工成型彗睬技鹑 (77)6.1.3 焊接条件彗睬技鹑 (78)6.1.4 热处理彗睬技鹑 (78)6.1.5 无损探伤彗睬技鹑 (78)6.2 装配图的技术条件彗睬技鹑 (78)6.3 零件图的技术条件彗睬技鹑 (78)6.3.1 管箱部件图的技术条件编制彗睬技鹑 (78)6.3.2 管板零件图技术条件彗睬技鹑 (79)6.3.3 折流板技术条件彗睬技鹑 (79)结束语彗睬技鹑 (80)参考文献彗睬技鹑 (81)致谢彗睬技鹑 (82)1.绪论1.1变换工段的说明在合成氨工艺生产过程中，变换工艺是一个重要的净化工序，通过变换工序，不尽能制取氢气为合成氨提供原料，而且还减少了CO对氨合成催化剂的毒害。

这张工艺物料流程图就是天脊集团合成氨装置增产节能改造项目，针对粗煤气中的CO含量高、水碳比低的特点，对CO变换工艺进行设计与优化。

天脊煤化工集团有限责任公司是我过于20世纪80年代初从国外成套引进技术和设备而兴建的，以煤为原料生产生产硝酸磷复合肥的大型煤化工基地。

其年产30万吨合成氨装置采用MARK-ⅠV型鲁奇加压气化炉气化制成的粗煤气，在一氧化碳变换工序中经过两段钴钼系耐硫催化剂床层进一步提高H2含量，冷却后的变换气进入低温甲醇洗工序除去变换气中的CO2、H2S，除去CO2、H2S的合成气再进入液氮洗工序，脱除CO的同时将N2和H2配比成适当的比例经过合成气压缩机提压后送入托普索100型合成塔进行氨合成。

合集下载

合成氨变换工段工艺中变串低变换热设计

合成氨变换工段工艺中变串低变换热设计

合成氨变换工段工艺中变串低变换热设计合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、化工、制药等领域。

合成氨变换工段是合成氨生产过程中的核心环节，其主要目的是将天然气和氮气催化转化为氨气。

变换热设计在合成氨变换工段中起到至关重要的作用，影响着变换器的热平衡和工艺效率。

合成氨变换工段工艺中的变换热设计主要包括换热管束和变换器结构的设计两个方面。

换热管束的设计主要考虑到换热面积的确定、管束布置和流体参数的选择。

变换器结构的设计则包括变换器壳体的形状和材质选择、空气和水的进出口位置等。

在合成氨变换工段中，变换热设计的关键是保证足够的换热面积，使得催化剂能够充分利用，同时又要考虑到压降、流阻等因素对工艺效率的影响。

为了实现这一目标，可以采用多种方式进行变换热设计。

首先，可以通过增大换热管束的数量和长度来增加换热面积。

可以采用多层管束并且每层管束之间留有一定的间隙，以增加空气和水的流动路径，提高换热效果。

此外，还可以通过增加管束的内径和减小换热管的壁厚，增加有效的换热面积。

其次，可以通过选择合适的流体参数来优化变换热设计。

例如，可以通过调整空气和水的流量、温度、压力等参数，以达到最大的换热效果。

另外，变换器结构的设计也起到非常重要的作用。

变换器壳体的形状和材质的选择直接影响着换热器的热传导性能和机械强度。

一般来说，可以选择球形、管式或壳管式的结构，以满足不同工艺要求。

材质方面，可以选择耐高温、耐腐蚀的材质，以延长换热器的使用寿命。

最后，合成氨变换工段的变换热设计还需要考虑到安全性和可靠性。

例如，需要保证换热器的壳体有足够的强度，能够承受工作压力和温度的变化。

此外，还需要考虑到清洗和维护的便利性，以减少生产中的停机时间和成本。

总之，合成氨变换工段工艺中的变换热设计是一个复杂而关键的问题。

通过合理的换热管束和变换器结构设计，可以实现高效、安全、可靠的合成氨生产。

合成氨变换工段工艺设计

合成氨变换工段工艺设计

合成氨变换工段工艺设计合成氨是化工工业中的重要原料，广泛应用于制取尿素、硝化铵等农业肥料，以及制取氨水、氨盐、化肥、染料等合成工艺中。

合成氨变换工段是合成氨生产中的关键环节，其工艺设计对合成氨的产量、质量以及能耗等方面有重要影响。

一、工艺概述合成氨的变换反应器是将反应物氮气和氢气通过催化剂的作用，在一定条件下发生气相合成反应，生成合成氨。

反应器通常采用固定床催化剂反应器，催化剂的选择和催化剂床层的设计都是工艺设计的重要环节。

冷凝器主要用于对反应产生的氨气进行冷凝回收，常见的冷凝器有直接冷凝器和间接冷凝器两种形式，工艺设计中需要根据具体情况选择适用的冷凝方式。

循环气压缩机主要用于将反应器中未反应的气体通入新的循环，提高气相合成反应的转化率。

在工艺设计中，需要考虑压缩机的压比、功率消耗等参数。

氨气的分离净化装置主要用于对合成氨中的杂质进行去除，提高合成氨的纯度。

常用的分离净化装置有吸附装置、膜分离装置等，具体的工艺设计需要根据生产要求和经济效益进行选择。

二、工艺参数及控制合成氨的变换工段的工艺参数主要包括反应温度、反应压力、空速、催化剂活性等。

这些参数直接影响合成氨的产率、选择性和能耗。

反应温度是合成氨变换反应的重要参数，通过控制温度可以提高反应速率和转化率，但过高的温度会导致副反应的发生，降低合成氨的选择性。

反应压力主要用于控制氨气的产量和能耗，压力越高产氨越多，但能耗也相应增加。

空速是指单位时间内通过反应器的氮气体积，可以通过调控压力和进气量来实现，过小的空速会影响反应的效果，而过大会导致固定床催化剂的床层冲击和阻力升高，影响反应转化率。

催化剂活性主要指催化剂的活性组分含量和粒径等参数，这些参数会影响合成氨的选择性和催化剂的寿命。

在工艺设计中，需要考虑这些参数的合理选择和控制，以提高合成氨的产量和质量，并降低能耗。

三、能耗控制合成氨的变换工段是合成氨生产中的能耗重点。

能耗的控制主要体现在压力控制、催化剂选择和热交换等方面。

「年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计」

「年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计」

年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计一、工艺流程概述1.原料准备：将天然气（主要是甲烷）与空气作为主要原料，通过气体净化系统去除其中的杂质、硫化物和水分。

2.原料配送：将净化后的天然气和空气分别输送至气体净化系统进行进一步的处理和分析。

3.变换反应槽：将净化后的天然气和空气通过压缩机压缩至一定压力后，经过暖气交换器加热至高温（约500-600℃），再进入变换反应槽。

4.变换催化剂：在变换反应槽中，使用催化剂（通常是高温高压下的铁-钴催化剂）促进N2和H2的反应。

反应生成的合成氨会随气流从反应槽中流出。

5.除气系统：将反应槽中的气体通过除尘器，冷却器和吸附剂等设备进行处理，去除其中的固体颗粒、水分和其他杂质。

6.合成氨回收：经过除气系统处理后的气体中仍含有未反应的氮气和氢气，通过压缩机再次压缩进入蒸馏塔。

在蒸馏塔中，根据不同的沸点，将氨气和氮气分离开来，再通过冷凝器冷凝为液态氨。

7.废水处理：在工艺过程中产生的废水会经过处理系统去除其中的有机物和杂质，以保证排放的废水符合环保要求。

二、设备布置和操作要点1.变换反应槽的设计要考虑到温度、压力和气体流动速度的控制。

同时，需要定期更换催化剂，以维持优良的反应性能。

2.除气系统中的设备要进行定期维护和清洁，确保其正常工作和去除气体中的杂质、固体颗粒和水分。

3.合成氨回收装置要根据产品质量要求设置合适的操作参数，例如蒸馏塔的温度和压力。

此外，冷凝器的冷却水流需要保持稳定，以确保气体顺利冷凝为液态氨。

4.废水处理系统应配置适当的物理和化学处理单元，如过滤器、沉淀池和生物处理等，以达到废水排放标准。

5.需要建立相应的安全措施，如设立监测系统，确保气体和液体在整个工艺中的安全运输和使用。

三、工艺控制和性能优化1.在变换反应槽中，可以通过调节供气比例、压力和温度等参数来控制合成氨的产率和选择性。

同时，也可以根据反馈控制系统监测和调整催化剂的性能。

2.除气系统中的设备可以通过监测气体的组成和温度、压力等参数，来调整操作参数，以达到满足产品质量要求的除气效果。

合成氨变换工段工艺设计

合成氨变换工段工艺设计

1.4 工艺流程简述全低变的工艺流程示意图见图1-1。

图1-1 低温变换工艺流程示意图Fig1-1 Schematic diagram of the low tem p erature conversion p rocess半水煤气首先进入油水分离器，脱除部分固体和液体杂质后进入活性炭滤油器，进一步脱除杂质。

经净化的半水煤气进入变换气换热器与从第二变换炉出来的变换气进行逆向热交换，使其温度上升到180 ℃左右，变换气温度下降到160 ℃左右。

出变换气换热器的半水煤气再进入煤气换热器与从第一变换炉出来的变换气进行逆向热交换，变换气自身的温度下降到300 ℃左右，半水煤气升温到200 ℃左右。

出煤气换热器的半水煤气与来自管网的中压水蒸气混合，一方面使半水煤气温度上升到变换反应温度，另一方面使半水煤气增湿，并达到设计要求所需要的汽气比进入第一变换炉发生变换反应，在第一变换炉内CO 的变换率可达到60%左右。

经第一变换炉变换后出来的变换气进入煤气换热器与半水煤气逆向换热后进入淬冷过滤器I ，逆向与喷淋下来的冷却水换热并使冷却水汽化，此时变换气的温度下降到230 ℃左右，冷却水和变换气换热后汽化，从而使蒸汽含量达到设计要求，湿变换气进入第二变换炉第一段催化剂床层进行变换反应。

经第二变换炉第一段催化剂床层变换反应后CO 的变换率可达到85%左右，温度上升到280 ℃左右进入淬冷过滤器II ，逆向与喷淋下的冷却水进行热交换，使其温度下降到190 ℃左右，同时补充水蒸气，达到设计要的汽气比进入第二变换炉第二段催化剂床层进行变换，最终CO 的变换率可达到99%。

出第二变换炉第二段的变换气经过变换气换热器后，再经过变换气冷却器降温至40 ℃左右，去后续工段。

第二章 物料衡算及热量衡算2.1设计条件计算基准：1吨NH 3。

设备生产能力：t/h 7222.92430010703=⨯⨯ 由设计所给条件取每吨氨耗用半水煤气3520Nm 3,则每小时的半水煤气用量为：3520×9.7222=34222.2 Nm 3/h初始半水煤气组成见下表2-1。