【《合成氨生产合成的设备选型分析案例》2800字】

合成氨生产合成的设备选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u12647合成氨生产合成的设备选型分析案例 171901.1反应器设计 25604表1.1反应器类型 2299821.1.1反应器的设计与选型 2171341.1.2接管设计 5252661.1.3催化剂床层压力降计算 5175971.1.4反应器强度设计 69631.1.5裙座 7234711.1.6设备选型一览表 919541.2气液分离器设计 9206221.2.1分离器内气速 960621.2.2尺寸设计 1110431.3换热器设计 12172161.3.1换热器计算过程 12234461.3.2换热器选择 15102891.3.3换热器校核 171.1反应器设计表1.1反应器类型每个反应器都有自己的优缺点，在不同的场合我们要根据需求筛选不同的反应器，进行综合分析，做出合理的设计。本设计为节约成本，要求催化剂使用寿命在三年以上，反应产生的热量需要通过换热操作及时移除，因此选择列管式固定床反应器。其特点是：返混少，高转化率，催化剂磨损和消耗小。1.1.1反应器的设计与选型本设计车间为与合成车间，其中反应器采用列管式固定床反应器，催化剂采用铁触媒，其质量分数为。在列管式固定床反应器温度为℃，压力为，列管式固定床反应器停留时间为，物流的体积流率为，由下面公式可以求出反应器的体积。由此得反应体积：上述计算结果为催化剂体积，本设计中催化剂装填空隙率是，则反应器体积如下：（1）床层直径u为空床操作气速，取，床层直径：（2）床层高度床层高度：管长取（3）反应器装填催化剂的量由于实际反应中催化剂的质量占发生反应的反应物的质量的，根据软件计算可得，参加反应的反应物质量为（4）反应器管数列管式固定床反应器管道参数为因此，故合成氨列管式固定床反应器管数为根，呈三角形排列。（5）反应器壳体内径合成氨列管式固定床反应器设置管数为根，管道选用错列正三角形排列，焊接法连接。计算可得反应器的管心距为：图1.1反应管排列方式横过管束中心线的管数为：反应器壳体的内径为：其中为合成氨列管式固定床反应器管束最外层管的中心到壳体内壁的距离，一般情况下取：本反应器设计取：则反应器壳体内径为：圆整为，所以合成氨列管式固定床反应器壳体内径为。（6）折流板的设计本车间设计的反应器安装典型的弓形折流板，其圆缺高度为反应器内径的，则切去的圆缺高度为：即折流板间的距离为：折流板的数目为：1.1.2接管设计（1）原料进口接管取反应器原料入口流速，则入口接管直径采用的管道。（2）出口接管反应器出口流速，采用的管道1.1.3催化剂床层压力降计算实际空床气速以实际空床面积计算的流体质量流速式中，混合物的总质量流量，。混合物粘度，密度，则修正雷诺准数为用Eurgun公式计算压力降式中：—层床高度，；—流体密度，；—催化剂颗粒的当量直径，；—层床空隙率。床层压力降不能太大，宜控制在床内压力的，即，符合要求。为防止催化剂从合成氨反应器床层脱落，可垫一层耐高温石棉球。由于列管式反应器中铁触媒失效后不能完全还原，所以设计过程中需要增加一台备用反应器。1.1.4反应器强度设计（1）设计参数设计压力：设计温度：℃反应器高度：反应器内径：（2）反应器材料的选择本项目中反应器为内衬不锈钢材质，查表材料的性质可得：其屈服应力为：；在℃的设计温度下的许用应力为：。（3）反应器筒体设计根据圆筒强度计算公式可得：式中：—计算厚度，；计算压力，；—筒内径，；—设计温度下的许用应力，；—焊接接头系数，，查表9-6采用双面无损对接焊，可得。圆整为。根据《钢制压力容器》中规定，设计厚度：（其中为）即有；（其中为钢板负偏差，根据可查得），即有：＝169＋1=170mm。（4）反应器封头设计双面无损对接焊的，可得，有：圆整为。设计厚度：＝82mm名义厚度：＝6＋1＝83mm半球形封头设计厚度附加量：＝1+1＝21.1.5裙座对于较高的立式容器，必须安装性能较好的裙式支座，所以裙座材料选为。在裙座上应开设个不带盖板的长圆形人孔用于检修和安装，高度取为，直径为。名义厚度：；筒体内径：筒体外径：反应器高，考虑到腐蚀余量，基础环厚度，地角螺栓的取用规格为。裙座高度取，螺纹小径为，六角螺母的对边距为。

1.1.6设备选型一览表表1.1设备选型一览表单位数值反应器体积m31.05床层直径m1.7床层高度m1.55管数根2160壳体内径mm1700筒体厚度mm1700封头厚度mm83设计温度℃500设计压力MPa39.6裙座外径mm1704裙座内径mm1700裙座高度m31.2气液分离器设计1.2.1分离器内气速下面对气液分离器V102进行选型设计，从浮动液滴的平衡条件，可以得出：式中—沉降速度，；—液滴直径，；—液体密度、气体密度，；—重力加速度，；—阻力系数。首先由假设的数，从图查，然后由所要求的浮动液滴直径，以及按上式来算出，再由此计算。式中—气体粘度，；其余符号意义同前。由计算求得数，查图得新，代入式中，反复计算，直到前后两次迭代的数相等即为止。假设=，由模拟计算得=24.49=599.53图1.2数与阻力系数()关系图经过迭代计算得：，=取，即容器中的气体流速必须小于悬浮液滴的沉降流速。此设计中，取。1.2.2尺寸设计（1）直径式中—分离器直径，；—气体最大体积流量，；—容器中气体流速，。取==1.2×2274.91=2729.89代入上式计算得：=圆整为。（2）高度低液位（）与高液位（）之间的距离，设停留时间为，采用下式计算：式中—液体高度，；—停留时间，；—容器直径，；—液体体积流量，。规定各控制点之间的液体高度最小距离为。其余尺寸按下图所示计算：图1.3气液分离器高度1.3换热器设计1.3.1换热器计算过程表1.2换热器E101操作参数操作条件壳程管程介质循环冷却水输入温度/℃33500进口气相分率01进入压力/MPa0.5533.0输出温度/℃4350出口气相分率01送出压力/MPa0.5032.99热负荷/KW114191.9采用初步模拟，做得出结果如下图：图1.4换热器E101设计结果（1）

图1.5换热器E101设计结果（2）图1.6换热器E101设计结果（3）由上图可知：（1）结构参数根据模拟结果，设计选用双管程设备，则符合条件的壳体的内径为，换热管内径，换热管排列的管心距选用，排列；单个换热管长为，总根数为根；另外就是辅助参数的选取，选用单弓型挡板的折流板型式，间距，总挡板数为，且折流板的圆缺率为，均在合理范围。（2）压降壳侧与管侧为、，均大于允许值。（3）传热系数壳程和管程分别为、，都符合标准范围。（4）热阻分布如图为各热阻占总热阻的比例关系。（5）传热温差有效传热温差数据为℃。（6）面积余量设计出的为，合理范围内。（7）流速换热器壳程与管程中最高分别为和。1.3.2换热器选择根据换热器模拟的设计结果，最终选型下表所示：表1.3E101操作系数型号类型壳体内径/管长/列管内径/排列方式换热面积/管数/根BEM2225--271.6--1I管壳式22256000Φ25正三角形271.65415由上述计算结果可以看到，E101换热面积为，符合设计要求；流态分布合理，无气液混合进出料；参考化工工艺手册（下册），得E101的型号为BEM2225--271.6--1I。

1.3.3换热器校核将选取好的换热器型号用模拟进行校核计算可得结果如下图：图1.7换热器E101校核结