整體鍛焊式氨合成塔換熱器設計

1、整體鍛焊式氨合成塔換熱器設計1.1氨合成塔內換熱器的設計條件表7-1冷熱流體進出換熱器的溫度及流量介質進換熱器溫度T1、t1 C出換熱器溫度T2、t2 C流量kmol/h熱流體45021515811.77冷流體6025617788.241.2設計方案選擇流程安排由本書節(jié)可知本設計選用固定管板式換熱器。從 兩流體的壓力來看，熱流體壓力較冷流體的高，為了減小殼 體承受的壓力和防止合成后的NH3泄漏，選擇熱流體走管程，從上部進；冷流體走殼程，從下部進；冷副氣從下部進， 不進行換熱，直接進觸媒層冷管。物性數據的確定竺竺158 C21 .定性溫度:管程混合氣體的疋性溫度為TTiT2450215332.5

2、C22殼程混合氣體的疋性溫度為t1 t222. 冷熱流體的平均密度及平均分子量由于冷熱流體均是混合氣體，故需求其平均密度及平均分子量a）熱流體混合氣體各組分在332.5 C下的密度:N2 :p2PMRT32 1 06 28177.9858.314103(273332.5)kg/m3H2:PM632 10212.713kg/m3妞RT8.314103 (273332.5)NH3 :pH3PM321017108.062RT8.314103(273332.5)kg/m3CH4 :PM32106 16101.706pH4RT8.314103(273332.5)kg/m3PM32 1 06 40Ar :

3、pr3254.265RT 8.314 10(273 332.5)kg/m3由本書表2-7可知熱流體的組成，故熱流體混合氣體的平均密度：p = p2XN2 + p2XH2+ pH3X NH3 + pH4XcH4 + prX Ar(7-1)177.985 16.53% 12.713 49.60% 108.062 17% 101.706 11.81% 254.265 5.06% 78.974 kg/m3熱流體混合氣體的平均分子量：M 1 = M n2 XN2 +M H2 XH2 +M NH3 XNH3 +M CH4 XCH4 +M ArX Ar(7-2)28 16.53% 2 49.60% 17 1

4、7% 16 11.81% 40 5.06% 12b)冷流體混合氣體各組分在158 C下的密度：N2 :PM32 1028250.046kg/m3孔RT8.314103 (273158)H2 :PM632 10217.860kg/m3妞RT8.314103 (273332.5)NH3 :pH3PM32106 17151.814RT38.314 103(273332.5)kg/m3CH4 :PM32 106 16"H4RT 8.314 103 (273 332.5) 142.884kg/m3Ar :PM32 1 06 408.314 103 (273 332.5)357.209kg/m3

5、由本書表2-7可知冷流體的組成，故熱流體混合氣體的平均密度：p = p2 XN2 + p2 XH2 + pH3 XNH3 + pH4 XCH4 + pr XAr250.046 20.25% 17.860 60.76% 151.814 4% 142.884 10.50% 357.209 4.50% 98.636 kg/m3熱流體混合氣體的平均分子量：M2 = M N2 XN2 +M H2 X H2 +M NH3 X NH3 +M CH4XCH4 +M ArX Ar28 20.25% 2 60.76% 17 4% 16 10.50% 40 4.50% 11查參考文獻1附圖9、19、29得，冷熱流體

6、物性數據如表7-2表7-2冷熱流體物性數據流體定性溫度C密度pkg/m3比熱容CpkJ/kg K粘度卩Pa s導熱系數入W/m- K熱流體332.578.974420.442.72 X10-56.977冷流體15898.636344.422.16 X10-51.3261.3換熱器工藝結構設計初算換熱面積1 .換熱器的熱流量Q Q3 Q415811.77 33.47 450 15811.77 31.17 215132185606.6kJ/h=31593020.9kcal/h2. 平均傳熱溫差（人切仃2 tjtm換熱器內流體流動方式為逆流。t2t1(7-3)(450 256) (215 60)ln

7、45° 256215 60174 °C3. 平均傳熱溫差校正校正系數上2 bT1 t1256 60450 600.503T T2t2 t1450 215256 601.199由參考文獻 化工原理上冊圖 4-19(a)查得 恤=0.65所以tm t tm 0.65 174113.1 C4. 計算傳熱面積取總傳熱系數 K=450 W/(m 2 K)= 387 kcal/(m 2 h K)則所需傳熱面積(7-4)S'QK tm31593020.9721.8 m387 113.1工藝結構尺寸1. 管徑和管內流速為了提高傳熱效率，同時減少流體流動阻力，結合考慮其他性能，本設計

8、選擇25mM2.5mm的1Cr18Ni9Ti無縫鋼管，取管程流速 W=25m/s，殼程流速uo=12m/s。2. 換熱器內徑選擇換熱器內徑 D=1900mm。3. 換熱管排列形式及中心距換熱管在管板上的排列形式中正三角形形式可以在同樣 的管板面積上排列最多的管數，用得最為普遍，故本設計采 用正三角形排列形式。依據換熱管外徑在參考文獻2表6-1中查得換熱管中心 距 d=32mm 。4. 管數已選取換熱器內徑 D=1900mm ,由參考文獻 282頁根據公式D t(n c 1) 2do可求得管束中心線上管排的管數ncncD 2d。t(7-5)58.8 59 根對正三角形排列的管數 N:N (掙(卸

9、2877根(7-6)每根管子的長度L :,S'721.8，L3.194 mdoN0.025 2877(7-7)根據參考文獻2 257頁中換熱管的推薦長度，采用L=4.5m，貝UN 空72182043 根Ldo4.5 0.025根據參考文獻7查得管子在管板上的排列，取N=2833根5. 折流板尺寸為了充分利用高壓容器空間，本設計選用圓盤-圓環(huán)形折流板。a）通道截面積A98.636冷流體體積流量V 處 17788.24 11 1983.77m3/h=0.55m3/s(7-8)則通道截面積A V 0.550.046 m2Uo12b）內擋板外徑D2由 A (D2 D22) (D2 D22) a可求得 D244其中a 單位空間面積里管子面積，4do0.785 0.02$a22 0.554sin60 d20.866 0.0322則0.046 (1.92D22) (1.92D22) 0.55444解上式得D2= 1.87mc）外擋板內徑D1由A -(D12