年产1万吨合成氨—饱和热水塔的初步设计

毕业设计(论文)

课 题 名 称 年产1万吨合成氨—饱和热水塔的初步设计 学 生 姓 名 郭 安 学 号 0740920009 系、年级专业 生物与化学工程系07级化学工程与工艺 指 导 教 师 邓 新 华 职 称 副 教 授

年 月 日

年产1万吨合成氨—饱和热水塔的初步设计

邵阳学院生物与化学工程系07级化学工程与工艺 郭安

摘 要

合成氨生产过程中，饱和热水塔是回收变换系统热量的关键设备，对降低蒸汽消耗起着重大的作用。热水塔变换气进气温度为107℃，出气温度为99.6℃。变换气在热水塔中将热量传递给热水，将热水塔里的水加热到99.3℃左右，热水塔的水通过泵送到加热器加热，被加热的水在饱和塔中再将热量传递给半水煤气。半水煤气在饱和塔中与热水逆流接触，同时进行热量和质量的传递，使半水煤气的含湿量不断提高。使脱硫塔出来的半水煤气从35℃上升到113℃，最后半水煤气送到变换器。出塔半水煤气温度越高，则其夹带的水蒸汽量愈多，也就是回收的蒸汽量愈多，可以节省补充蒸汽量。不论用何种塔型，目标是使进饱和塔的热水与出塔的半水煤气之间温差和阻力都要小，按照小氮肥工艺设计要求温差为3~8℃。

关键词:合成氨;饱和热水塔;半水煤气，

I

Aabstract

In the process of ammonia production, saturated hot water tower is the key equipment to recycle transformation system heat and plays a significant role in reducing steam consumption.The inlet temperature of hot water tower shift gas is 107 ° c, and the out temperature is 99.6 ℃. Transform gas in hot water tower will heat transfer to hot water, heating water to 99.3℃or so. Hot water tower of water through the pump to heater heating, The heated water in saturated tower will be heat transfer to the dawsom gas again. the dawsom gas again will contact with refluent hot water in saturated tower, with the heat and quality of transmission at the same time, To henhance the moisture content of the dawsom gas constantly. To make the temperature of dawsom gas coming from the desulfurization tower from 35 ℃ rise to 113 ℃, the dawsom gas goes to converter at Last. the higher temperature of the dawsom gas the more quantity of steam water, also is the more quantity of steam water

recycling ,and it can save the quantity of added steam water . No matter using what kind of tower, The Goal is to make the hot water into the saturated tower and out of dawsom gas 'temperature and resistance are small. According to the small nitrogenous fertilizer processes the design requirements temperature is 3 ~ 8 ℃.

Keyword:Synthetic ammonia; saturated hot water tower; dawsom gas

II

目 录

中文摘要 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ 英文摘要 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅱ 前 言 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 氨的性质．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 氨的用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 合成氨的原料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 合成氨的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 工艺原理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 工艺条件选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 工艺流程确定工艺流程选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 工艺流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 1饱和热水塔的物料及热量横算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.1饱和塔的物料及热量横算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.1.1饱和塔物料衡算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.1.2饱和塔热量横算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 1.2热水塔物料及热量横算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 1.2.1热水塔物料衡算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 1.2.2热水塔热量横算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 1.2.3进饱和塔水温核算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2饱和热水塔设备尺寸计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.1饱和塔设备计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 2.1.1饱和塔塔径 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.1.2理论塔板数 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

1

2.1.3实际塔板数计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 2.1.4 填料塔高度计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 2.2热水塔设备计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 2.2.1热水塔塔径 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 2.2.2理论塔板数 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 2.2.3操作线计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 参考资料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 总 结 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 致 谢 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

2

前 言

氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多年

的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。

变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工艺流

程中起着非常重要的作用。

目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，就是在B107等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。

1

氨的性质

合成氨别名：氨气； 分子式 ：NH3；

英文名 ：synthetic ammonia;

世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产物外，绝大部分是合成氨，氨在常温、常压下为无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味，较易液化。当压力为25℃、压力为1MPa时，气态氨可液化为无色的液氨。氨气易溶于水，溶解时放出大量的热。液氨或干燥的氨气对大部分物质不腐蚀，在有水存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。 氨是一种可燃性气体，自燃点为630℃，故一般较难点燃。

氨的用途

合成氨主要用作化肥、冷却剂和化工原料。

合成氨的原料

合成氨生产常用的原料包括：焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。合成氨生产，首先必须制取含氢和氮的原料气。氮气来源于空气，可以在低温下将空气液化，分离而得；也可以在制氢过程中加入空气，直接利用空气中的氮。合成氨生产大多采用一种方式提供氨。氢气的主要来源是水和碳氢化合物中的氢元素，以及含氢的工业气体。不论以固体、液体或气体为原料，所得到的合成氨原料气中均含有一氧化碳。一氧化碳的清除一般分为两次。大部分一氧化碳先通过变换反应，即在催化剂存在的条件下一氧化碳与水蒸气作用生成氢气和二氧化碳。通过变换反应，既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时又可制得与反应了的一氧化碳相等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此一氧化碳的变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。最后，残余的一氧化碳的变换在通过铜氨液洗涤法、液氨洗涤法或甲烷化法等方法加以清除。

2

合成氨的意义

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下：

N2+3H2=2NH3

合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。

工艺原理：一氧化碳变换原理

一氧化碳变换反应式为：

CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1)

CO+H2 = C+H2O (1-2)

其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。

一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。 变换过程中还包括下列反应式：

H2+O2=H2O+Q

工艺条件

1.压力：

压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但是提高压力将使析炭和生成甲烷等

3

副反应易于进行。单就平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂操作压力为0.7-1.2MPa,中型氨厂为1.2~1.8Mpa。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa.

1.温度：

变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常 数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 CO平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因而存在着

最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为

Tm=

1?TeRTeE2?E1lnE2E1

式中Tm、Te—分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和催化剂的不同而变化。

2.汽气比：

水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段。增加水蒸汽用量，提高了CO的平衡变换率，从而有利于降低CO残余含量，加速变换反应的进行。由于过量水蒸汽的存在，保证催化剂中活性组分Fe3O4的稳定而不被还原，并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。但是，水蒸气用量是变换过程中最主要消耗指标，尽量减少其用量对过程的经济性具有重要的意义，蒸汽比例如果过高，将造成催化剂床层阻力增加；CO停留时间缩短，余热回收设备附和加重等，所以，中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：H2O/CO=3～5，经反应后，中变气中H2O/CO可达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求。

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工艺流程确定工艺流程选择

目前的变化工艺有：中温变换，中串低，全低及中低低4种工艺。本设计选用中串低工艺。转化气从转化炉进入废热锅炉，在废热锅炉中变换气从920℃降到330℃，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间，以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。再通过换热器将转换气的温度降到180℃左右，进入低变炉将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下，再进入甲烷化工段。

工艺流程示意图

5

1饱和热水塔物料及热量横算

1.1饱和塔物料及热量横算 已知条件

温度

进塔半水煤气温度 35℃ 出塔半水煤气温度 113℃ 进塔热水热水温度 116.1℃ 压力

进饱和气体压力 0.883MPa 物料量

进塔干半水煤气气量 3123.99m3（标）=139.465kmol 进塔半水煤气中蒸汽量 G?入塔湿半水煤气组成 组分 % CO2 8 CO 29.29 H2 39.05 N2 21.36 CH4 1.27 O2 H2O 合计 100 0.057339?0.05733??0.894kmol?20.03m3（标）

0.388 0.64 m3(标) 250.00 915.02 Kmol 11.16 40.85 1219.93 667.29 3967.0 10.56 54.46 29.79 1.77 0.47 1999.37 3124.02 0.89 139.465 出塔半水煤气量 同入半水煤气量

1.1.1饱和塔物料衡算

设入塔水量 22000kg=1222.222kmol 出塔湿气量

取饱和塔出口气中蒸汽的饱和度93％,113℃的饱和蒸汽压pH出饱和塔煤气中带出的蒸汽量 G?

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52O?1.6144?10Pa

1.61449?1.6144?139.465?0.93?28.35kmol

出塔湿气体组成 组分 % CO2 6.72 CO 24.47 919.87 41.07 H2 32.52 N2 17.89 CH4 1.07 O2 0.33 12.4 0.55 H2O 16.90 635.30 28.36 合计 100 3759.06 167.82 m3(标) 252.62 Kmol

11.28 1222.5 672.52 40.22 54.58 30.02 1.79 1.1.2饱和塔热量横算 入热

气体带入热Q1

35℃干半水煤气比热容

，蒸汽焓i=612.6kcalkg=2564.8kJkg Cp=29.2kJ（kmol?℃）干半水煤气带入热 Q1'?139.465?29.2?35?142533kJ 蒸汽带入热 Q1\?0.894?18?2564.8?41273kJ

Q1?Q1'?Q1\?142533?41273?183806kJ 水带入热Q2 Q2?116.1?22000=2554200kcal=10693925kJ 合计 10877731kJ 出热

气体带出热Q3 113℃时干气比热容

，蒸汽的焓i=643.9kJkg=2695.9kJkg CP?29.9kJ（kmol?℃）出塔干气带入热

Q'?139.465?29.9?113?471210

1出塔蒸汽带出热

Q1\?28.39?18?2695.9?1377658kJ Q3=Q3'+Q3\?471210?1377658=1848868kJ 塔底排出水带出热Q4 塔底排出水量

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1222.222-28.39+0.960=1194.792kmol=21506kg 设排水热焓为H

Q4?21506?H?HkJ 热损失Q5

Q5?37000kJ 合计 2031758+21506HkJ 热平衡

H=

查表得出塔水温 t=98.6℃

10693925?203175821506?487.78kJ

1.2热水塔物料及热量计算

已知

气体出塔压力 0.824MPa（绝) 温度

气体入口温度 107℃ 气体出口温度 99.6℃ 物料量

入塔干气量 178.18kmol 入塔蒸汽量 25.78kmol

1.2.1 热水塔物料计算 塔内蒸汽冷凝量

设气体出热水塔温度为99.6℃，在99.6℃时的蒸汽压力pH带出蒸汽量 塔内蒸汽冷凝量

25.78?24.49?1.29kmol?23kg

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2O?1.01519?10Pa变换气

51.015158.4?1.101515?178.18?24.49kmol

塔顶进水量

设饱和热水塔的排污由饱和塔底排出，排污量为总循环量的0.5％，则排污量为 1222.222?0.5％=6.111kmol

塔顶进水量 1192.568-6.111=1186.457kmol=21356kg 外界向系统补水 22000?21356?23?621kg 1.2.2热水塔热量横算 入热 气体带入热

在进气温度107℃时，干气比热容

蒸汽的焓i=642.7kcalkg =22691kJ kg干气 Cp=31.7kJ（kmol?℃），带入热

Q1'?178.18?31.7?107=604369kJ

蒸汽带入热

Q1\?25.78?18?2691?1248732kJ Q1?604369?1248732?1853101kJ 塔顶热水带入热Q2

Q2?21356?98.59?2105488kcal=8815257kJ 补充水带入热Q3

设补充水温度61℃，水的焓为60.98kcal=255.31kJkg Q3?584?255.31?149101kJ 合计10817477kJ 出热

气体带出热Q4

干变换气99.6℃时的比热容为31.6kJ（kmol`℃），蒸汽的焓i为639.2kcal kg=2676kJ kg 干气带出热

Q4'?178.18?31.6?99.6?560797kJ 蒸汽带出热 Q4\?25.78?18?2676?1241771kJ

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Q4?Q4'?Q4\?560797?1241771?1802568kJ 热水带出热Q5

设出热水塔热水的焓为H kJ kg Q=22000H kJ 热损失Q6

设 Q6?21550kJ 合计 1802568+22000H

热平衡 1802568+22000H=10817477

即热水塔排水温度为99.3℃。 1.2.3进饱和塔水温核算 调温水加热器供热 663173kJ

水加热器供热 894643kJ

水吸收热 H?663173?89464322000?70.81kJ

H?10817477?180256822000?409.77kJ

t=99.3℃进塔热水的焓

H=409.77+70.81=480.58kJ t=116.1℃

与所设的饱和塔热水进口温度一致。

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2饱和热水塔设备计算

2.1饱和塔计算

已知条件

塔型；填料塔，采用50瓷矩鞍环 半水煤气组成 组分 % CO2 8.090 CO 29.444 H2 39.261 N2 21.533 CH4 1.282 O2 0.390 平均操作压力 0.88MPa 气体出塔温度 113℃ 进水温度 116.1℃ 出水温度 98.6℃

进塔干气流量 3123.99m3（标）/h 干半水煤气平均分子质量 18.95 进塔干气质量流量

3123.9922.4 0.966?181?=0.0070kg（汽）/kg（干气） 进塔气体湿含量

139.46518.95?18.95=2643kgh

出塔气体湿含量进塔水流量 91674kg/h

28.35?18139.465?118.95=0.193kg（汽）/kg（干气）

出口热水流量 21466?4.167=89440kg/h

2.1.1饱和塔塔径计算

由于塔出口温度最高，湿含量最大，计算塔径时以塔顶条件进行计算。要求填料阻力<0.147kPa。

空塔速度计算 对于拉西环填料计算比较合适，但对矩鞍环由于目前对其特性研究尚不完全，固用第八章中（第一版）通用关联图8-2-27计算饱和塔的泛点速度。 图的横坐标为

?L?G（?G?L）2

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2 图的纵坐标为

?0???Gg（?）?0.2L

L式中 ?L——液体流量，kg/h； ?G——气体流量，kg/h； ?L——液体密度，kg/m3； ?G——气体密度，kg/m3； ?0——空塔速度，m/s;

g ——重力加速度，9.81m/s2;； ?L——液体粘度 ，mPa.s ?——填料因子，m-1

?——液体校正系数，即水的重度与液体重度之比，

各数据如下；

?L=91674kg/h ?G=2643+28.35?18=3153kg/h

?L?946.3kg/m3 操作状态下出塔气体体积

VG?(3123.99?28.35?22.4)?273?113273?18.95?594m3

?18G=2643+28.35?2329=1.35kg/m3

水的粘度

水在116.1℃，?L?0.2558mPa?s 5c瓷矩鞍环?=216 ?=1000946.3=1.057

则

?L?G121.3512?（G?）?91674L3153?（946.3）=1.10

由图查得?P=15mmH和H2O/mm(填料)时

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=?水?L。?

2?0??g2（?G?L）?0.2?0.01

?0??g（?G?L）?0.2L??0?216?1.0579.812(1.35946.3)?0.25580.1?0.03?02

0.03?02?0.01

?0?0.577m/s

塔径计算 V?

D=4V=4?0.1653.14?0.577=0.60m

5943600=0.165m/s

3??0为了与热水塔直径一致取塔径为1.8 （见热水塔计算）。

2.1.2理论塔板数计算

（a）平衡曲线计算见《小合成氨厂工艺技术与设计手册(上册)》第760页

（b）操作线计算

进塔气体的焓 35℃时干半水煤气比热容为0.370kcal/（kg.℃）

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35℃时蒸汽压及蒸汽的焓分别为pHI1=pH2Op-pH2O?18M?0.93?i+CPi=2O?0.0573?10Pa,i=612.6kcal/kg ?1818.95?0.93?612.6+0.37?3550.057338.95-0.5733

=16.44kcal/kg（干气）=68.33kJ/kg出塔水温t2=98.6℃

出塔气体的焓，气体在113℃的蒸汽分压及蒸汽的焓分别为 pH2O?1.614?10Pa, i=543.9kcal/kg。干半水煤气在113℃时的比热容CP?0.378kcal/kg（干气）

I2=PH2OP?PH2O?18M?0.93?i+0.378?113=5

167.86kcal/kg（干气）=702.8kJ/kg(干气)进水温度

t1=116.1℃

以I,t2为一点（A）I2,t1为另一点（B），联接两点的直线即为饱和塔操作线。

2.1.3实际塔板数计算

利用平衡曲线表中数据。在i-t图中画出平衡线和操作线，并在平衡线及操作线间作梯级，由此得饱和塔的理论塔板数为3块。 2.1.4 填料塔高度计算

（a）理论板当量一种新型填料 由于踏板当量高度还未见到合适的计算公式， 根据资料推荐意见，矩鞍形填料的高度可取相应条件下拉西环与鲍尔环高度的中值。

?50鲍尔环推荐的等板高度（H，E,T,P）为700-750mm，考虑到饱和塔直径较大，气

液分布不如小塔或实验条件，取等板高度1.5m。 （b）填料总高度 H?1.5?3=4.5m 实取5m

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2.2热水塔计算

已知条件

塔型；填料塔50瓷矩鞍环 低变气组成 组分 ％ CO2 28.41 CO 1.2 H2 52.39 N2 16.99 CH4 1.01 平均操作压力 0.824MPa 入塔气体温度 107℃ 出塔气体温度 99.6℃ 入塔温度 98.6℃ 出塔水温 99.3℃

入塔干气量 178.18×4.167=742.48kmol=13884kg/h 入塔蒸汽量 25.78×4.167×18=1934kg/h 变换气平均分子量 18.7 进口气中湿含量 出口气中湿含量

25.78?18139.46524.49?18139.465??118.70118.70=0.1780kg（汽）/kg（气） =0.1690kg（汽）/kg（气）

进水流量 21356×4.167=89240kg/h 出水流量 （21356 +23）×4.167=89086kg/h

2.2.1热水塔径计算

因热水进口温度最高，湿含量最大，塔径按进口条件计算。 设塔内填料阻力〈0.147Pa 空塔速度计算 由

?L?G?G?L()12与?0??g2?L

关联式计算塔径，上式各符号同饱和塔计算式中含义。 各有关数据如下；

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?1=89240kg/h ?G=13884+1934=15818kg/h

?L?959kg/m3操作状态下入口气量

V=（178.18+25.78）?22.4?4.167? ?0=158183155=5.01kg/m3273+107273?18.4=3155m/h3

水的粘度

水在99℃时 ?L?0.289cP=0.289?10-3Pa?s 50瓷矩鞍环 ??216 水的 ??则

由文献【1】图11-1-4查得?P=15mmH2O/mm时得

21000950?1.046

?L?G?G?L()12892405.0112?()?0.41 15818965?0??g2（?G?L）?0.2=0.013

?0??g（?G?L）?0.2L??0?216?1.0469.8120.2890.2?0.094?02

0.094?0=0.0132即

?0=0.0130.094

=0.372m/s即空塔速率为0.372m/s 气体流量 V? D?4V?31553600?0.876m/s3

4?0.8763.14?0.372??0?1.73m

实际取塔径1.8m

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2.2.2理论塔板数

平衡线计算见《小合成氨厂工艺技术与设计手册(上册)》第763页

2.2.3操作线计算 进塔气体的焓

107℃时干气的热容Cp=0.405kcal/（kmol?℃）

107℃蒸汽的焓及蒸汽压为i=641.7kcal/kg PHO=1.320?105Pa

2

I1=1.328.4-1.32?1818.7?641.7+0.405?107

=158.496kcal/kg=663.59kJ/kg排水温度 t2=99.3℃ 出塔气体的焓

变换气在99.6℃时的比热容Cp=0.405kcal/（kmol?℃）

蒸汽在99.6℃时的焓及饱和蒸汽压分别为i=638.9kcal/kg PHO=1.015?105Pa

2I2=1.0158.4-1.015?1818.7?638.9+0.405?9.6=83.71kcal/kg=350.47kJ/kg

进水温度

t1=98.6℃

以I1，t2为一点（c），以I1，t2为另一点（D），连接这两点的直线即为热水塔的操作线，

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并作梯级得理论塔板1块

由热量及理论塔板数计算表明，对于中变串低变工艺流程，因蒸汽比很低，饱和热水塔的热水循环量不宜过大，过大不利于热水塔回收变换气的热量，适宜循环水量可按（4.6.1.4）中的范围进行计算。

（热水塔填料高度计算略）

热水塔的阻力计算同饱和塔（此处略）。

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参考资料

[1] 姜圣阶，《合成氨工学》[M]；北京和平里，石油化学工业出版社1976年3月第一版 [2] 周大军,揭嘉《化工工艺制图》[M] ；北京，化工工学出版社，2005年8月第一版 [3] 廖传华，顾国亮等.《工业化学过程与计算》[M].北京:化学工业出版社.2005-6 [4]杨春开.《小合成氨厂生产操作问答》[M].北京: 化学工业出版社. 1998 [5] 雷仲存.《工业脱硫技术》[M].北京:化学工业出版社.2001 [6] 魏兆灿,李宽宏.《塔设备设计》[M].北京: 化学工业出版社.1988

[7] 梅安华主编. 《小合成氨厂工艺技术与设计手册》（下册）[M].北京:化学工业出版社.1995 [8] 国家医药管理局上海医药设计院.《化工工艺设计手册》[M].上海: 化学工业出版社.1996 [9] 杜克生，张庆海等.《化工生产综合实习》[M].北京: 化学工业出版社.2007 [10] 王树仁.《合成氨生产工》[M].北京:化学工业出版社. 2005-02 [11] 符德学.《无机化工工艺学》[M].西安: 西安交通大学出版社. 2005-08 [12] 陈五平.《无机化工工艺学》第三版上下册[M].北京:化学工业出版社.2001 [13] 魏兆灿,李宽宏.《塔设备设计》[M].上海:上海科学技术出版社.1988,11 [14] 贾绍义.柴诚敬《化工原理课程设计》[M].天津：天津大学出版社.2002 [15] 谭天恩.麦本熙.丁惠华《化工原理》[M].北京：化学工业出版社.1998

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总 结

通过这次设计，我了解了热水塔的用途及工作原理，熟悉了热水塔的设计步骤，掌握了二维CAD制图软件的应用，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固。

同时这次毕业设计中，脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。

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致 谢

在此更要感谢我的指导老师邓兴华老师，感谢老师的细心指导，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

再次向在我论文工作中给予关心和帮助的人表示万分感谢！再次感谢我的指导老师邓新华老师！

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致 谢

在此更要感谢我的指导老师邓兴华老师，感谢老师的细心指导，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

再次向在我论文工作中给予关心和帮助的人表示万分感谢！再次感谢我的指导老师邓新华老师！

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