Модернізація агрегату синтезу аміака з розробкою колони синтезу, котла – утилізатора та виносного теплообміника - Дипломная работа

Перелік скорочень, умовних позначень та термінів Умовні позначення: h - висота, м; С - додаток до розрахункової товщини, м; D, d - діаметри, м; N- потужність, Вт; G - масова витрата, кг/с; V- об’ємна витрата, м3/с; W-швидкість, м2/с; P, p - тиск, Па; T - температура, К; F- поверхня теплообміну, м2; r - термічний опір, м2•К/Вт; с - питома теплоємність, Дж/(кг•К); z - масова доля, %; M- молярна маса, г/моль; ? ? коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2·K); ? - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м•К); К - коефіцієнт теплопередачі, Вт/м2·K. Критерії: Nu - критерій Нуссельта; Re - критерій Рейнольдса; Pr - критерій Прандтля. Вступ Аміак вперше був отриманий англійським хіміком Джозефом Прістлі. в 1774 році. Він назвав відкритий їм газ «лужним повітрям», хімічного складу якого визначити не зміг. Це зробив 11 років потому, в 1785 році, французький хімік Клод Луї Бертолле, відомий ще й як винахідник «бертолетової солі» - складу, який знайшов широке застосування в піротехніці і медицині Аміак - один з найбільш поширених промислових хімікатів, що використовується в промисловості; газ який не має кольору, але володіє різким специфічним запахом. Щільність аміаку майже в два рази менше, ніж щільність повітря. Так, при температурі 0 °C її значення досягає близько 1200 об`ємів в обсязі води, при 20 °C - 700 обсягів. Метою даного проекту є модернізація агрегату синтезу аміаку з розробкою колони синтезу, котла - утилізатора та виносного теплообмінника. Для досягнення цієї мети поставлено такі задачі: - удосконалити конструкцію розроблювального апарата(виносного теплообмінника) таким чином, щоб компенсувати температурні напруження в трубах і цим самим збільшити період між двома капітальними ремонтами; - визначити економічний ефект від проведеної модернізації та виробництва апарата в цілому; - виконати технологічні й конструктивні розрахунки, а також розрахунки на міцність, що підтверджують працездатність і надійність розроблюваних конструкцій, їхню відповідність вимогам техніки безпеки; - розробити рекомендації з виготовлення, монтажу та експлуатації розроблюваних апаратів; - розробити технологію свердління кришкивиносного теплообмінника[1]. 1. Призначення та область використання установки виробництва аміаку деталь котел аміак утилізатор деталь котел аміак утилізатор 1.1 Опис технологічного процесу Промислові схеми синтезу аміаку, не дивлячись на відмінне технологічне і апаратурне оформлення, базується на спільних принципах, заснованих на кінетичних і термодинамічних особливостях процесу. Свіжий циркуляційний газ, стиснутий у відцентровому компресорі до тиску 30 МПа, після охолодження в повітряному холодильнику поступає в нижню частину конденсаційної колони 8 для очищення від залишкових Н2O і СО2.Очищення здійснюють барботажем газу через шар рідкого аміаку, що сконденсувався. Пройшовши шар рідкого аміаку, свіжа азотоводнева суміш насичується аміаком до 3-5% і змішується з циркуляційним газом. З виносного теплообмінника 4 циркуляційний газ поступає в колону синтезу 2, проходячи знизу до верху по кільцевій щілині між корпусом колони і кожухом насадки, а потім в міжтрубний простір внутрішнього теплообмінника, розміщеного в верхній частині корпусу колони 2. У теплообміннику циркуляційний газ нагрівається до 400-440°С за рахунок тепла газу, що виходить з каталізаторної коробки, послідовно проходить чотири шари каталізатора, на якому здійснюється синтез аміаку. Далі газова суміш проходить трубний простір котла - утилізатора 3, охолоджуючись до температури 215°С. Далі газ подають у випарник рідкого аміаку 9, де, проходячи по U-подібним трубкам високого тиску, охолоджується за рахунок кипіння аміаку при температурі мінус 10°С у міжтрубному просторі випарника. Вони використовуються як для підігріву так і для охолодження робочих рідин та газів, що беруть участь в хімічних та інших видах процесів. Отже, в якості виносного теплообмінника для здійснення процесу теплообміну між двома протитоками циркуляційного газу застосовуємо вертикальний кожухотрубний теплообмінник. З цієї точки зору впливають такі фактори як: конфігурація поверхні теплообміну, спосіб кріплення труб в трубних решітках, наявність встановленого компенсатора, який знаходиться у виносному стакані, ущільнень. Таблиця 2.1 - Технічна характеристика котла - утилізатора Параметри Розмірність Значення Тиск в трубному просторі МПа 30 Тиск в міжтрубному просторі МПа 8,6 Температура циркуляційного газу на вході в труби 0К 592 Температура циркуляційного газу на виході з труб 0К 448 Температура води на вході в міжтрубний простір 0К 383 Температура води на виході з міжтрубного простору 0К 573 Масова витрата циркуляційного газу у трубному просторі кг/с 89,716 Поверня теплообміну м2 1722 Обєм трубного простору м3 4,4 Обєм міжтрубного простору м3 15,51 Масова витрата води у міжтрубному просторі кг/с 38,335 Кількість труб шт 2263 Діаметр апарата мм 1798 Діаметр цетральної труби мм 426 Маса апарата кг 69300 Трубний простір - циркуляційний газ: агресивне, токсичне, вибухо та пожежонебезпечне середовищ