化学化工学院 课程设计说明书
4.1.16 冷交换器物料计算： ......................................................................................... 38 4.1.17液氨贮槽物料计算: ............................................................................................. 40 4.2 热量衡算： ............................................................................................................................. 42 4.2.1冷交换器热量计算： ............................................................................................ 42 4.2.2氨冷凝器热量衡算： ............................................................................................ 46 4.2.3循环机热量计算： ................................................................................................ 48 4.2.4合成塔热量衡算： ................................................................................................ 50 4.2.5废热锅炉热量计算： ............................................................................................ 53 4.2.6热交换器热量计算： ............................................................................................ 54 4.2.7水冷器热量衡算： ................................................................................................ 56 4.2.8氨分离器热量核算： ............................................................................................ 57
第五章 设备选型及设计计算 ..................................................................................................... 59
5.1 合成塔催化剂层设计： ......................................................................................................... 59 5.2 废热锅炉设备工艺计算： ..................................................................................................... 61
5.2.1计算条件 ................................................................................................................ 61
5.2.2管内给热系数的计算 ............................................................................................ 61 5.2.3管外给热系数 ........................................................................................................ 65 5.2.4传热总系数K ........................................................................................................ 65 5.2.5传热温差 ................................................................................................................ 65 5.2.6传热面积 ................................................................................................................ 66 5.3 热交换器设备工艺计算: ........................................................................................................ 66
5.3.1计算条件 ................................................................................................................ 66 5.3.2管内给热系数的计算 ............................................................................................ 67 5.3.3管外给热系数 ........................................................................................................ 69 5.3.4总传热系数 ............................................................................................................ 73 5.3.5传热面积核算 ........................................................................................................ 73 5.4 水冷器设备工艺计算： ......................................................................................................... 74
5.4.1计算条件 ................................................................................................................ 74 5.4.2管内给热系数的计算 ............................................................................................ 74 5.4.3管外给热系数 ........................................................................................................ 76 5.4.4传热温差 ................................................................................................................ 77 5.4.5传热总系数K ........................................................................................................ 77 5.5 氨冷器设备工艺计算: ............................................................................................................ 78 5.5.1计算条件 ................................................................................................................ 78
5.5.2管内给热系数的计算 ............................................................................................ 78 5.5.4传热总系数K ........................................................................................................ 82 5.5.5传热温差 ................................................................................................................ 82 5.5.6传热面积 ................................................................................................................ 82
第六章 车间布置 ......................................................................................................................... 84 第七章“三废”治理及综合利用 ................................................................................................. 85
7.1 “三废”的产生及污染 ........................................................................................................... 85
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7.1.1废气污染危害 ........................................................................................................ 86 7.1.2废水污染危害 ........................................................................................................ 87 7.1.3工业废渣对环境的污染 ........................................................................................ 87 7.2 “三废”治理原则 ................................................................................................................... 88 结束语 ............................................................................................................................................ 88 参考文献：..................................................................................................................................... 89 附录： ............................................................................................................................................ 90
物料衡算汇总表 .............................................................................................................................. 90 热量计算点图 .................................................................................................................................. 94
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符号说明
V-----气体摩尔质量，kmol d-----管道直径，m
L-----液体摩尔质量,kmol G-----气液百分数
g-----重力加速度，m/s2 Nm3-----标准立方米
K-----平衡常数 F-----进料量 l-----长度，m Cp-----比热容
m-----质量，kg Q-----热量，KJ
M-----摩尔质量，kg/kmol I-----冷凝热，KJ/kg
n-----数量 K-----绝热指数
p-----压强，MPa N-----压缩功，KW
r-----半径，m Z-----压缩系数
HR-----反应焓，KJ/kmol T-----温度，℃
F-----传热面积，m2 V-----体积，m3
?-----传热系数，KJ/?m2?h? ?-----直径，m
y-----气相摩尔分数 W-----重量流量，kg/h
?-----导热系数，KJ/(m?h?℃) λ-----摩擦系数
?-----粘度，Pa?s或cP Pr-----普兰特常数 ρ-----密度，kg/m3 Q-----热负荷，KJ/h R-----污垢系数，(m2?h?℃)/KJ x-----液相摩尔分数
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第一章 总 论
1.1 概述
氨是一种重要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78％（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业。
在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨主要用来制作化肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙-6、丙烯腈等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸，是各种炸药和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各种炸药。硝酸铵既是优良的化肥，又是安全炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。
氨在其他工业中的应用也非常广泛。在石油炼制、橡胶工业、冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。例如制冷、空调、食品冷藏系统大多数都是用氨作为制冷剂。
1.2 氨的性质
1.2.1 氨的物理性质
氨在常温下是无色气体，比空气轻，具有刺激性臭味，能刺激人体感官粘膜
空气中，含氨大于0.01％时即会引起人体慢性中毒。
气态氨易溶于水，成为氨水，氨水呈弱碱性。氨在水中的溶解度随压力增大
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而降低。氨水在溶解时放出大量热。氨水中的氨极易挥发。
常压下气态氨需冷却到-33.35 ℃（沸点）才能液化。而在常温下需加压到0.87MPa时才能液化。液氨为无色液体，气化时吸收大量的热。 1.2.2 氨的化学性质
⑴ 氨与氧在催化剂作用下生成氮的氧化物,并能进一步与水作用,制得硝酸：
4NH3?5O2?4NO?6H2O
⑵ 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应：
2NH3?H2SO4?（NH4)2SO4
NH3?HNO3? NH4NO3 NH3?HCl? NH4Cl NH3?H3PO4?NH4H2PO4
⑶ 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素：
2NH3?CO2?NH4COONH2
NH4COONH2?CO?NH2?2?H2O
⑷ 氨与二氧化碳和水作用,生成碳酸氢铵：
NH3?CO2?H2O?NH4HCO3
(5) 氨可与盐生成各种络合物，如CuCl2?6NH3、CuSO4?4NH3。
氨与空气(或氧)的混合气,在一定浓度范围内能发生剧烈的氧化作用而爆 炸。在常温常压下，氨与空气爆炸极限为15%～28%(NH3)。100℃，0.1 MPa下，爆炸极限为14.5%～29.5%(NH3)。
1.3 原料气来源
原料气主要有两部分：氮气、氢气。氮气主要是从空气中提取。氢气是从半水煤气中提取的，以煤为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、
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