生产管理--年产五万吨合成氨变换工段工艺初步 精品
合成氨变换工段工艺设计
合成氨变换工段工艺设计合成氨是化工工业中的重要原料，广泛应用于制取尿素、硝化铵等农业肥料，以及制取氨水、氨盐、化肥、染料等合成工艺中。
合成氨变换工段是合成氨生产中的关键环节，其工艺设计对合成氨的产量、质量以及能耗等方面有重要影响。
一、工艺概述合成氨的变换反应器是将反应物氮气和氢气通过催化剂的作用，在一定条件下发生气相合成反应，生成合成氨。
反应器通常采用固定床催化剂反应器，催化剂的选择和催化剂床层的设计都是工艺设计的重要环节。
冷凝器主要用于对反应产生的氨气进行冷凝回收，常见的冷凝器有直接冷凝器和间接冷凝器两种形式，工艺设计中需要根据具体情况选择适用的冷凝方式。
循环气压缩机主要用于将反应器中未反应的气体通入新的循环，提高气相合成反应的转化率。
在工艺设计中，需要考虑压缩机的压比、功率消耗等参数。
氨气的分离净化装置主要用于对合成氨中的杂质进行去除，提高合成氨的纯度。
常用的分离净化装置有吸附装置、膜分离装置等，具体的工艺设计需要根据生产要求和经济效益进行选择。
二、工艺参数及控制合成氨的变换工段的工艺参数主要包括反应温度、反应压力、空速、催化剂活性等。
这些参数直接影响合成氨的产率、选择性和能耗。
反应温度是合成氨变换反应的重要参数，通过控制温度可以提高反应速率和转化率，但过高的温度会导致副反应的发生，降低合成氨的选择性。
反应压力主要用于控制氨气的产量和能耗，压力越高产氨越多，但能耗也相应增加。
空速是指单位时间内通过反应器的氮气体积，可以通过调控压力和进气量来实现，过小的空速会影响反应的效果，而过大会导致固定床催化剂的床层冲击和阻力升高，影响反应转化率。
催化剂活性主要指催化剂的活性组分含量和粒径等参数，这些参数会影响合成氨的选择性和催化剂的寿命。
在工艺设计中，需要考虑这些参数的合理选择和控制，以提高合成氨的产量和质量，并降低能耗。
三、能耗控制合成氨的变换工段是合成氨生产中的能耗重点。
能耗的控制主要体现在压力控制、催化剂选择和热交换等方面。
合成氨变换脱碳甲烷化
603.3 33.8 180.9
3.3
3
1066
507
1573.6
低温变换炉物料衡算
低变出口CO含量为0.5%
设低变炉出口干气总量为VKmol/h 则在低变炉中变换掉的CO为： n’co=33.8－0.005V V=入口干气量+低变炉中变换掉的CO 解得 V=538.7Kmol/h n’co=31.1Kmol/h
所以 A总=N+ nN 2 + n Ar + nH 2 + nCO + nCH + X H O =∑V进－A4+0.0847A总
4
2
A1 为低变炉出口气体中水气量
A3 为吸收塔塔顶出口气体中水气量
吸收塔出口气体组成计算 吸收塔塔顶出口气要求CO2含量为0.1% 。 设随CO2气体被吸收损失的N2、 H2气量为被吸收CO2量 的0.91%，在脱碳过程中CO2被吸收量为xKmol/h 。
谢
谢
低温甲醇洗涤法
物理吸收法 利用不同气体在溶液中溶解度的 差异来除去二氧化碳的
脱 碳 方 法
物理-化学吸 收法 化学吸收法
DEA改良热钾碱法
利用二氧化碳是酸性气体，可与 碱性化合物反应的特性来将其吸收
综合了两种吸收的方法，将其合 在一套生产工艺中。
甲烷化
经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO 和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害。因此，原料气在 进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过 程。 甲烷化法是在催化剂存在下使少量 CO、CO2与H2反应生CH4和H2O的一种净 化工艺。 甲烷化反应如下： CO+3H2→CH4+H2O △H=－206.20298kJ/mol CO2+4H2→CH4+2H2O △H=－165.10298kJ/mol
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
合成氨是一种重要的化工原料，在农业、化肥、医药等领域具有广泛的应用。
年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要确保生产效率、降低成本以及保护环境。
下面将介绍一种可能的工艺设计方案，并详细阐述其主要步骤和操作过程。
工艺设计方案：1.原料准备：气体原料包括天然气、汽油等，液体原料包括氨水和硫酸。
将气体原料经过净化处理后，与液体原料进行混合。
2. 混合反应器：将混合后的原料进入混合反应器中，进行催化合成反应。
合成反应通常使用铁催化剂，反应温度为400-500°C，压力为150-300 atm。
3.分离系统：将反应后的混合气体通过冷却器进行冷却，使其达到饱和水蒸气状态。
然后进入分离塔，其中含有若干个塔盘。
通过升温和降压，氨气和氮气分别从塔顶和塔底分离出来。
氨气经过冷凝器冷却，得到液氨产品。
4.副产物处理：除了氨气外，还产生了一些副产物，如甲烷、一氧化碳等。
这些副产物需要进行处理，如通过燃烧转化为二氧化碳和水蒸气。
5.产品处理：将液氨产品进行浓缩、脱水等处理，使其达到合适的纯度要求。
然后进行分装、储存和运输等环节。
在整个合成氨合成工段中，合成反应器是最关键的部分。
其选用合适的催化剂和反应条件，可以保证高效率、高选择性的合成氨反应。
此外，适当的分离系统和副产物处理方式，能够最大程度地回收和利用原料，减少能源消耗和环境污染。
整个工艺设计需要考虑到安全性、经济性和环境性能。
安全性方面，需要对原料进行严格的净化处理，防止催化剂中毒等问题的发生。
经济性方面，需要优化工艺参数，提高产量和纯度，降低生产成本。
环境性能方面，需要优化副产物处理方式，减少废气和废水的排放。
综上所述，年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要综合考虑多个因素，包括催化剂的选择、反应条件的控制、分离系统的设计、副产物处理方式等。
只有通过优化这些环节，才能够实现高效、稳定、安全和环保的合成氨生产。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、工业和化工等领域。
合成氨的生产工艺是通过氮气和氢气在一定条件下进行催化反应，生成氨气。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计是一个重要的工程项目，本文将对该工艺设计进行详细介绍。
二、工艺流程1. 原料准备：氮气和氢气是合成氨的原料，氮气主要来自空分设备，氢气主要来自蒸汽重整装置。
2. 原料净化：氮气和氢气需要经过净化处理，去除其中的杂质和水分，以保证反应的纯净度和稳定性。
3. 反应器设计：合成氨的反应器通常采用催化剂床层式反应器，反应器的设计需要考虑到反应条件、催化剂选择、温度控制等因素。
4. 热力平衡：合成氨反应是一个放热反应，需要进行热力平衡设计，确保反应器内温度的稳定。
5. 催化剂再生：催化剂在反应过程中会逐渐失活，需要定期进行再生或更换。
6. 产品分离：合成氨反应生成的氨气需要进行分离和纯化，得到符合工业标准的合成氨产品。
三、工艺参数1. 反应温度：合成氨反应的适宜温度为350-550摄氏度，需要根据具体情况进行调整。
2. 反应压力：合成氨反应的适宜压力为100-300大气压，过高或过低的压力都会影响反应效果。
3. 催化剂选择：常用的合成氨催化剂有铁、铑、铑铁等，需要根据反应条件选择合适的催化剂。
4. 原料比例：氮气和氢气的摩尔比需要按照化学方程式进行精确控制，以确保反应的充分进行。
5. 反应速率：合成氨反应的速率受到温度、压力、催化剂活性等因素的影响，需要进行精确的反应速率控制。
四、设备选型1. 反应器：合成氨反应器需要选择耐高温、耐压的材料制造，通常采用碳钢或不锈钢材料。
2. 分离设备：合成氨反应产生的氨气需要通过冷凝、吸附等方式进行分离，需要选择适宜的分离设备。
3. 催化剂再生装置：催化剂再生装置需要具备高温高压下的操作能力，通常采用氢气再生或空气再生的方式。
4. 热力平衡设备：合成氨反应需要进行热力平衡设计，需要选择适宜的换热器、冷凝器等设备。
年产五万吨合成氨变换工段工艺初步
四川理工学院毕业设计题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计系别化学工程与工艺专业无机化工 011指导教师教研室主任学生姓名接受任务日期 2005年2月28日完成任务日期 2005年6月1日四川理工学院毕业论文任务书材料与化学工程系无机化工专业2001-1 班题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计起迄日期2005年 2 月25 日起至2005 年 6 月1日止指导老师教研室主任〔签名〕系主任〔签名〕学生姓名批准日期2005 年 2 月25 日接受任务日期2005 年 2 月25 日完成任务日期2005 年 6 月 1 日一、设计〔论文〕的要求：1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。
2、计算局部包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备计算。
3、图纸带控制点的工艺流程图。
二、设计〔论文〕的原始数据：天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。
年工作日330天,其余数据自定。
三、参考资料及说明：?化工工艺设计手册?〔上、下册〕、?氮肥工艺设计手册?理化数据、?化肥企业产品能平衡?、?小合成氨厂工艺技术与设计手册?、?合成氨工学?、?化工制图?、?化工原理?、?化学工程?、?化工设计概论?以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录1.前言 (4)2.工艺原理 (4)3.工艺条件 (5)4.工艺流程确实定 (6)5.主要设备的选择说明 (6)6.对本设计的综述 (6)第一章变换工段物料及热量衡算 (8)第一节中变物料及热量衡算 (8)1．确定转化气组成 (8)2．水汽比确实定 (8)3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9)4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11)5．中变炉催化剂平衡曲线 (13)6. 最正确温度曲线的计算 (14)7．操作线计算 (15)8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16)9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17)衡算 (18)第二节低变炉的物料与热量计算 (19)第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24)第四节主换热器的物料与热量的计算 (26)第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28)第二章设备的计算 (29)1. 低温变换炉计算 (29)2. 中变废热锅炉 (31)参考文献及致谢 (35)前言氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
产五万吨合成氨合成工段工艺设计方案
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (3333)1.1 氨的基本用途 (3333)1.2 合成氨技术的发展趋势 (4444)1.3 合成氨常见工艺方法 (4444)1.3.1 高压法 (5555)<1.3.2 中压法 (5555)1.3.3 低压法 (5555)1.4 设计条件 (5555)1.5 物料流程示意图 (6666)2 物料衡算 (7777)2.1 合成塔入口气组成 (7777)2.2 合成塔出口气组成 (7777)2.3 合成率计算 (8888)《2.4 氨分离器出口气液组成计算 (8888)2.5 冷交换器分离出的液体组成 (11111111)2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (12121212)2.7 液氨贮槽物料衡算 (14141414)2.8 合成循环回路总物料衡算 (15151515)3 能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.1 合成塔能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.2废热锅炉能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
~3.3 热交换器能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.4 软水预热器能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.6 循环压缩机能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
3.8 合成全系统能量平衡汇总错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
4 设备选型及管道计算错误!未定义书签。
【精编完整版】年产5200吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计_毕业论文任务书
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)化工原理课程设计任务书设计题目：年产5200 吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计一．基础数据1.半水煤气的组成（体积%）H 36.69 CH 0.31CO 32.07 HS 0.2CO 8.75 O 0.2N 21.782.水蒸汽饱和半水煤气时的体积比为 1.2:1 ;饱和水蒸汽后湿混合煤气压力为7.45 kgfcm (绝)；温度为144 ℃；要求经热交换器后温度达到378 ℃后再进变换炉。
3.变换率为90 % ;变换炉出口变换气温度为480 ℃，压力为7.15 kgfcm (绝)。
4.每年估计大修、中修两个月，年工作日按300天计。
5.每生产一吨氨需耗半水煤气量为3562 标准米。
6.要求热交换器管、壳程的压力降均小于250 毫米水柱。
二．设计范围1.列管热交换器传热面积；2.列管热交换器结构及工艺尺寸；3.绘制列管热交换器结构图。
目录摘要 (5)一．概述 (6)二．热交换器设计的主要因素 (6)三．列管式换热器的设计步骤 (7)3.1.物料衡算 (7)3.1.1.净化前组成 (7)3.1.2.净化后组成 (8)3.1.3.混合后组成 (9)3.1.4.变换气组成 (10)3.2.热量衡算及物性数据 (11)3.2.1.冷、热流体的摩尔流率 (11)3.2.2.冷流体的物性参数 (11)3.2.2.1.冷流体的定性温度 (11)3.2.2.2.冷流体的比热 (12)3.2.2.2.1.常压下，各气体在时的比热 (12)3.2.2.2.2.常压下，混合气在时的比热 (12)3.2.2.2.3.比热的校正 (12)3.2.2.3.冷流体的黏度 (13)3.2.2.3.1.各气体在时的黏度 (13)3.2.2.3.2.混合气在时的黏度 (13)3.2.2.4.冷流体的导热系数………………………………………………………143.2.2.4.1.各气体在时的导热系数 (14)3.2.2.4.2.混合气在时的导热系数 (14)3.2.2.5.冷流体的密度……………………………………………………………143.2.2.5.1.各气体在时的密度 (14)3.2.2.5.2.混合气在时的密度 (15)3.2.2.6.冷流体的吸热量…………………………………………………………153.2.2.7.冷流体的平均摩尔质量…………………………………………………153.2.3.热流体的物性参数…………………………………………………………153.2.3.1.热流体的出口温度T2 (15)3.2.3.2.热流体的定性温度………………………………………………………163.2.3.3.热流体的比热……………………………………………………………163.2.3.4.热流体的黏度……………………………………………………………163.2.3.4.1.各气体在时的黏度 (17)3.2.3.4.2.变换气在时的黏度 (17)3.2.3.5.热流体的导热系数………………………………………………………173.2.3.5.1.各气体在时的导热系数 (17)3.2.3.5.2.变换气在时的导热系数 (17)3.2.3.6.热流体的密度 (18)3.2.3.6.1.各气体在时的密度 (18)3.2.3.6.2.变换气在时的密度 (18)3.2.3.7.热流体的平均摩尔质量 (18)3.2.4.冷、热流体的物性表 (18)3.3.冷热流体的流程安排 (19)3.4.管、壳程数的确定 (19)3.5.传热平均温差的计算 (19)3.6.估算传热面积 (20)3.7.结构设计 (20)3.7.1.管程设计—确定换热管规格、管数和布管 (20)3.7.2.设置拉杆 (21)3.7.3.确定管程流速 (22)3.7.4.壳程设计 (22)3.7.4.1.确定换热管长度 (22)3.7.4.2.管外传热面积的设计值A。
年产50万吨合成氨中变换工段设计
年产50万吨合成氨中变换工段设计[摘要]变换工段工序是合成氨生产中关键的一步，其主要任务是将变换气中的一氧化碳转化为二氧化碳。
本设计采用中串低工艺流程。
首先对工艺流程和工艺条件进行简单说明；然后对全厂布置进行合理的设计；其次根据工艺参数对中变炉、低变炉、饱和热水塔等主要设备进行物料、热量衡算；再次对变换炉、换热器进行总体结构设计和计算；最后对变换炉进行强度校核。
[关键词]中串低；变换工段；工艺设计The Design of the Conversion Section in the Production of the 500 thousand tons Synthetic Ammoniaper yearAbstract: Conversion section is the key step in the Synthetic Ammonia production, the main task is transform the Carbon monoxide in the feed gas to Carbon dioxide.This design uses high and low temperature shift in series process. Firstly, simply introduce the process and process conditions; Secondly carries on the reasonable design to the entire factory arrangement; Next according to the parameters to calculate the material and heat balance of the main equipment such as medium temperature shift furnace、low temperature shift furnace and Saturated hot water tower.; Then design and calculate overall structure of the shift converter and the heat interchanger. Finally carries on the intensity examination to the shift converter.Key word: low and medium temperature; conversion section; process design;目录1 概述 (1)1.1目的和意义 (1)1.2合成氨工业概况 (1)1.2.1基本现状 (1)1.2.2发展趋势 (1)1.2.3应用领域 (2)1.3变换工艺介绍 (2)1.3.1中温变换工艺 (2)1.3.2中串低变换工艺 (2)1.3.3中低低变换工艺 (2)1.3.4全低变工艺 (3)1.4变换工艺的选择 (3)1.4.1工艺原理 (3)1.4.2工艺条件 (3)1.4.3工艺流程确定 (3)1.4.4主要设备的选择说明 (4)2 全厂总平面布置 (5)2.1全场总平面布置的任务 (5)2.2全厂总平面设计的原则 (5)2.3全厂总平面布置内容 (5)2.4全厂平面布置的特点 (5)2.5全厂人员编制 (6)3 物料与热量衡算 (8)3.1已知条件及计算基准 (8)3.2中温变换炉物料及热量计算 (8)3.2.1水汽比的确定 (8)3.2.2中变炉CO的实际变换率的求取 (8)3.2.3中变炉催化剂平衡曲线 (9)3.2.4最佳温度曲线的计算 (10)3.2.5中变炉一段催化床层的物料及热量衡算 (10)3.2.6中变炉二段催化床层的物料及热量衡算 (13)3.3低变炉的物料及热量衡算 (17)3.3.1低变炉物料计算 (17)3.3.2出低变炉的变换气温度估算： (19)3.3.3低变炉的热量衡算 (19)3.3.4低变催化剂操作线计算 (20)3.3.5低变炉催化剂平衡曲线 (20)3.4饱和热水塔的热量和物料衡算 (22)3.4.1 饱和塔的热量和物料衡算 (22)3.4.2热水塔的物料和热量衡算 (24)3.5主换热器的物料与热量的衡算 (25)3.6中间变换器物料与热量衡算 (26)4 设备的计算 (28)4.1中温变换炉的计算 (28)4.1.1触媒用量的计算 (28)4.1.2第一段床层触媒用量 (28)4.1.3 第二段床层触媒用量 (29)4.1.4 触媒直径的计算 (30)4.1.5中变炉进出口管径的选择 (31)4.2低温变换炉的计算 (32)4.2.1催化剂用量计算 (32)4.2.2催化剂床层阻力 (33)4.3主换热器的计算 (33)4.3.1传热面积的计算 (33)4.3.2设备直径与管板的确定 (34)4.3.3传热系数的验算 (34)4.3.4壳侧对流传热系数计算 (35)4.3.5总传热系数核算 (37)4.3.6其他换热器的选择 (37)4.4泵的选择 (38)5 变换炉机械设计及校核 (40)5.1变换炉筒体和裙座壁厚计算 (40)5.2变换炉的质量载荷计算 (40)5.2.1塔壳和裙座的质量 (40)5.2.2封头质量 (40)5.2.3 裙座质量 (41)5.2.4塔内构件质量 (41)5.2.5人孔、法兰、接管与附属物质量 (41)5.2.6保温材料质量 (41)5.2.7平台、扶梯质量 (41)5.2.8操作时塔内物料质量 (41)5.3地震载荷计算 (42)5.3.1计算危险截面的地震弯矩 (42)5.4风载荷计算 (43)5.4.1风力计算 (43)5.4.2风弯矩计算 (45)5.5各种载荷引起的轴向应力 (45)5.5.1计算压力引起的轴向应力 (45)5.5.2操作质量引起的轴向压应力 (45)5.5.3最大弯矩引起的轴向应力 (45)5.6筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 (46)5.6.1筒体的强度与稳定性校核 (46)5.6.2裙座的稳定性校核 (46)5.7裙座和筒体水压试验应力校核 (47)5.7.1筒体水压试验应力校核 (47)5.7.2裙座水压试验应力校核 (48)5.8基础环设计 (48)5.8.1基础环尺寸 (48)5.8.2基础环尺寸的应力校核 (48)5.8.3基础环厚度 (49)5.9地脚螺栓计算 (49)5.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (49)5.9.2地脚螺栓直径 (49)总结 (52)设备一览表 (53)符号说明 (54)参考文献 (55)致谢 (56)附图说明........................................................... 错误！未定义书签。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四川理工学院毕业设计题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计系别化学工程与工艺专业无机化工 011指导教师教研室主任学生姓名接受任务日期 20XX年2月28日完成任务日期 20XX年6月1日四川理工学院毕业论文任务书材料与化学工程系无机化工专业2001-1 班题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计起迄日期20XX年 2 月25 日起至20XX 年 6 月1日止指导老师教研室主任（签名）系主任（签名）学生姓名批准日期20XX 年 2 月25 日接受任务日期20XX 年 2 月25 日完成任务日期20XX 年 6 月 1 日一、设计（论文）的要求：1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。
2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备计算。
3、图纸带控制点的工艺流程图。
二、设计（论文）的原始数据：天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。
年工作日330天,其余数据自定。
三、参考资料及说明：《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录1.前言 (4)2.工艺原理 (4)3.工艺条件 (5)4.工艺流程的确定 (6)5.主要设备的选择说明 (6)6.对本设计的综述 (6)第一章变换工段物料及热量衡算 (8)第一节中变物料及热量衡算 (8)1．确定转化气组成 (8)2．水汽比的确定 (8)3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9)4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11)5．中变炉催化剂平衡曲线 (13)6. 最佳温度曲线的计算 (14)7．操作线计算 (15)8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16)9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17)10.中变炉二段催化床层的热量衡算 (18)第二节低变炉的物料与热量计算 (19)第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24)第四节主换热器的物料与热量的计算 (26)第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28)第二章设备的计算 (29)1. 低温变换炉计算 (29)2. 中变废热锅炉 (31)及致谢 (35)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。
工艺原理：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：H 2+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=1212ln 1E E E E RT T e e-+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。
1．汽气比：水蒸汽比例一般指H 2O/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Fe 3O 4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：H 2O/CO=3～5，经反应后，中变气中HO/CO可达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求。
2工艺流程确定目前的变化工艺有：中温变换，中串低，全低及中低低4种工艺。
本设计参考四川省自贡市鸿鹤化工厂的生产工艺，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。
主要设备的选择说明中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。
低变炉选用C6型催化剂，计算得低变催化剂实际用量10.59m3。
以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO浓度。
对本设计评述天然气变换工段工序是合成氨生产中的第一步，也是较为关键的一步，因为能否正常生产出合格的压缩气，是后面的所有工序正常运转的前提条件。
因此，必须控制一定的工艺条件，使转化气的组成，满足的工艺生产的要求。
在本设计中，根据已知的天然气组成，操作条件，采用了中变串低变的工艺流程路线。
首先对中，低变进行了物料和热量衡算，在计算的基础上，根据计算结果对主要设备选型，最终完成了本设计的宗旨。
设计中一共有中温废热锅炉，中变炉，主换热器，调温水换热器，低变炉几个主要设备。
由于天然气变换工段工序是成熟工艺，资料较多，在本设计中，主要参考了《小合成氨厂工艺技术与设计手册》和《合成氨工艺学》这两本书。
由于时间有限，设计可能不完善，请各位老师指出。
谢谢！第一章变换工段物料及热量衡算第一节中温变换物料衡算及热量衡算1．确定转化气组成：已知条件中变炉进口气体组成：计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变化气量：（1000/17）×22.4/（2×22.56）=2920.31 M3(标) 因为在生产过程中物量可能回有消耗，因此变化气量取2962.5 M3(标)年产5万吨合成氨生产能力：日生产量：50000/330=151.52T/d=6.31T/h要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于2％进中变炉的变换气干组分：假设入中变炉气体温度为335摄氏度，取出炉与入炉的温差为30摄氏度，则出炉温度为365摄氏度。
P=1.75Mpa.进中变炉干气压力中2．水汽比的确定：考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.5故V=1973.52m3(标) n(水)=88.1kmol（水）因此进中变炉的变换气湿组分:中变炉CO 的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol ，其中CO 基含量为8.16％，要求变换气中CO 含量为 2％，故根据变换反应：CO+H 2O ＝H 2+CO 2，则CO 的实际变换率为：X ％=()a a a a Y Y Y Y '+'-1×100=74％ 式中Ya 、'a Y 分别为原料及变换气中CO 的摩尔分率（湿基） 则反应掉的CO 的量为：8.16×74％=6.04 则反应后的各组分的量分别为： H 2O ％=28.56％-6.04％+0.48％=23％ CO ％=8.16％ -6.04％=2.12％ H 2％ =39.8％+6.04％-0.48％=45.36％ CO 2％=6.86％+6.04％=12.9％ 中变炉出口的平衡常数：K= （H 2％×CO 2％）/（H 2O ％×CO ％）=12查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知K=12时温度为397℃。
中变的平均温距为397℃-365℃=32℃ 中变的平均温距合理，故取的H 2O/CO 可用。
3.中变炉一段催化床层的物料衡算假设CO 在一段催化床层的实际变换率为60％。
因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：假使O 2与H 2 完全反应，O 2 完全反应掉 故在一段催化床层反应掉的CO 的量为：60％×563.86=338.318M 3(标)=15.1koml出一段催化床层的CO 的量为：563.86-338.318=225.545 M3(标)=10.069koml故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为:2750.68+338.318-2×16.29=3056.41 M3(标)=136.447koml故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：474+338.318=812.318 M3(标)=36.26koml出中变炉一段催化床层的变换气干组分：剩余的H2O的量为：1973.52-338.318+2×16.29=1667.79M3(标)=74.45koml 所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分：对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行计算：已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（％）：对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据：K=(H2％×CO2％)/（H2O％×CO％)计算得K=6.6查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当K=6.6时t=445℃设平均温距为30℃，则出变炉一段催化床层的变换气温度为：445℃-30℃=415℃4．中变炉一段催化床层的热量衡算以知条件：进中变炉温度：335℃出变炉一段催化床层的变换气温度为：415℃反应放热Q：在变化气中含有CO，H2O，O2，H2这4种物质会发生以下2种反应：CO +H2O=CO2+H2（1-1）O 2 + 2H2= 2 H2O （1-2）这2个反应都是放热反应。