年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计_毕业设计
年产6万吨合成氨工艺设计毕业设计论文 精品
毕业设计论文年产6万吨合成氨工艺设计摘要氢和氮是合成氨的主要原料，精制后的氢、氮混合气在高温，高压并在催化剂存在的条件下进行氨合成反应。
根据合成反应器所采用的压力，温度及催化剂型号的不同，氨合成的方法可以分为低压法，中压法和高压法三种。
小型合成氨厂采用低压法和中压法两种。
其中合成压力分别为15——20Mpa和32Mpa。
本设计采用的是中压法。
本设计由两部分构成分别是设计说明书和四张图纸。
设计说明书包括：总论，流程的选择和确定，流程的说明，合成工序的计算四部分。
三张图纸分别是：，一张工艺流程图，一张设备平面布置图，一张合成塔设备图。
关键词：氨合成催化剂流程工艺目录前言--------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ第1章总论-------------------------------------------------------------------------21.1设计依据与指导思想----------------------------------------------------31.1.1设计依据-----------------------------------------------------------31.1.2 指导思想----------------------------------------------------------31.2设计范围与技术要求----------------------------------------------------41.2.1设计范围-----------------------------------------------------------41.2.2生产规模-----------------------------------------------------------41.2.3原料动力消耗定额和消耗量--------------------------------41.3原理说明---------------------------------------------------------------------41.3.1生产原理说明----------------------------------------------------41.3.2氨合成的机理----------------------------------------------------5第2章工艺流程的选择确定----------------------------------------------52.1由氨合成的主要特点进行工艺流程的设计选择---------------62.2催化剂的选用---------------------------------------------------------------6第3章化工工艺设计说明--------------------------------------------------73.1生产工艺流程的说明----------------------------------------------------73.2生产设备选型说明--------------------------------------------------------83.2.1技术经济指标----------------------------------------------------83.2.2设备结构的要求-------------------------------------------------83.2.3设备布置与三废治理说明-----------------------------------8第4章合成工序的工艺计算--------------------------------------------94.1物料计算--------------------------------------------------------------------94.1.1计算依据----------------------------------------------------------94.1.2物料计算--------------------------------------------------------114.2能量衡算-------------------------------------------------------------------174.2.1水冷器能量衡算-----------------------------------------------174.2.2氨分离器能量计算-------------------------------------------174.2.3循环机出口能量计算----------------------------------------184.2.4油过滤器能量衡算-------------------------------------------194.2.5冷凝塔热量计算-----------------------------------------------194.2.6氨蒸发器热量计算-------------------------------------------204.2.7废热回收器能量计算----------------------------------------234.3设备计算和选用---------------------------------------------------------234.3.1废热回收器工艺计算----------------------------------------234.3.2水冷器的工艺计算-------------------------------------------294.3.3冷凝塔的工艺计算-------------------------------------------334.3.4氨蒸发器工艺计算--------------------------------------------38参考文献------------------------------------------------------------------------------42结束语----------------------------------------------------------------------------------43前言合成氨工业是基础化学工业之一，其产量居各种化工产品的首位。
合成氨生产中变换工段的设计
合成氨生产中变换工段的设计
合成氨是化学工业中重要的基础产品，遍布在各个工业应用之中。
为保证合成氨的质量，改造变换工段绝对是大势所趋。
首先，利用先进的技术来改进变换工段，增加产品的质量和效率。
在传统的合成氨设计中，由于变换工段的设计有很大的不足，耗损了大量的能量和原料，从而导致产品质量下降。
因此，现在开始利用现代化技术对变换工段进行改进。
通过改进，可以减少此工段中能量及原料的损耗，从而保证产品质量，增加产品的产量，同时还可增加效率。
其次，实现工段的自动化。
传统的合成氨设计中，每个工序都是手动完成的，需要大量的人力和物力，会导致成本高，工艺操作尚未实现自动化。
为了节省成本，实现高效的生产，现在可以采用工段的自动化技术来实现。
实施后能够减少生产过程中的人力，加快生产进度，同时实现高效和高质量的生产。
最后，建立完善的质量控制体系。
随着生产技术的发展，合成氨工段的质量控制很重要。
因此，必须建立一套完善的质量保证体系，在于执行有关的质量管理措施。
通过完善的质量保证体系，可以有效地提高产品的质量，满足消费者的需求，有利于长期的企业发展。
总之，改进变换工段是当前合成氨生产中一个必要的改革，它可以减少损耗，提高产品质量，同时实现高生产效率和更高的质量。
采用现代化技术，实现自动化，建立完善的质量控制体系，都对保证合成氨高质量有着不可替代的作用。
「年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计」
年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计一、工艺流程概述1.原料准备：将天然气（主要是甲烷）与空气作为主要原料，通过气体净化系统去除其中的杂质、硫化物和水分。
2.原料配送：将净化后的天然气和空气分别输送至气体净化系统进行进一步的处理和分析。
3.变换反应槽：将净化后的天然气和空气通过压缩机压缩至一定压力后，经过暖气交换器加热至高温（约500-600℃），再进入变换反应槽。
4.变换催化剂：在变换反应槽中，使用催化剂（通常是高温高压下的铁-钴催化剂）促进N2和H2的反应。
反应生成的合成氨会随气流从反应槽中流出。
5.除气系统：将反应槽中的气体通过除尘器，冷却器和吸附剂等设备进行处理，去除其中的固体颗粒、水分和其他杂质。
6.合成氨回收：经过除气系统处理后的气体中仍含有未反应的氮气和氢气，通过压缩机再次压缩进入蒸馏塔。
在蒸馏塔中，根据不同的沸点，将氨气和氮气分离开来，再通过冷凝器冷凝为液态氨。
7.废水处理：在工艺过程中产生的废水会经过处理系统去除其中的有机物和杂质，以保证排放的废水符合环保要求。
二、设备布置和操作要点1.变换反应槽的设计要考虑到温度、压力和气体流动速度的控制。
同时，需要定期更换催化剂，以维持优良的反应性能。
2.除气系统中的设备要进行定期维护和清洁，确保其正常工作和去除气体中的杂质、固体颗粒和水分。
3.合成氨回收装置要根据产品质量要求设置合适的操作参数，例如蒸馏塔的温度和压力。
此外，冷凝器的冷却水流需要保持稳定，以确保气体顺利冷凝为液态氨。
4.废水处理系统应配置适当的物理和化学处理单元，如过滤器、沉淀池和生物处理等，以达到废水排放标准。
5.需要建立相应的安全措施，如设立监测系统，确保气体和液体在整个工艺中的安全运输和使用。
三、工艺控制和性能优化1.在变换反应槽中，可以通过调节供气比例、压力和温度等参数来控制合成氨的产率和选择性。
同时，也可以根据反馈控制系统监测和调整催化剂的性能。
2.除气系统中的设备可以通过监测气体的组成和温度、压力等参数，来调整操作参数，以达到满足产品质量要求的除气效果。
年产万吨合成氨变换工段工艺设计终稿
Abstract：This design was mainly for the synthetic ammonia plant shift conversion section.The technological process used the middle temperature changefirst ，and then used the low temperature change .Process calculation mainly included material balance, energy balance and equipmentselection.
变换过程需在高温高压使用催化剂条件下进行，因此变换工序是合成氨生产的高成本工序,其成本降低对合成氨成本的降低有重要意义。
1．3
1.
我国的氮肥工业自20世纪50年代以来,不断发展壮大,目前合成氨产量已跃居世界第一位,已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术,形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为5000万吨/年左右[3],氮肥工业已基本满足了国内需求,在与国际接轨后,具备与国际合成氨产品竞争的能力,今后发展重点是调整原料和产品结构,进一步改善经济性。
年产5万吨合成氨、20万吨碳酸氢铵工艺介绍.(125页)
一、氨的性质和用途
1、氨的性质 分子式为NH3，是一种无色气体，有强烈的刺 激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可 溶解700倍体积氨。氨对地球上的生物相当重 要，它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是 所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用 途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨 有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化 合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。
二、碳酸氢铵介绍
1、碳铵简介
碳酸氢铵，又称碳铵，是一种碳酸盐，含氮17.7% 左右。可作为氮肥，由于其可分解为NH3、CO2和H2O 三种气体而消失，故又称气肥。生产碳铵的原料是氨、 二氧化碳和水。碳酸氢铵为无色或浅粒状，板状或柱状 结晶体，碳铵是无（硫）酸根氮肥，其三个组分都是作 物的养分，不含有害的中间产物和最终分解产物，长期 施用不影响土质，是最安全的氮肥品种之一。
4、压缩
在氨合成过程中，原料气净化和氨的合成均 是在一定的压力下进行的，因此对气体进行压缩， 以达到所需的压力，同时完成原料气的输送。
压缩机是将低压气体提升为高压的一种从动 的流体机械。是化工系统生产的心脏，它从吸气 管吸入低压的气体，通过电机运转带动活塞对其 进行压缩后，达到所需的压力后，将高压气体放
2、合成氨生产的流程
氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：原料的生产； 原料气的净化；氨的合成；氨的分离。除氨的合成外，其 它过程的转化率和分离率都比较高。由于氨合成的转化率 较低，反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。氨生产 的原则流程：
3、以煤为原料生产合成氨
以煤为原料占合成氨生产的主导地位其 中第一个步骤是通过各种工艺手段将煤进 行气化。
4.1 原料气压缩 4台4M25-190/20压缩机
由洗氨脱萘来的焦炉气（40℃,0.03MPaG）， 首先通过焦炉气气液分离器分离掉其中夹带的水 分后分别进入原料气压缩机的一段入口，经压缩 后，气体被压缩至0.8MPa(G)后从二段出口经管道 汇总后去变换、变脱工序。
合成氨变换工段设计
合成氨变换工段设计一、工艺简介合成氨（NH3）是一种重要的化学原料，广泛应用于肥料、化工、冶金等领域。
合成氨通常是通过哈伯-博士过程进行合成的，该过程主要有三个阶段：气化反应、变换反应和分离装置。
其中，变换反应是合成氨反应的核心环节。
二、工艺流程1.进料系统：将氮气（N2）和氢气（H2）以一定的比例通入反应器。
进料系统应包括氮气和氢气的净化装置，以确保进入反应器的气流中不含有不利于反应的杂质。
2.反应器：反应器是合成氨变换的关键装置，需要选择适当的催化剂，并控制合适的反应温度和压力。
反应器的设计应满足以下要求：具有高的转化率和选择性、较小的压力损失、对催化剂具有良好的分布和稳定性。
3.除尘装置：合成氨反应会产生一些固体杂质，如烟尘颗粒等。
除尘装置主要用于去除这些固体杂质，以确保产品的纯度。
4.产品收集系统：将合成氨收集并进行后续的分离和提纯。
收集系统应包括冷凝器、吸收塔等设备，以确保合成氨的回收率。
三、工艺参数1.反应温度：合成氨变换反应通常在300-500°C的温度范围内进行，具体温度的选择应考虑催化剂的活性和热力学平衡等因素。
2.反应压力：合成氨变换反应的压力通常在10-30MPa之间，压力的选择应使反应的平衡位置有利于产生高的氨气浓度。
3.氮气和氢气的比例：氮气和氢气的比例对合成氨反应的转化率和选择性有重要影响，一般通过调节氮气和氢气的流量比例来控制。
4.催化剂的选择：催化剂的选择应考虑其活性和稳定性，促使反应的进行，并提高催化剂的利用率。
四、工艺设备1.反应器：选用合适的反应器，如固定床反应器或流化床反应器，确保催化剂的分布均匀和反应的高转化率。
2.净化装置：包括氮气和氢气的净化装置，用于去除进料中的杂质。
3.冷凝器：用于冷却和冷凝反应器出口的气体，以便进行后续的分离和提纯。
4.吸收塔：用于收集合成氨气体，并进行后续的分离和提纯。
五、工艺控制1.温度控制：根据反应的热力学特性，控制反应温度在适当的范围内，以提高反应的转化率和选择性。
毕业设计论文年产10万吨合成氨变换工段工艺设计
摘要：本毕业设计论文针对年产10万吨合成氨变换工段的工艺设计进行了研究和探讨。
合成氨作为一种重要的工业原料，在农业、化工等领域有着广泛的应用。
本论文通过对合成氨的生产工艺进行研究，设计了一个能够满足年产10万吨合成氨需求的变换工段工艺。
关键词：合成氨、工艺设计、变换工段、年产10万吨第一章引言1.1研究背景合成氨是一种重要的工业化学品，广泛应用于农业肥料、化工原料等领域。
随着工业化进程的不断推进和全球化经济的发展，对合成氨的需求不断增加。
为了满足生产需求，设计年产10万吨合成氨变换工段工艺是非常重要的。
1.2研究目的和意义本论文的研究目的是设计一种合成氨变换工段工艺，以满足年产10万吨合成氨的生产需求。
通过对工艺参数的研究和分析，实现合成氨的高效生产和优质产品的制备。
第二章合成氨的工艺流程和原理2.1合成氨的制备方法合成氨的制备方法主要有催化剂法、电化学法和生物法等。
本论文选用催化剂法进行合成氨的制备，因为催化剂法具有成本低、效率高的优点。
2.2合成氨的工艺流程合成氨的工艺流程一般包括气体净化、催化转化和分离纯化等步骤。
本论文设计的工艺流程包括氨合成反应器、冷却系统、分离塔等工艺单元。
3.1工艺参数的确定工艺参数的确定是设计合成氨变换工段工艺的基础。
本论文根据生产需求和催化剂特性，确定了合成氨的最佳反应温度、压力和催化剂用量等参数。
3.2工艺单元的设计根据合成氨的工艺流程，设计了氨合成反应器、冷却系统和分离塔等工艺单元。
通过对每个工艺单元的分析和计算，确定了各个单元的结构和尺寸。
第四章工艺优化和改进4.1工艺优化方法本论文采用模拟和计算的方法对合成氨变换工段工艺进行了优化。
通过对不同工艺参数的变化进行模拟和计算，得出了最佳的工艺条件。
4.2工艺改进措施在进行工艺优化的基础上，提出了一些工艺改进措施，以提高合成氨变换工段的效率和产品质量。
第五章结论通过对年产10万吨合成氨变换工段工艺设计的研究，本论文设计了一个能够满足生产需求的合成氨工艺。
6万吨合成氨变换工段工艺设计
6万吨合成氨变换工段工艺设计合成氨变换工段是合成氨生产过程中的关键环节，它将通过合成产生的氨气进行变换，使其转化为氮气和水。
本文将对6万吨合成氨变换工段的工艺设计进行详细介绍。
1.工艺原理合成氨变换工段采用的是低温变换法，主要基于以下反应：2NH3⇌N2+3H2该反应是一个平衡反应，具有可逆性。
为了提高反应速率和收率，需满足一定的条件，包括适宜的温度、压力和催化剂。
2.工艺流程合成氨变换工段的工艺流程一般包括进料、加热、反应、冷却和分离等步骤。
(1)进料：合成氨气从合成回收装置进入变换工段。
(2)加热：合成氨气在加热炉中加热至适宜的反应温度。
常用的加热方式包括电阻加热和燃气加热。
(3)反应：加热后的氨气进入变换器中进行反应。
变换器一般采用多层催化剂填料，以提高反应效率。
反应温度和压力需根据反应动力学和平衡原理进行优化选择。
(4)冷却：反应后的气体在冷却器中冷却，以控制温度，防止反应逆向进行。
(5)分离：冷却后的气体经过分离装置进行分离，将氮气、水和未反应的氨气分离开。
一般采用冷凝器和吸附器等装置进行分离。
3.工艺参数合成氨变换工段的工艺参数包括反应温度、压力、催化剂选择和反应时间等。
(1)反应温度：反应温度对合成氨的变换速率和收率有着重要影响。
通常选择适宜的反应温度，一般在300-500℃之间。
(2)反应压力：反应压力也是一个重要的工艺参数，它会影响变换速率和收率。
一般选择适宜的反应压力，大致在15-35MPa之间。
(3)催化剂选择：催化剂选择直接关系到反应效果。
常用的催化剂有铁、镍、钼等。
催化剂要具有高效催化性能和较好的稳定性。
(4)反应时间：反应时间需要根据生产规模和设备容量进行确定。
一般情况下，生产规模越大，反应时间越长。
4.工艺优化为了提高工艺效果和经济性，还可以采取以下优化措施。
(1)催化剂再生：催化剂在反应过程中会发生失活，需要定期进行再生。
通过再生可以延长催化剂寿命，减少生产成本。
年产万吨合成氨变换工段工艺设计终稿定稿版
年产万吨合成氨变换工段工艺设计终稿HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】合成氨厂变换车间工艺设计摘要：本设计主要是对合成氨工厂变换工段的设计，此设计选用中变串低变工艺流程。
工艺计算过程主要包括物料衡算，能量衡算以及设备选型计算等。
关键词：合成氨；变换；计算The Technological Design on transform System forAmmonia PlantAbstract：This design was mainly for the synthetic ammonia plant shift conversion section. The technological process used the middle temperature change first ，and then used the low temperature change .Process calculation mainly included material balance, energy balance and equipment selection.Key words:ammonia synthesis, transform , calculation.目录第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 目的和意义 (1)1.3 合成氨工业概况 (2)1.3.1 基本现状 (2)1.3.2 发展趋势 (2)1.3.3 应用领域 (2)1.4 变换工艺介绍 (3)1.4.1 中温变换工艺 (3)1.4.2 中串低变换工艺 (3)1.4.3 中低低变换工艺 (3)1.4.4 全低变工艺 (4)1.5 变换工艺的选择 (4)1.5.1 工艺原理 (4)1.5.2 工艺条件 (4)1.5.3 工艺流程确定 (5)1.5.4 主要设备的选择说明 (6)第2章物料与热量衡算 (7)2.1 已知生产条件 (7)2.2 水气比的确定 (7)2.3 中变炉CO的实际变换率的求取 (8)2.4 中变炉催化剂平衡曲线 (9)2.5 最佳温度曲线的计算 (10)2.6 中变炉一段催化床层的物料衡算 (10)2.6.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (11)2.6.2 对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行估算 (13)2.6.3 中变炉一段催化床层的热量衡算 (13)2.7 中变一段催化剂操作线的计算 (16)2.8 中间冷凝过程的物料和热量计算 (17)2.9 中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (18)2.9.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (19)2.9.2 中变炉二段催化床层的热量衡算： (21)2.10 中变炉物料、热量恒算结果列表 (23)2.11 低变炉的物料与热量衡算 (24)2.11.1 低变炉的物料衡算 (24)2.11.2 低变炉的热量衡算 (26)2.12 低变炉催化剂平衡曲线 (28)2.13 最佳温度曲线的计算 (29)2.14 废热锅炉的热量和物料衡算 (30)2.15 水蒸汽的加入 (32)2.16 主换热器的物料与热量的衡算 (33)2.17 调温水加热器的物料与热量衡算 (34)第3章设备的选型 (36)3.1 中变炉的计算 (36)3.1.1触媒用量的计算 (36)3.1.2第一段床层触媒用量 (36)3.1.3 第二段床层触媒用量 (37)3.1.4 触媒直径的计算 (39)3.2主换热器的计算 (41)3.2.1传热面积的计算 (41)3.2.2 设备直径与管板的确定 (42)3.2.3 传热系数的验算 (42)3.2.4 壳侧对流传热系数计算 (44)3.2.5 总传热系数核算 (45)3.2.6传热面积的核算 (45)3.3 其他主设备 (46)第4章设备一览表 (47)参考文献 (48)致谢 (49)第1章 绪 论1.1 概述氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨变换工段毕业设计说明书
合成氨变换工段毕业设计说明书摘要本文是关于重油为原料年产8万吨氨一氧化碳变换工段初步设计。
在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。
用重油制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。
一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。
本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。
并且综合各方面因素对车间设备布置进行了合理的设计，最终完成了20 000字的设计说明书及生产工艺流程图、车间平立面布置图及主体设备装配图的绘制。
关键词：重油；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图AbstractThis article was about the annual output of heavy oil as raw materials to transform eight thousand tons of carbon monoxide ammonia preliminary design section. In the production of ammonia, transformation of carbon monoxide was a very important reaction. Manufactured using heavy oil feed gas which containa part of carbon monoxide, carbon monoxide could not be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also a catalyst for ammonia poisoning effect there must be a catalyst for transformation through the catalytic reaction to be removed. Transformation of carbon monoxide is a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. The design of the main routes which include the identification process, the medium variant of the furnace material balance , heat balance, the calculation of the amount of catalyst, in the variable furnace process of calculation and selection of equipment, heat exchanger of the material balance and heat balance as well as equipment selection type and so on. Taking all factors and workshop equipment to carry out a reasonable arrangement of the design. In the end, the20 000-word statement and map production process, shopping facade and the main equipment layout drawing assembly were completed.Key words: Heavy oil; Transformation of carbon monoxide; Temperature shiftconverter; Flow chart目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章总论 (1)1.1 概述 (1)1.1.1 一氧化碳变换反应的意义与作用 (1)1.1.2 国内外研究现状 (1)1.2 设计依据 (1)1.3 厂址的选择 (2)1.3.1 厂址选则 (2)1.3.2 方案比较 (2)1.4 设计规模与生产制度 (3)1.4.1 设计规模 (3)1.4.2 生产制度 (3)1.5 原料与产品规格 (3)1.5.1 原料规格 (3)1.5.2 产品规格 (3)第2章工艺设计与计算 (4)2.1 工艺原理 (4)2.2 工艺路线的选择 (4)2.3 工艺流程简述 (4)2.4 工艺参数 (5)2.4.1 原料气体组分 (5)2.4.2 工作压力 (5)2.4.3 工作温度 (5)2.4.4 计算基准 (6)2.5 物料衡算 (6)2.5.1 变换气量及变换率计算 (6)2.5.2 总蒸汽量计算 (7)2.5.3 中变炉物料衡算 (7)2.6 热量衡算 (16)2.6.1 中变炉一段CO变换反应热量衡算 (16)2.6.2 中变炉二段CO变换反应热量衡算 (17)2.6.3 中变炉三段CO变换反应热量衡算 (18)2.6.4 换热器热量衡算 (18)2.6.5 物料衡算和热量衡算一览表 (18)第3章设备选型 (22)3.1 设备选型原则 (22)3.2 主要设备计算 (22)3.2.1 中变炉设备计算 (22)3.2.2 换热器设备计算 (29)3.3 其他主要设备 (30)第4章设备一览表 (31)第5章车间设备布置设计 (33)5.1 车间布置设计的原则 (33)5.1.1 车间设备布置的原则 (33)5.1.2 车间设备平立面布置的原则 (34)5.1.3 本工段设计设备布置原则 (28)第6章自动控制 (29)6.1 主要的控制原理 (29)6.2 自控水平与控制点 (29)第7章安全和环境保护 (30)7.1 三废产生情况 (36)7.2 三废处理情况 (37)第8章公用工程 (37)8.1 供水 (37)8.2 供电 (38)8.3 通风 (38)8.4 供暖 (38)8.5 电气 (38)结束语 (39)参考文献..................................................................................................... 错误!未定义书签。
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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 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 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。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： 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=1212ln1EEEERTTee
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。 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，参考文献资料较多，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： 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 % 9.6 11.42 55.71 22.56 0.38 0.33 100 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：
组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合计 含量，％ 9.6 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100
M3(标) 474 563.86 2750.68 1113.9 16.29 18.763 4937.5
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。 进中变炉干气压力中P=1.75Mpa.
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（水）=1973.52m3(标) n(水)=88.1kmol 因此进中变炉的变换气湿组分: