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1、班级： 姓名： 题 目 年产三万吨合成氨厂变换工段设计一 设计原始数据：以在自贡市鸿鹤化工厂的实际数据为原始数据组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，9.60 11.42 55.71 22.56 0.330.38100前言41.工艺原理42. 工艺条件43. 工艺流程的选择54. 主要设备的选择说明 55. 工艺流程的说明 6第一章 物料与热量衡算71水汽比的确定 72中变炉CO的实际变换率的求取83中变炉催化剂平衡曲线 94. 最佳温度曲线的计算 105中变炉一段催化床层的物料衡算116中变一段催化剂操作线的计算 177中间冷淋过程的物料和热量衡算178中变炉二段催化床层的物料与热量衡
2、算199中变二段催化剂操作线计算 2310.低变炉的物料与热量衡算2411低变催化剂操作线计算 2912低变炉催化剂平衡曲线2913.最佳温度曲线的计算 3014废热锅炉的物料和热量衡算 3115.水蒸汽的加入 3416主换热器的物料与热量的衡算3417.调温水加热器的物料与热量衡算36第二章 设备的计算371. 中变炉的计算 372. 主换热器的计算42设计的综述6参考文献49致谢50第一章 物料与热量衡算已知条件：组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，9.60 11.42 55.71 22.56 0.330.38100计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变换气量：（1000/17）2
3、2.4/（222.56）=2920.31 M3(标)因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2962.5 M3(标)年产3万吨合成氨生产能力（一年连续生产330天）：日生产量：30000/330=90.9T/d=3.79T/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CO2COH2N2O2CH4合计含量，9.611.4255.7122.560.330.38100M3(标)284.44338.321650.42668.349.7711.262962.5kmol12.69815.10394.50838.2710.5600.645161.785假设进中变炉的变换气
4、温度为330，取变化气出炉与入炉的温差为35，出炉的变换气温度为365。进中变炉干气压力=1.75Mpa.1水气比的确定：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）=3.5V co=1184.113m3(标) ，n(水)=52.862kmol因此进中变炉的变换气湿组分组 分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量6.868.1639.8016.120.240.2728.56100M3(标)284.4338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.1
5、2 2.中变炉CO的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol，其中CO湿基含量为8.16，要求变换气中CO含量为2，故根据变换反应：CO+H2OH2+CO2，则CO的实际变换率公式为：Xp=100 （2-1） 式中、分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基）所以：Xp=74则反应掉的CO的量为：8.1674=6.04则反应后的各组分的量分别为： H2O=28.56-6.04+0.48=23CO=8.16 -6.04=2.12H2 =39.8+6.04-0.48=45.36CO2=6.86+6.04=12.9中变炉出口的平衡常数：Kp= （H2CO2）/（H2OCO）=12查 小合成氨厂工艺
6、技术与设计手册 可知Kp=12时温度为397。中变的平均温距为397-365=32根据合成氨工艺与节能 可知中温变换的平均温距为：30到50，中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。3中变炉催化剂平衡曲线根据H2O/CO=3.5，与文献小合成氨厂工艺技术与设计手册上的公式XP=100 V=KPAB-CDq=U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度计算结果列于下表：t300 320 340 360 380400T573593613633653673Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t 4
7、20 440 460T693713733Xp0.68590.64160.5963中变炉催化剂平衡曲线如下：4.最佳温度曲线的计算由于中变炉选用C6型催化剂，最适宜温度曲线由式 进行计算。查3000吨合成氨厂工艺和设备计算C6型催化剂的正负反应活化能分别为E1=10000千卡/公斤分子，E2=19000千卡/公斤分子。最适宜温度计算结果列于下表中：Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058T526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5 Xp0.670.640.610.580.550.52T63
8、8.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6 Xp0.490.45T702.6716.6t429.6443.6将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：5中变炉一段催化床层的物料衡算已知条件：进中变炉一段催化床层的变换气的温度为330进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：组 分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量6.868.1639.816.120.270.2428.56100M3(标)284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.8
9、40.440.5052.86185.125.1 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假使O2 与H2 完全反应，O2 完全反应掉故在一段催化床层反应掉的CO的量为：60338.318=202.9908 M3(标) =9.062kmol出一段催化床层的CO的量为：338.318-202.9908=135.3272 M3(标)=6.0414kmol故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为：1650.409+202.9908-29.776=1833.8478 M3(标)=81.868kmol故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：284.4+202.9908=487.
10、3908 M3(标)=21.758kmol故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积：V总（干）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258 =3136.1638 M3(标)故出中变炉一段催化床层的变换气干组分中CO的含量：CO=4.31%同理得：CO2=15.54%H2=58.47% N2=21.13%CH4=0.35%所以出中变炉一段催化床层的变换气干组分：组 分CO2COH2N2CH4合计含量15.544.3158.4721.130.35100M3(标)487.39135.331833.84668.3411.253136.16kmol21.766.0481.8729.830.50140.01剩余的H2O的量为：1184.113-202.9908+29.776=1000.6742 M3(标)=44.6729kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的体积：V总（湿）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258+1000.6742=4136.838 M3(标)=184.68kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中H2O的含量 H2O= =24.19%故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中CO2的含量 CO2=11.78同理可得： CO=3.27 H2=44
