《年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计任务书一 设计要求：1. 进行工段工艺流程设计，绘制带主要控制点的工艺流程图。 2. 进行工段物料计算、热量计算，并绘制物料衡算表、热量衡算表 。 3. 进行工段设备设计、选型，制备设备一览表。 4. 编写工段工艺初步设计说明书。 5. 绘制主要设备结构图和工艺流程图 设计原始数据：以在某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目录说明书4前言41.工艺原理4 2. 工艺条件4 3. 工艺流程的选择5 4. 主要设备的选择说明 5 5. 工艺流程的说明 6第一章 物料与热量衡算71水汽比的
2、确定 7 2中变炉 CO 的实际变换率的求取8 3中变炉催化剂平衡曲线 9 4. 最佳温度曲线的计算 10 5中变炉一段催化床层的物料衡算11 6中变一段催化剂操作线的计算 17 7中间冷淋过程的物料和热量衡算17 8中变炉二段催化床层的物料与热量衡算19 9中变二段催化剂操作线计算 23 10.低变炉的物料与热量衡算24 11 低变催化剂操作线计算 29 12 低变炉催化剂平衡曲线29 13.最佳温度曲线的计算 30 14 废热锅炉的物料和热量衡算 31 15.水蒸汽的加入 34 16 主换热器的物料与热量的衡算34 17.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
3、计算 37 2. 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）22.4/（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：
4、组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，9.611.4255.7122.560.330.38100M3(标)284.44338.321650.41668.349.7811.262962.50kmol12.69615.10373.67929.8370.4360.503132.25假设进中变炉的变换气温度为 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.中P1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）=3.5 V水=1184.113m3(标) ，n(水)=52.862kmol因此进中变炉的变
5、换气湿组分组 分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量6.868.1639.8016.120.240.2728.56100M3(标)284.42338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.122.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） aaaa YYYY 1式中、分别为原料及变换气中
6、CO 的摩尔分率（湿基）aY aY所以：Xp= 16. 8210010004. 616. 8=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
7、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 AWqU 2V=KPAB-CDq=WVU42U=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 420 440 460T693713733Xp0.68590.64160.5963中变炉催化剂平衡曲线如下：010203040506
8、0708090100300350400450500温 度（）CO转化率 Xp4.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。1212ln1EE EERTTTmee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：Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058T526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5Xp0.670.640.610.580.55
9、0.52T638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6Xp0.490.45T702.6716.6t429.6443.6将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91250270290310330350370390410430450温 度（）CO转化率 Xp5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
10、.56100M3(标)284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.125.1 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：
11、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=487.3908 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%1638.31363272.135同理得：CO2=15.54%1638.31363908.487H2=58.47%1638.31368
12、478.1833CO2=15.54%1638.31363908.487N2=21.13%1638.313634.668CH4=0.35%1638.3136258.11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
13、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%838.41366742.1000故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中 CO2的含量CO2=11.781554. 01%54.15 同理可得：CO=3.270413. 010413. 0H2=44.335847. 015847. 0N2=16.162131. 012113. 0CH4=0.270003510035. 0所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（）：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标)487.39135.331833.846
