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．水汽比确实定 …………………………………………………………………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. 最正确温度曲线的计算 …………………………………………………………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.最正确温度曲线的计算 …………………………………………………………3014废热锅炉的物料和热量衡算 …………………………………………………3115.水蒸汽的参加 ………………………………………………………………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/〔2×22.56〕=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．水气比确实定：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)284.4338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.122.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％，故根据变换反响：CO+H2O＝H2+CO2，那么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％那么反响掉的CO的量为：8.16×74％=6.04那么反响后的各组分的量分别为： H2O％=28.56％-6.04％+0.48％=23％CO％=8.16％ -6.04％=2.12％H2％ =39.8％+6.04％-0.48％=45.36％CO2％=6.86％+6.04％=12.9％中变炉出口的平衡常数：Kp= 〔H2％×CO2％〕/〔H2O％×CO％〕=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 420 440 460T693713733Xp0.68590.64160.5963中变炉催化剂平衡曲线如下：4.最正确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型催化剂的正负反响活化能分别为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 Xp0.670.640.610.580.550.52T638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6 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列图：5．中变炉一段催化床层的物料衡算条件：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)284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.125.1 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 完全反响，O2 完全反响掉故在一段催化床层反响掉的CO的量为：60％×338.318=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响后剩余的H2的量为：1650.409+202.9908-2×9.776=1833.8478 M3(标)=81.868kmol故在一段催化床层反响后剩余的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%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+2×9.776=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％==44.33％ N2％==16.16％ CH4％==0.27％。