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1、课程设计设计题目中低低流程饱和热水塔工艺设计学生姓名徐然学号20103281专业班级化学工程与工艺10-2班指导教师高新勤2013年12月27日目 录中文摘要1英文摘要11 前言21.1 一氧化碳变换在合成氨生产中的意义21.2 变换系统近年来的发展概况31.3 饱和热水塔的作用41.4 湿气体的热力学性质41.5 饱和热水塔的平衡曲线和操作线61.6 饱和热水塔的循环水量72 本论82.1 中低低变换系统工艺8中低低变换系统流程82.1.2 中低低变换系统流程说明92.2 中低低变换系统的优点102.3 变换系统饱和热水塔工艺计算102.3.1 已知条件102.3.2 变换炉工艺条件计算10
2、2.3.3 变换系统各设备物量衡算、热量衡算112.3.4 饱和热水塔理论塔板数计算16心得体会20参考文献21附录22中低低流程饱和热水塔工艺设计摘 要: 本设计为合成氨厂变换工段饱和热水塔工艺设计，采用能耗较低的中低低流程。饱和热水塔是变换工段的主要热能回收设备。设计中对水加热器、饱和塔和热水塔进行物料衡算，能量衡算，计算了饱和塔和热水塔的平衡曲线和操作线。经反复试算调整，确定适宜的循环水量和两塔理论塔板数，检视 两塔推动力直至合理为止。绘制了中低低系统工艺管道与仪表流程图。关键词：中低低流程 饱和热水塔 物料衡算 热量衡算 Abstract: This design is a proje
3、ct for the technological design of the saturator-hot water column of the shift system for ammonia plant. Medium-low-low temperature shift flow technology is used in this project for its lower energy costs. Saturator-hot water column is used to recover heat in shift reaction and the excessive steam.
4、Mass balance and heat balance of the water heater, saturator and hot water column have been done. The balance curve and the operating curve of the saturator and hot water column were calculated, based on which I-t diagram was drawn, and the number of the theoretical plates was obtained, checking the
5、 rationality of the urge of the two columns by adjusting the corresponding parameter. The flow diagram of the process pipe and instrument of the medium-low-low temperature shift system has been drawn. Keywords: Middle-low-low temperature shift flow; Saturator-hot water column; Mass balance; Energy b
6、alance1 前 言1.1 一氧化碳变换在合成氨生产中的意义1一氧化碳变换过程,既为合成氨原料气的净化过程,又是原料制氢过程的继续,因此,是合成氨生产过程中不可缺少的一个环节。原料气中的CO对氨合成催化剂有毒害作用，所以必须除去。一般在工业生产中分两次除去，大部分一氧化碳在变换除去。变换反应为： CO+H2O CO2+H2 这样，既能把CO变为易于除去的CO2,而且CO2又是生产碳酸氢铵，纯碱，尿素等化工产品的重要原料，同时又可制得与被除掉的一氧化碳等摩尔的氢 ，而 消耗的只是廉价的水蒸汽。残余的一氧化碳再采用铜洗或甲烷化的方法除去。1.2 变换系统近年来的发展概况2 到二十世纪八十年代，出
7、现的“中串低”流程，既可降低汽气比和变换气中的CO含量，从而降低蒸汽消耗和减轻精炼工段的负荷，并且提高原料气的利用率，又可提高变换系统的生产能力，取得较好的效果。 但“中串低”流程存在某些不足，主要是由于中变二、三段使用的仍是铁铬系催化剂，要求在较高的温度下进行反应，因而造成该催化剂的利用率较低，而且中变二、三段换炉一段采用铁铬系中变催化剂，二、三段采用钴钼耐硫催化剂。由于铁铬系中变催化剂耐有害成分的能力较强，因而有效地保护了低变催化剂，使其优越性得以充分发挥。与中串低流程相比，中低低流程的蒸汽进一步下降，饱和塔负荷进一步减轻，主要缺点是由于反应汽气比下降，中变催化剂发生过度还原，引起中变催化
8、剂失活、硫中毒及阻力增大导致中变催化剂使用寿命缩短。运行初期的操作指标优于中串低，中期与中串低相当，后期往往影响生产。但随着低温变换技术的采用， 特别是全低变工艺的应用，变换气中过量蒸汽已很少，传统利用冷凝和蒸发原理直接接触的饱和热水塔已失去了原始依据。也就是说，利用饱和热水塔回收潜回收潜热的意义也就不大了，用喷水增湿来代替水加热器回收变换气的显热的方法得到应用。目前中低低变换特别适用于我国小氮肥企业变换系统改造，可实现低蒸汽耗 、长周期稳定运行的目标，关键是要合理调整好变换工艺中各段的转化。1.3 饱和热水塔的作用中低低和全低变工艺的总汽气比摩尔比均在0.350.45，故反应后最终变换器中剩
9、余蒸汽很少，可降低余热回收的负荷，也为降低汽耗打下了良好的基础。但这部分预热如不尽可能地加以回收，汽耗仍难以降低。对于采用何种方法回收热量，有观点认为：由于低汽气比降低了热水塔的负荷，因而主张取消饱和塔(保留热水塔) 。实际上，在热水循环中，热水除了在热水塔中回收变换气中的余热外，还在第一水加热器及调温水加热器，甚至合成系统水加热器回收变换炉各段及合成的反应热,然后在饱和塔中将半水煤气升温,增湿,回收热量.在全低变或中低低工艺的饱和塔回收的热量中,热水塔中回收的热量仅占总回收量的30%左右，但饱和塔出口气体温度并并无明显降低，故低汽气比对饱和塔的影响要比对热水塔的影响小得多。在中低低变换系统中
10、，热水塔出口变换气的温度可降至4560。饱和热水塔是变换系统的主要热量回收设备，它的设计与操作好坏直接关系到外界补充给系统蒸汽量的多少。外界补充的蒸汽越少，则能耗越低，经济效益越好。1.4 湿气体的热力学性质341.4.1 饱和度：气体中水蒸汽分压PH2O与同一温度下水的饱和蒸汽压PH之比，称为气体中水蒸汽饱和度，即 饱和塔出口气体中的水蒸汽含量，最大达到出口温度下的饱和湿含量，即100，实际生产中是达不到饱和的，一般90951.4.2 湿含量m： 指1kg干气体中所含有的水蒸汽质量 kg/kg(干气)M干干气体分子量 P气体总压，绝对压力 热含量I：即单位质量气体所含有的热量。一种物质在某一
11、状态下的热含量是从某一基准状态变化到该状态是所吸收的热量。基准状态一般选为0 ，对于湿气体它的热含量应是干气体的显热与所包含的水蒸汽的显热与潜热之和，以1kg干气体为基准的湿气体的热含量为：干气体的平均比热容（0t ），kJ/kg i水蒸汽在t 时的焓，kJ/kg1.4.4 露点温度td：湿气体在湿含量不变的条件下冷却到饱和时的温度，称为露点度，达到露点是=100%。欲求某一气体的露点，只需从饱和蒸汽表查出与该气体的水蒸汽分压相应的饱和温度，即是该气体的露点温度。水加热器出气温度应比露点温度高10 左右。1.4.5 绝热饱和温度ts：当不饱和的气体与足够量的水在绝热情况下相接触时，水向气体中汽
12、化时只有取自气体中的显热，于是气体温度逐渐降低，而湿含量逐渐增加，当水汽含量达到饱和时，气体温度将不再因蒸发水分而降低，这时的温度称为气体的绝热饱和温度。 绝热饱和温度是气、水直接接触时，能被加热或冷却的极限温度。在变换系统中，出热水塔的热水温度，取决于入塔变换气的绝热饱和温度。故在变换系统的计算中，首先必须计算入热水塔变换气的绝热饱和温度，而后才能进一步确定出系统的温度分布。出热水塔的热水温度，应比绝热饱和温度低1.01.5 。 气体的绝热饱和温度决定于它的最初温度和湿含量。由热平衡可知，若以1 kg干气体为计算基准，则 + mS=+ m1+（mS - m1）CP水当达到绝热饱和温度时，气体
13、的最终热含量将等于它的初始热含量加上以水蒸汽状态进入到气体中的水的热含量。式中下标s的各项为绝热饱和温度下的值，下标1的各项为气体初始状态的值。绝热饱和温度可用试算法求解，其步骤为：1 先假定一个绝热饱和温度ts，这个温度可参考气体的露点温度来假定，如气体温度较露点温度高得不多，试算可在其附近假设；2 计算出假定的绝热饱和温度时的饱和湿含量ms和入热水塔变换气的湿含量mi；3 分别查出蒸汽在假定的绝热饱和温度下和进气温度下的焓is和i1；4 分别计算上式的等式两边，看计算结果是否相等，如相等则说明假设值正确，否则需重新假定再计算，直至相等为止。1.5 饱和热水塔的平衡线和操作线56饱和热水塔平
14、衡曲线是指在不同温度下气体与水达到平衡状态，也就是气体中水汽含量达到饱和状态时的热含量与水温的关系曲线。一般以水温t为横坐标，饱和湿气体的热含量I为纵坐标来绘制的。操作线是在塔内实际操作过程中，气体的热含量与水温的关系线。设进、出塔的干气体重量为G，进塔气的热含量为I1，出塔气的热含量为I2，进塔水重量为L1、温度为t1，出塔水重量为L2，温度为t2，根据热平衡得 G I1+ L1 t1 =G I2+ L2 t2因气相中湿含量的变化而造成的水量变化与循环水量相比是很小的，如略去其影响则水量可视为不变，则上式即为操作线方程式。从式中可看出操作线是一条直线，其斜率为L/G。一般在设计饱和热水塔时，
15、首先要进行物料衡算和能量衡算，通过计算求出I1、I2、t1、t2，这时只要以（I1，t2）为一点，（I2，t1）为另一点，相连的直线即为操作线。绘出平衡曲线和操作线后就能清楚地看出塔内推动力的状况。 从平衡曲线也能看出热量能够回收的程度。热水塔平衡线表示了得到某温度的水时需要从变换气中吸收的最低限度（即达到平衡时）的热量；饱和塔平衡曲线则表示了某温度的水能传给半水煤气的最高限度（达到平衡状态时）的热量。由于热水塔的压力低于饱和塔，而饱和蒸汽压是温度的函数，当温度一定时其值也一定，所以变换气的饱和湿含量要高于同温度半水煤气的饱和湿含量，从而使变换气热含量高于同温度的半水煤气热含量，因此热水塔的平衡曲线总处
