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1、word合成氨变换工段车间布置图摘 要变换工段是指一氧化碳与水蒸气反响生成二氧化碳和氢气的过程。一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。本设计针对中低温串联变换流程进展设计，对流程中各个设备进展物料、能料衡算、以与设备选型，并绘制了带控制点的流程图。关键词：合成氨,变换,工艺设计，设备选型30kt/a Retention Of Ammonia Synthesis Process Preliminary DesignAbstactTransform section refers to the reactions that produce
2、 carbon dioxide carbon monoxide and hydrogen and water vapor in the process. Carbon monoxide transformation is the gas material purification process, and the preparation of gas material to continue. At present, the transformation mainly by grow string sections of variable process low. This design of
3、 low-temperature series transformation process of process design, materials, each device can material calculation, and the equipment selection, and plotted take control in the flow chart and variable furnace equipment assembly drawing. Keywords：ammonia, transformation, processdesign,equipment choice
4、 / 目 录摘要ABSTRACT1绪论1前言11.2 氨的性质和用途11.2.1 氨的物理性质1氨的化学性质1氨的用途2变换工艺原理2工艺条件31.4.1 压力31.4.2 温度3汽气比4工艺流程确定4工艺流程简图5流程工序简述5主要设备的选择说明52物料与热量衡算6条件6中变炉的物料与热量衡算7水气比确实定7中变炉CO的实际变换率的求取7中变炉的物料衡算7对出中变炉的变换气的温度进展估算10中变炉的热量衡算10中变炉催化剂平衡曲线11最优温度曲线的计算122.2.8 中变催化剂操作线的计算13低变炉的物料与热量衡算14低变炉CO的实际变换率的求取142.3.2.低变炉的物料衡算14对出低变炉
5、的变换气温度进展估算16低变炉的热量衡算17低变炉平衡曲线、最适宜温度曲线与操作线计算18废热锅炉的热量和物料衡算20物料衡算20热量衡算21水蒸汽的参加22主换器的物料与热量的衡算22物料衡算22热量计算23调温水加热器的物料与热量衡算243设备的计算26中变炉的计算26触媒用量的计算26中变催化床层触媒用量26触媒直径的计算28中变炉工艺计算汇总29中变炉壁厚的计算29封头的选择30群座31地脚螺栓32人孔32排气孔32接收32引出通道管33法兰33筋板34中变炉材料与零部件一览表34低温变换炉计算34条件343.2.2 催化剂用量计算353.2.3 催化剂床层直径计算36封头的选择37塔
6、高的计算38主换热器的计算383.3 .1条件383.3 .2设备直径与列管数量确定393.3.3传热系数的验算403.3.4壳侧对流传热系数计算423.3.5总传热系数核算443.3.6传热面积的核算444汇总4646热量汇总表47495设计评述50参考文献51致谢521绪论中国合成氨是在20世纪30年代开始的，合成氨生产经过多年的开展，现已开展成为一种成熟的化工生产工艺。合成氨生产的原料气过程包括造气、净化、以与压缩和合成。各种方法制取的原料气都含有CO，而CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进展净化处理。通常，先经过CO变换反响，使CO转化为易于去除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO
7、变换既是原料气制造的继续，又是净化的过程。最后剩下的少量的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与水蒸气反响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年代中期开展起来的。所谓中变串低变流程，就是在B109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
8、了能耗。氨的性质和用途氨分子式NH3,。氨分子为三角锥型分子，是极性分子，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8h会引起慢性中毒。氨的物理性质1、色、味、态：无色、刺激性气味2、密度：比空气轻，0/L3、溶解性：极易溶于水1:700，溶解时放出大量的热，可生成含NH315%30%的氨水，氨水溶液是碱性，易挥发。4、沸点：-33.350.1MPa，易液化液氨可做制冷剂5、腐蚀性：液氨或枯燥的氨气对大局部物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。1.2.2氨的化学性质氨在常温时相当稳定，在高温、电火花或紫外光
9、的作用下可分解为氮和氢，其分解速度在很大程度上与气体接触的外表性质有关。氨是一种可燃性物质，自燃点为630，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定围能够发生爆炸。常温，常压下的爆炸围分别为15.5%28%( 空气)和13.5%82%氧气。氨易与许多物质发生反响，例如在铂催化剂作用下能与氧反响生成NO。氨的性质比拟活泼，能与各种无机酸反响生成盐，例如NH3+ HCl NH4ClNH3 +HNO3 NH4NO32NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4NH3 + H3PO4 (NH4)H2PO32NH3 + H3PO4 (NH4)2HPO3氨也能和CO2反响生成氨基甲酸氨，脱水生成尿素。利用氨
10、与各种无机酸反响制取磷酸铵，硝酸铵，硫酸铵；与CO2和水反响生成碳酸氢氨。氨能生成各种加成配位化合物，它们和水合物类似，通称氨合物或氨络物，例如对应CaCl2.6H2O和CuSO4.4H2O,也分别有CaCl2.6NH3和CuSO4.4NH3。氨的用途氨在国民经济中占有重要地位。氨是最为重要的根底化工产品之一,其产量居各种化工产品的首位;同时也是能源消耗的大户,世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。现在约有80%的氨用来制造化学肥料，其余作为生产其它化工产品的原料。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以与各种含氮混肥和复肥，都是以氨为原料的
11、。氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维与塑料。从氨可以制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纤维素等。在化纤和塑料工业中，如此以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己酰胺、尼龙6单体、己二胺、人造丝、丙烯氰、酚醛树脂和脲醛树脂等产品。氨的其它工业用途也十分广泛，例如，用作制冰、空调、冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。工艺原理：一氧化碳变换反响式为：CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1)CO+H2= C+H2O (1-2) 其中反响1是主反响，反响2是副反响，为了控制反响向生成目
12、的产物的方向进展，工业上采用对式反响11具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反响的发生。有氧存在时，变换过程中还包括如下反响式：H2 + O2 = H2O +Q 一氧化碳与水蒸气的反响是一个可逆的放热反响，反响热是温度的函数。每反响1%体积、湿基的CO，可使气体温度升高1112，生产上对于变换反响进展的程度常用变换率1来表示：变换率=Vco- Vco/ Vco100+ Vco100%上式中Vco转化气CO体积百分数，Vco变换气中CO体积百分数从制氢和净化的角度考虑，最终变换率越高越好，如果气体中CO含量高，在甲烷化过程中消耗大量的氢。一个体积的CO需要水消耗三个体积的氢而生成甲烷，CH4在合
13、成氨中是惰性气体，它会降低合成的有效压力，增大驰放气量和冷冻量的消耗，所以要求有较高的变换率。一般将低变出口气CO浓度降至0.20.3%左右即可。综合对反响热力学、动力学与催化剂的讨论并考虑工艺的其它特点，变换过程工艺条件综述如下。1.4.1压力压力对变换反响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响易于进展。单就平衡而言加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反响速率。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展变换的能耗，比常压变换再进展压缩的能耗底。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与压缩机
14、投，以天然气为原料的大型氨厂变换压力由蒸汽转化的压力决定3。 温度变化反响是可逆放热反响。从反响动力学的角度来看，温度升高，反响速率常数增大对反响速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 CO平衡含量增大，反响推动力变小，对反响速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因而存在着最优反响温对一定催化剂与气相组成，从动力学角度推导的计算式3为Tm=式中Tm、Te分别为最优反响温度与平衡温度，最优反响温度随系统组成和催化剂的不同而变化。汽气比水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/干原料气摩尔比.改变水蒸汽比例是工业变换反响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剩余含量，加速变换反响的进展。由于过量水蒸汽的存在，保证催化剂中活性组分Fe3O4的稳定而不被复原，并使析炭与生成甲烷等副反响不易发生。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，水蒸汽比例过高，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=35，经反响后，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3。工艺流程设计的依据，首先是原料气中CO含量。CO含量高如此采用中高温变换。目前的变化工艺有：中温变
