合成氨变换工段设计(doc毕设论文)

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1、合成氨变换工段设计目录1.前言………………………………………………………………………………42.工艺原理…………………………………………………………………………43.工艺条件…………………………………………………………………………54.工艺流程的确定…………………………………………………………………65.主要设备的选择说明……………………………………………………………66.对本设计的综述…………………………………………………………………6第一章变换工段物料及热量衡算……………………………………………8第一节中变物料及热量衡算………………………………………………………81．确定转化气组成…………

2、………………………………………………………82．水汽比的确定……………………………………………………………………83．中变炉一段催化床层的物料衡算………………………………………………94．中变炉一段催化床层的热量衡算………………………………………………115．中变炉催化剂平衡曲线…………………………………………………………136.最佳温度曲线的计算……………………………………………………………147．操作线计算……………………………………………………………………158．中间冷淋过程的物料和热量计算……………………………………………169．中变炉二段催化床层的物料衡算……………………………………

3、………1710.中变炉二段催化床层的热量衡算……………………………………………18第二节低变炉的物料与热量计算………………………………………………19第三节废热锅炉的热量和物料计算……………………………………………24第四节主换热器的物料与热量的计算…………………………………………26第五节调温水加热器的物料与热量计算……………………………………28第二章设备的计算………………………………………………………………291.低温变换炉计算………………………………………………………………292.中变废热锅炉…………………………………………………………………31参考文献及致谢…………………………………

4、………………………………35前言氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。最后，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与水蒸气反应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

5、艺流程，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，就是在B107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，也大幅度降低了能耗。工艺原理：一氧化碳变换反应式为：CO+H2O=CO2+H2+Q(1-1)CO+H2=C+H2O(1-2)其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催

6、化剂，进而抑制其它副反应的发生。一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。变换过程中还包括下列反应式：H2+O2=H2O+Q工艺条件1.压力：压力对变换反应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应易于进行。单就平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。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行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。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及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂操作压力为0.7-1.2MPa,中型氨厂为

7、1.2~1.8Mpa。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa.1.温度：变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即CO平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为Tm=式中Tm、Te—分