年产三万吨合成氨厂变换工段设计文档格式.docx
《年产三万吨合成氨厂变换工段设计文档格式.docx》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设计文档格式.docx（58页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
一．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。
二．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
CO2
CO
H2
N2
O2
CH4
合计
含量，％
9.60
11.42
55.71
22.56
0.33
0.38
100
说明书………………………………………………………………………4
前言…………………………………………………………………………………4
1.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…………………………………………………7
1．水汽比的确定…………………………………………………………………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……………………………………………………………37
1.中变炉的计算…………………………………………………………………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：
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）=2920.31M3（标）
因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2962.5M3（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：
9.6
11.42
55.71
22.56
0.33
M3（标）
284.44
338.32
1650.41
668.34
9.78
11.26
2962.50
kmol
12.696
15.103
73.679
29.837
0.436
0.503
132.25
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.
1．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
因此进中变炉的变换气湿组分
H2O
含量％
6.86
8.16
39.80
16.12
0.24
0.27
28.56
284.42
1650.42
9.77
1184.12
4146.61
12.69
15.10
73.68
29.84
0.44
0.50
52.86
185.12
2.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+H2O＝H2+CO2，
则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％
则反应掉的CO的量为：
8.16×
74％=6.04
则反应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-CD
q=
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：
t
300
320
340
360
380
400
T
573
593
613
633
653
673
Xp
0.9012
0.8737
0.8424
0.8074
0.7687
0.7058
420
440
460
693
713
733
0.6859
0.6416
0.5963
中变炉催化剂平衡曲线如下：
4.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。
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：
526
546.8
564.2
581.5
598.8
624.5
256
273.8
291.2
308.5
325.8
351.5
Xp
0.67
0.64
0.61
0.58
0.55
0.52
638.2
649.4
660.7
671
681.6
692.6
365.2
376.4
387.3
398
408.6
419.6
0.49
0.45
702.6
716.6
429.6
443.6
将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：
5．中变炉一段催化床层的物料衡算
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：
39.8
338.18
1184.11
5.1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：
60％×
338.318=202.9908M3（标）
=9.062kmol
出一段催化床层的CO的量为：
338.318-202.9908=135.3272M3（标）
=6.0414kmol
故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为：
1650.409+202.9908-2×
9.776=1833.8478M3（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=487.3908M3（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
升级会员 