年产五万吨合成氨变换工段工艺初步模板
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
合成氨是一种重要的化工原料，在农业、化肥、医药等领域具有广泛的应用。
年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要确保生产效率、降低成本以及保护环境。
下面将介绍一种可能的工艺设计方案，并详细阐述其主要步骤和操作过程。
工艺设计方案：1.原料准备：气体原料包括天然气、汽油等，液体原料包括氨水和硫酸。
将气体原料经过净化处理后，与液体原料进行混合。
2. 混合反应器：将混合后的原料进入混合反应器中，进行催化合成反应。
合成反应通常使用铁催化剂，反应温度为400-500°C，压力为150-300 atm。
3.分离系统：将反应后的混合气体通过冷却器进行冷却，使其达到饱和水蒸气状态。
然后进入分离塔，其中含有若干个塔盘。
通过升温和降压，氨气和氮气分别从塔顶和塔底分离出来。
氨气经过冷凝器冷却，得到液氨产品。
4.副产物处理：除了氨气外，还产生了一些副产物，如甲烷、一氧化碳等。
这些副产物需要进行处理，如通过燃烧转化为二氧化碳和水蒸气。
5.产品处理：将液氨产品进行浓缩、脱水等处理，使其达到合适的纯度要求。
然后进行分装、储存和运输等环节。
在整个合成氨合成工段中，合成反应器是最关键的部分。
其选用合适的催化剂和反应条件，可以保证高效率、高选择性的合成氨反应。
此外，适当的分离系统和副产物处理方式，能够最大程度地回收和利用原料，减少能源消耗和环境污染。
整个工艺设计需要考虑到安全性、经济性和环境性能。
安全性方面，需要对原料进行严格的净化处理，防止催化剂中毒等问题的发生。
经济性方面，需要优化工艺参数，提高产量和纯度，降低生产成本。
环境性能方面，需要优化副产物处理方式，减少废气和废水的排放。
综上所述，年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要综合考虑多个因素，包括催化剂的选择、反应条件的控制、分离系统的设计、副产物处理方式等。
只有通过优化这些环节，才能够实现高效、稳定、安全和环保的合成氨生产。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、工业和化工等领域。
合成氨的生产工艺是通过氮气和氢气在一定条件下进行催化反应，生成氨气。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计是一个重要的工程项目，本文将对该工艺设计进行详细介绍。
二、工艺流程1. 原料准备：氮气和氢气是合成氨的原料，氮气主要来自空分设备，氢气主要来自蒸汽重整装置。
2. 原料净化：氮气和氢气需要经过净化处理，去除其中的杂质和水分，以保证反应的纯净度和稳定性。
3. 反应器设计：合成氨的反应器通常采用催化剂床层式反应器，反应器的设计需要考虑到反应条件、催化剂选择、温度控制等因素。
4. 热力平衡：合成氨反应是一个放热反应，需要进行热力平衡设计，确保反应器内温度的稳定。
5. 催化剂再生：催化剂在反应过程中会逐渐失活，需要定期进行再生或更换。
6. 产品分离：合成氨反应生成的氨气需要进行分离和纯化，得到符合工业标准的合成氨产品。
三、工艺参数1. 反应温度：合成氨反应的适宜温度为350-550摄氏度，需要根据具体情况进行调整。
2. 反应压力：合成氨反应的适宜压力为100-300大气压，过高或过低的压力都会影响反应效果。
3. 催化剂选择：常用的合成氨催化剂有铁、铑、铑铁等，需要根据反应条件选择合适的催化剂。
4. 原料比例：氮气和氢气的摩尔比需要按照化学方程式进行精确控制，以确保反应的充分进行。
5. 反应速率：合成氨反应的速率受到温度、压力、催化剂活性等因素的影响，需要进行精确的反应速率控制。
四、设备选型1. 反应器：合成氨反应器需要选择耐高温、耐压的材料制造，通常采用碳钢或不锈钢材料。
2. 分离设备：合成氨反应产生的氨气需要通过冷凝、吸附等方式进行分离，需要选择适宜的分离设备。
3. 催化剂再生装置：催化剂再生装置需要具备高温高压下的操作能力，通常采用氢气再生或空气再生的方式。
4. 热力平衡设备：合成氨反应需要进行热力平衡设计，需要选择适宜的换热器、冷凝器等设备。
毕业设计-年产5万吨合成氨变换工段工艺设计的项目可行性研究报告
目录一、总论-------------------------------------------------------------31、项目提出背景----------------------------------------------------32、项目建设的必要性与经济意义--------------------------------------33、可行性研究工作的主要范围----------------------------------------34、项目建设的结论和建议--------------------------------------------3二、项目建设的意义---------------------------------------------------3三、国际市场---------------------------------------------------------41、现状------------------------------------------------------------42、供求预测--------------------------------------------------------53、产品价格--------------------------------------------------------6四、国内市场---------------------------------------------------------61、供求关系--------------------------------------------------------62、化肥价格--------------------------------------------------------8五、市场分析与预测---------------------------------------------------9六、原材料、燃料、动力供应-------------------------------------------101、原材料的供应----------------------------------------------------102、燃料、动力供应--------------------------------------------------11七、厂址选择及生产规模-----------------------------------------------111、厂址选择--------------------------------------------------------112、生产规模--------------------------------------------------------15八、工程项目设计-----------------------------------------------------151、变换工段工艺流程的比较与选择------------------------------------152、CO变换工艺的主要设备设备型--------------------------------------203、氨变换工艺的主要设备选型----------------------------------------264、催化剂的比较与选择----------------------------------------------21九、环境保护和对“三废”的治理方案-----------------------------------301、三废的处理------------------------------------------------------302、噪声处理--------------------------------------------------------30十、劳动保护和安全生产-----------------------------------------------311、劳动保护--------------------------------------------------------312、安全生产--------------------------------------------------------31 十一、结论-----------------------------------------------------------32 参考文献-------------------------------------------------------------32年产5万吨合成氨变换工段工艺设计的项目可行性研究报告重庆工商大学，环境与生物工程学院，04化工班，石秀青指导教师：李宁一、总论1、项目提出背景氨是一种重要的化工产品，在国民经济中具有举足轻重的作用，主要用于化学肥料的生产。
五万吨合成氨变换工段工艺初步设计
五万吨合成氨变换工段工艺初步设计合成氨（NH3）是一种广泛应用于肥料生产、化工工业和能源领域的重要中间体。
在这个问题中，我们将进行五万吨合成氨的变换工段工艺初步设计。
1.工艺选择合成氨的常见工艺路线包括谷氨酸法、煤气化法、重整法和协同催化法等。
鉴于规模和技术可行性，我们将选取协同催化法作为工艺路线。
2.原料准备合成氨的主要原料是氮气（N2）和氢气（H2）。
N2可通过空分设备分离出来，而H2可通过天然气蒸汽重整装置或制氢装置生产。
原料气体经过净化步骤去除杂质，确保质量符合要求。
3.催化反应催化反应采用协同催化剂，具体是煤基催化剂和铁基催化剂的组合。
反应器采用固定床反应器，进料气体在催化剂上进行反应。
反应条件包括压力、温度和气体配比等，根据实际情况进行确定。
常用的反应条件为高压（3-10MPa）、高温（350-550℃）和适当的氮氢比例。
4.产品分离反应生成的氨气通过冷却、减压和吸附等步骤进行分离。
氨气与水通过冷却器进行热交换，降低温度。
然后通过分离器进行减压，使氨气从溶液中析出。
氨气回收后，通过吸附剂去除残余的杂质，以达到纯度的要求。
最后，通过压缩机将氨气压缩到适当的压力，以供应下游工艺。
5.傍热回收在冷却和减压过程中，需要高能量输入。
为了节约能源，可以采用傍热回收技术，将部分废热回收利用。
具体的方案包括采用换热器进行热交换和采用适当的废热锅炉等。
6.废水处理合成氨过程中会产生废水，其中含有氨氢离子和少量的有机物。
为了达到环保要求，需要进行废水处理。
常见的废水处理方法包括中和、沉淀、过滤和氨气脱除等步骤。
7.安全措施在合成氨生产过程中，需要采取一系列安全措施，包括定期检查设备，防止泄漏和爆炸，储存和运输氨气等。
同时，要培训和教育操作人员，提升他们的安全意识。
8.自动化控制合成氨生产是一个复杂的过程，需要精确的控制和监测。
可以采用自动化控制系统，实时监控反应温度、压力、流量等参数，并进行相应的调整，以保证产品质量和工艺的稳定运行。
6万吨合成氨变换工段工艺设计
6万吨合成氨变换工段工艺设计合成氨变换工段是合成氨生产过程中的关键环节，它将通过合成产生的氨气进行变换，使其转化为氮气和水。
本文将对6万吨合成氨变换工段的工艺设计进行详细介绍。
1.工艺原理合成氨变换工段采用的是低温变换法，主要基于以下反应：2NH3⇌N2+3H2该反应是一个平衡反应，具有可逆性。
为了提高反应速率和收率，需满足一定的条件，包括适宜的温度、压力和催化剂。
2.工艺流程合成氨变换工段的工艺流程一般包括进料、加热、反应、冷却和分离等步骤。
(1)进料：合成氨气从合成回收装置进入变换工段。
(2)加热：合成氨气在加热炉中加热至适宜的反应温度。
常用的加热方式包括电阻加热和燃气加热。
(3)反应：加热后的氨气进入变换器中进行反应。
变换器一般采用多层催化剂填料，以提高反应效率。
反应温度和压力需根据反应动力学和平衡原理进行优化选择。
(4)冷却：反应后的气体在冷却器中冷却，以控制温度，防止反应逆向进行。
(5)分离：冷却后的气体经过分离装置进行分离，将氮气、水和未反应的氨气分离开。
一般采用冷凝器和吸附器等装置进行分离。
3.工艺参数合成氨变换工段的工艺参数包括反应温度、压力、催化剂选择和反应时间等。
(1)反应温度：反应温度对合成氨的变换速率和收率有着重要影响。
通常选择适宜的反应温度，一般在300-500℃之间。
(2)反应压力：反应压力也是一个重要的工艺参数，它会影响变换速率和收率。
一般选择适宜的反应压力，大致在15-35MPa之间。
(3)催化剂选择：催化剂选择直接关系到反应效果。
常用的催化剂有铁、镍、钼等。
催化剂要具有高效催化性能和较好的稳定性。
(4)反应时间：反应时间需要根据生产规模和设备容量进行确定。
一般情况下，生产规模越大，反应时间越长。
4.工艺优化为了提高工艺效果和经济性，还可以采取以下优化措施。
(1)催化剂再生：催化剂在反应过程中会发生失活，需要定期进行再生。
通过再生可以延长催化剂寿命，减少生产成本。
产五万吨合成氨合成工段工艺设计方案
产五万吨合成氨合成工段工艺设计方案合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、化肥、制药等领域。
在合成氨的工艺设计方案中，需要考虑到原料选择、反应条件、反应器类型、废气处理等方面。
以下是一种可能的合成氨工艺设计方案：1.原料选择：合成氨的主要原料为氮气和氢气，可以通过液化天然气蒸馏得到纯净氢气，通过空气分离装置分离得到高纯度氮气。
2.反应条件：合成氨的反应通常在高温高压下进行，最常用的反应条件是200-300摄氏度，20-50兆帕的压力。
这种条件能够提高反应速度和产率。
3.反应器类型：合成氨的反应器有多种类型，常用的是催化剂床层反应器。
床层反应器中催化剂填充在固定床层中，氮气和氢气通过床层与催化剂接触反应生成氨气。
4.反应步骤：合成氨的反应是一个复杂的多步骤反应过程，其中包括氮气与氢气的吸附、表面反应和脱附步骤。
其中最关键的步骤是氮气和氢气通过催化剂表面的化学反应生成氨气。
5.废气处理：在合成氨的过程中，会产生大量的废气，其中含有未反应的氮气和氢气，还有其他杂质气体。
为了环境保护和资源利用，需要对废气进行处理。
一种常用的废气处理方法是通过吸收剂吸收废气中的氨气，再经过一系列的处理步骤，使其达到环保标准。
总结：合成氨的工艺设计方案需要考虑到原料选择、反应条件、反应器类型以及废气处理等方面。
通过合理的设计可以提高合成氨的产率和纯度，同时减少对环境的影响。
同时，必须对工艺流程进行严格的控制和监测，确保安全和稳定性。
这只是一个可能的合成氨工艺设计方案，实际的工艺设计还需要根据具体的情况进行调整和优化。
【精品】年产5200吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计_毕业论文任务书
化工原理课程设计任务书设计题目：年产5200 吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计一．基础数据1.半水煤气的组成（体积%）H 36.69 CH 0.31CO 32.07 HS 0.2CO 8.75 O 0.2N 21.782.水蒸汽饱和半水煤气时的体积比为 1.2:1 ;饱和水蒸汽后湿混合煤气压力为7.45 kgfcm (绝)；温度为144 ℃；要求经热交换器后温度达到378 ℃后再进变换炉。
3.变换率为90 % ;变换炉出口变换气温度为480 ℃，压力为7.15 kgfcm (绝)。
4.每年估计大修、中修两个月，年工作日按300天计。
5.每生产一吨氨需耗半水煤气量为3562 标准米。
6.要求热交换器管、壳程的压力降均小于250 毫米水柱。
二．设计范围1.列管热交换器传热面积；2.列管热交换器结构及工艺尺寸；3.绘制列管热交换器结构图。
目录摘要 (5)一．概述 (6)二．热交换器设计的主要因素 (6)三．列管式换热器的设计步骤 (7)3.1.物料衡算 (7)3.1.1.净化前组成 (7)3.1.2.净化后组成 (8)3.1.3.混合后组成 (9)3.1.4.变换气组成 (10)3.2.热量衡算及物性数据 (11)3.2.1.冷、热流体的摩尔流率 (11)3.2.2.冷流体的物性参数 (11)3.2.2.1.冷流体的定性温度 (11)3.2.2.2.冷流体的比热 (12)3.2.2.2.1.常压下，各气体在时的比热 (12)3.2.2.2.2.常压下，混合气在时的比热 (12)3.2.2.2.3.比热的校正 (12)3.2.2.3.冷流体的黏度 (13)3.2.2.3.1.各气体在时的黏度 (13)3.2.2.3.2.混合气在时的黏度 (13)3.2.2.4.冷流体的导热系数………………………………………………………143.2.2.4.1.各气体在时的导热系数 (14)3.2.2.4.2.混合气在时的导热系数 (14)3.2.2.5.冷流体的密度……………………………………………………………143.2.2.5.1.各气体在时的密度 (14)3.2.2.5.2.混合气在时的密度 (15)3.2.2.6.冷流体的吸热量…………………………………………………………153.2.2.7.冷流体的平均摩尔质量…………………………………………………153.2.3.热流体的物性参数…………………………………………………………153.2.3.1.热流体的出口温度T2 (15)3.2.3.2.热流体的定性温度………………………………………………………163.2.3.3.热流体的比热……………………………………………………………163.2.3.4.热流体的黏度……………………………………………………………163.2.3.4.1.各气体在时的黏度 (17)3.2.3.4.2.变换气在时的黏度 (17)3.2.3.5.热流体的导热系数………………………………………………………173.2.3.5.1.各气体在时的导热系数 (17)3.2.3.5.2.变换气在时的导热系数 (17)3.2.3.6.热流体的密度 (18)3.2.3.6.1.各气体在时的密度 (18)3.2.3.6.2.变换气在时的密度 (18)3.2.3.7.热流体的平均摩尔质量 (18)3.2.4.冷、热流体的物性表 (18)3.3.冷热流体的流程安排 (19)3.4.管、壳程数的确定 (19)3.5.传热平均温差的计算 (19)3.6.估算传热面积 (20)3.7.结构设计 (20)3.7.1.管程设计—确定换热管规格、管数和布管 (20)3.7.2.设置拉杆 (21)3.7.3.确定管程流速 (22)3.7.4.壳程设计 (22)3.7.4.1.确定换热管长度 (22)3.7.4.2.管外传热面积的设计值A。
年产万吨合成氨变换工段工艺设计终稿定稿版
年产万吨合成氨变换工段工艺设计终稿HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】合成氨厂变换车间工艺设计摘要：本设计主要是对合成氨工厂变换工段的设计，此设计选用中变串低变工艺流程。
工艺计算过程主要包括物料衡算，能量衡算以及设备选型计算等。
关键词：合成氨；变换；计算The Technological Design on transform System forAmmonia PlantAbstract：This design was mainly for the synthetic ammonia plant shift conversion section. The technological process used the middle temperature change first ，and then used the low temperature change .Process calculation mainly included material balance, energy balance and equipment selection.Key words:ammonia synthesis, transform , calculation.目录第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 目的和意义 (1)1.3 合成氨工业概况 (2)1.3.1 基本现状 (2)1.3.2 发展趋势 (2)1.3.3 应用领域 (2)1.4 变换工艺介绍 (3)1.4.1 中温变换工艺 (3)1.4.2 中串低变换工艺 (3)1.4.3 中低低变换工艺 (3)1.4.4 全低变工艺 (4)1.5 变换工艺的选择 (4)1.5.1 工艺原理 (4)1.5.2 工艺条件 (4)1.5.3 工艺流程确定 (5)1.5.4 主要设备的选择说明 (6)第2章物料与热量衡算 (7)2.1 已知生产条件 (7)2.2 水气比的确定 (7)2.3 中变炉CO的实际变换率的求取 (8)2.4 中变炉催化剂平衡曲线 (9)2.5 最佳温度曲线的计算 (10)2.6 中变炉一段催化床层的物料衡算 (10)2.6.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (11)2.6.2 对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行估算 (13)2.6.3 中变炉一段催化床层的热量衡算 (13)2.7 中变一段催化剂操作线的计算 (16)2.8 中间冷凝过程的物料和热量计算 (17)2.9 中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (18)2.9.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (19)2.9.2 中变炉二段催化床层的热量衡算： (21)2.10 中变炉物料、热量恒算结果列表 (23)2.11 低变炉的物料与热量衡算 (24)2.11.1 低变炉的物料衡算 (24)2.11.2 低变炉的热量衡算 (26)2.12 低变炉催化剂平衡曲线 (28)2.13 最佳温度曲线的计算 (29)2.14 废热锅炉的热量和物料衡算 (30)2.15 水蒸汽的加入 (32)2.16 主换热器的物料与热量的衡算 (33)2.17 调温水加热器的物料与热量衡算 (34)第3章设备的选型 (36)3.1 中变炉的计算 (36)3.1.1触媒用量的计算 (36)3.1.2第一段床层触媒用量 (36)3.1.3 第二段床层触媒用量 (37)3.1.4 触媒直径的计算 (39)3.2主换热器的计算 (41)3.2.1传热面积的计算 (41)3.2.2 设备直径与管板的确定 (42)3.2.3 传热系数的验算 (42)3.2.4 壳侧对流传热系数计算 (44)3.2.5 总传热系数核算 (45)3.2.6传热面积的核算 (45)3.3 其他主设备 (46)第4章设备一览表 (47)参考文献 (48)致谢 (49)第1章 绪 论1.1 概述氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨变换工段工艺设计
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智能化：自动化控制，提高生产 效率，降低人工成本
挑战：技术研发投入大，市场竞 争激烈，环保要求不断提高
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合成氨变换工段工艺设计
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目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 合成氨变换工段概述 合成氨变换工段工艺流程 合成氨变换工段设备与操作 合成氨变换工段安全与环保 合成氨变换工段优化与改进
01
添加目录项标题
02
合成氨变换工段概述
合成氨变换工段定义
合成氨变换工段是 合成氨生产过程中 的一个重要环节
冷却目的：降低变换气的温度，提高反应效率 冷却方式：采用水冷或气冷方式 分离目的：将变换气中的氨和氮气分离，提高氨的纯度 分离方式：采用冷凝、吸收或膜分离等方式
04
合成氨变换工段设备与操作
设备组成及功能
压缩机：用于提高气体压力， 提高反应速率
冷凝器：用于气体冷凝，回 收热量和氨气
换热器：用于热量交换，提 高反应效率
净化效果：提高原料气纯度，降低有害物 质含量
净化后原料气输送：输送至合成氨变换工 段进行反应
变换反应
反应原理：氮气和氢气在催化剂作用下生成氨气 反应条件：高温、高压、催化剂 反应产物：氨气、氮气、氢气 反应过程：氮气和氢气在催化剂作用下发生反应，生成氨气和氮气，同时释放出热量和压力。
变换气冷却与分离
防火防爆：设置 防火防爆设施， 防止火灾爆炸事 故
环保措施：采用 环保技术，减少 废气、废水、废 渣排放，保护环 境
环保要求及排放控制
废水处理：采用先进处理技 术，实现废水循环利用
废气处理：采用高效净化设 备，减少废气排放
年产万吨合成氨变换工段工艺设计终稿
合成氨是一种重要的化工原料，用于生产化肥、烟火药、染料等多种产品。
年产万吨合成氨变换工段的工艺设计是合成氨生产过程中的重要环节，对生产效率和产品质量有着重要影响。
本文将针对年产万吨合成氨变换工段的工艺设计进行详细描述。
首先，年产万吨合成氨变换工段的主要反应是氮气与氢气的结合生成氨气，这是一个放热反应，需要在适当的条件下进行。
工艺设计中需要考虑到反应的速率、平衡和选择合适的催化剂以提高反应效率。
为了保证反应的连续性和稳定性，需要选择合适的反应器。
一般采用固定床反应器，在反应器内放置合适的催化剂，通过控制反应物的供给速率和控制温度，使反应物在反应器内进行有效的转化。
其次，变换工段还需要考虑气体的分离和净化问题。
在变换反应中，除了生成氨气外，还会伴随着一些不完全反应产物、杂质气体和催化剂颗粒等。
这些物质需要通过各种分离和净化操作进行处理，以获得纯度较高的合成氨。
常见的分离和净化操作包括压缩、冷却、洗涤、吸附等。
此外，工艺设计中还需考虑能量的回收和利用。
合成氨生产是一个能量密集型的过程，能源消耗占据了生产成本的很大比重。
因此，在工艺设计中需要考虑能源的回收和利用，以提高能源利用效率。
常见的能量回收和利用方法包括余热回收、废气利用等。
最后，工艺设计中还需要考虑安全和环境因素。
合成氨生产过程中涉及高压、高温、易燃易爆等危险因素，需要采取相应的安全措施来确保生产的安全性。
同时，工艺设计还需要考虑环境保护，减少污染物的排放，采取合适的处理措施进行废气、废水、废渣等的处理。
综上所述，年产万吨合成氨变换工段的工艺设计需要考虑反应速率、催化剂选择、反应器设计、气体分离与净化、能量回收利用、安全和环境等多个方面的因素。
只有充分考虑到这些因素，才能设计出高效、安全、环保的合成氨生产工艺，确保产品质量和生产效率的提高。
化工设计作业设计题目示例
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年产6万吨甲醇合成脱硫生产工艺
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年产20万吨苯乙烯的精馏装置工艺设计
1万立方米SCR烟气脱硝系统设计
年产6000吨二、三氯甲烷设计中和工段
年产800吨啶虫脒化学工艺设计
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一、设计（论文）的要求：1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流程确定，以及主要设备的选择说明,对本设计的评述。
2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备计算。
3、图纸带控制点的工艺流程图。
二、设计（论文）的原始数据：天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。
年工作日330天其余数据自定。
三、参考资料及说明：《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其它相关杂志目录1. 前 (4)2. 工艺原理.................................................. (4)3. 工艺条件…………………………………………………………………… (5)4. 工艺流程的确定 (6)5. 主要设备的选择说明 (6)6. 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 (8)1．确定转化气组2．水汽比的确定 (8)3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9)4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11)5．中变炉催化剂平衡曲线 (13)6. 最佳温度曲线的计算 (14)7 ．操作线计算 ...................................................... 1 5 8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16)9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17)10. 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- (29)1.低温变换炉计算- (29)2.中变废热八、、锅炉.... (31)参考文献及致谢・... (35)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, 因此必须进行净化处理, 一般, 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。
当前, 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+H 2O=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:H 2+O2=H 2O+Q工艺条件1•压力：压力对变换反应的平衡几乎没有影响。
可是提高压力将使 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,因此，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T eRT e . E 2 In - E 2E i E i 式中Tm 、Te —分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温 度随系统组成和催化剂的不同而变化。
Tm=-11．汽气比:水蒸汽比例一般指H2O/CO 比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是工业变换反应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 残余含量, 加速变换反应的进行。
由于过量水蒸汽的存在, 保证催化剂中活性组分Fe3O4 的稳定而不被还原, 并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。
可是, 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, 蒸汽比例如果过高, 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, 因此, 中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：H2O/CO=3〜5,经反应后，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。
工艺流程确定当前的变化工艺有：中温变换, 中串低, 全低及中低低 4 种工艺。
本设计参考四川省自贡市鸿鹤化工厂的生产工艺, 选用中串低工艺。
转化气从转化炉进入废热锅炉, 在废热锅炉中变换气从920C降到330 C ,在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间, 以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。
再经过换热器将转换气的温度降到180C左右,进入低变炉将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下, 再进入甲烷化工段。
主要设备的选择说明中低变串联流程中, 主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。
低变炉选用C6型催化剂，计算得低变催化剂实际用量10.59m3。
以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO 浓度。
对本设计评述天然气变换工段工序是合成氨生产中的第一步, 也是较为关键的一步, 因为能否正常生产出合格的压缩气, 是后面的所有工序正常运转的前提条件。
因此, 必须控制一定的工艺条件, 使转化气的组成, 满足的工艺生产的要求。
在本设计中, 根据已知的天然气组成, 操作条件, 采用了中变串低变的工艺流程路线。
首先对中, 低变进行了物料和热量衡算, 在计算的基础上, 根据计算结果对主要设备选型, 最终完成了本设计的宗旨。
设计中一共有中温废热锅炉, 中变炉, 主换热器, 调温水换热器, 低变炉几个主要设备。
由于天然气变换工段工序是成熟工艺, 参考文献资料较多, 在本设计中, 主要参考了《小合成氨厂工艺技术与设计手册》和《合成氨工艺学》这两本书。
由于时间有限, 设计可能不完善, 请各位老师指出。
谢谢!第一章变换工段物料及热量衡算第一节中温变换物料衡算及热量衡算1 .确定转化气组成已知条件中变炉进口气体组成计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变化气量：（ 1000/17）X 22.4/（ 2X 22.56）=2920.31 M3（标）因为在生产过程中物量可能回有消耗，因此变化气量取2962.5 M3（标）年产5万吨合成氨生产能力：日生产量：50000/330=151.52T/d=6.31T/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：假设入中变炉气体温度为335摄氏度，取出炉与入炉的温差为30摄氏度，则出炉温度为365摄氏度。
进中变炉干气压力P中=1.75Mpa.2. 水汽比的确定：考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，因此取H2O/CO=3.5故V（水）=1973.52m3（标）n（水）=88.1kmol因此进中变炉的变换气湿组分：中变炉CO的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol,其中CO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,贝S CO的实际变换率为：X % =绻Ya X 100=74 %Y a 1 Y a式中Ya、Y a分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基）则反应掉的CO的量为：8.16 X 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%C02% =6.86% +6.04 % =12.9 %中变炉出口的平衡常数：K= （ H 2%x CO2%） /（ H2O %x CO %） =12查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知K=12时温度为397C 中变的平均温距为397 C -365 C =32 C中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。
3. 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%。
因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：假使。
2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%x 563.86=338.318M 3（标）=15.1koml出一段催化床层的CO的量为：563.86-338.318=225.545 M 3（标）=10.069koml 故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为：2750.68+338.318-2 X 16.29=3056.41 M 3（标）=136.447koml故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：474+338.318=812.318 M 3（标）=36.26koml出中变炉一段催化床层的变换气干组分：剩余的H20的量为:1973.52-338.318+2 X 16.29=1667.79M 3（标）=74.45koml 因此出中变炉一段催化床层的变换气湿组分：对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行计算：已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（％）:对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据:K=（H 2%X CO2%）/（ H2O%X CO%）计算得K=6.6查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当K=6.6时t=445 C设平均温距为30C ,则出变炉一段催化床层的变换气温度为：445 C -30 °C =415 C4. 中变炉一段催化床层的热量衡算以知条件：进中变炉温度：335 C出变炉一段催化床层的变换气温度为：415 C反应放热Q:在变化气中含有CO, H2O, O2, H2这4种物质会发生以下2种反应：CO +H2O=CO2+H2 ( 1-1)O2 + 2H2= 2 H2O ( 1-2)这2个反应都是放热反应。