年产三万吨合成氨厂变换工段设计

四川理工学院毕业设计题目年产三万吨合成氨厂变换工段设计作者

系别材料与化学工程系

专业无机化工011

指导教师

接受任务日期2005年2月28日

完成任务日期2005年6月1 日

毕业设计说明书题目年产3吨合成氨厂变换工段设计作者

系别材料与化学工程系

专业无机化工指导教师

接受任务日期2005年2月28日

完成任务日期2005年6月1 日

毕业设计任务书材化系无机化工专业01 级 1 班题目年产3吨合成氨厂变换工段设计

起讫日期 2005 年2 月28 日起至2005 年6 月1 日止指导老师

教研室主任

系主任

学生姓名

批准日期 2005 年 2 月 28 日接受任务日期 2005 年 2 月 28 日完成任务日期 2005 年 6 月 1 日

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

目录

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）=2920.31 M 3(标)

因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2962.5 M 3(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：

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℃。 进中变炉干气压力中

P =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H 2O/CO=3.5 故V （水）=3.5 V 水=1184.113m 3(标) ，n (水)=52.862kmol 因此进中变炉的变换气湿组分

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+H 2O ＝H 2+CO 2，

则CO 的实际变换率公式为：

X p ％=

()

a a a a Y Y Y Y '+'

-1×100 （2-1） 式中a Y 、'a Y 分别为原料及变换气中CO 的摩尔分率（湿基） 所以：X p =

()()16

.8210010004.616.8⨯+⨯-

=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：

H 2O ％=28.56％-6.04％+0.48％

=23％ CO ％=8.16％ -6.04％

=2.12％

H 2％ =39.8％+6.04％-0.48％

=45.36％ CO 2％=6.86％+6.04％

=12.9％

中变炉出口的平衡常数：

Kp= （H 2％×CO 2％）/（H 2O ％×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H 2O/CO 可用。

3．中变炉催化剂平衡曲线

根据H 2O/CO=3.5，与文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》上的公式 X P =

AW

q

U 2-×100％ V=K P AB-CD q=WV U 42-

U=K P （A+B ）+（C+D ） W=K P -1

其中A 、B 、C 、D 分别代表CO 、H 2O 、CO 2及H 2的起始浓度 计算结果列于下表：

中变炉催化剂平衡曲线如下：

0102030405060708090100300

350

400

450500

温 度（℃）

C O 转化率 X p