【正文】 了寬變催化劑，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從80年代中期發(fā)展起來的。變換反應如下：。變換工段是指CO與水蒸氣反應生成CO2和H2的過程。最后，少量的CO用液氨洗滌法，或是低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除。據(jù)統(tǒng)計，世界每年合成氨產(chǎn)量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。因此，CO變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。目 錄1 概述 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 42 全廠總平面布置 5 5 5 5 5 53 物料與熱量衡算 7 7 7 7 7 8 8 9 12 15 15： 16 16 17 17 飽和熱水塔的熱量和物料衡算 19 飽和塔的熱量和物料衡算 19 20 21 234 設備的計算 24 24 24 24 第二段床層觸媒用量 25 觸媒直徑的計算 26 27 28 28 28 29 29 30 30 31 32 32 335 變換爐機械設計及校核 35 35 35 35 35 裙座質(zhì)量 36 3法蘭、接管與附屬物質(zhì)量 36 3扶梯質(zhì)量 36 36 37 37 37 38 39 39 39 39 39 40 40 40 41 41 41 42 42 42 43 43 43 43總結(jié) 45設備一覽表 46符號說明 47參考文獻 48致謝 49附圖說明 501 概述氨是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于化學肥料的生產(chǎn)。 Next according to the parameters to calculate the material and heat balance of the main equipment such as medium temperature shift furnace、low temperature shift furnace and Saturated hot water tower.。本設計采用中串低工藝流程。首先對工藝流程和工藝條件進行簡單說明；然后對全廠布置進行合理的設計；其次根據(jù)工藝參數(shù)對中變爐、低變爐、飽和熱水塔等主要設備進行物料、熱量衡算；再次對變換爐、換熱器進行總體結(jié)構(gòu)設計和計算；最后對變換爐進行強度校核。 Then design and calculate overall structure of the shift converter and the heat interchanger. Finally carries on the intensity examination to the shift converter. Key word: low and medium temperature。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。最后，少量的CO用液氨洗滌法，或是低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除。氨是重要的無機化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。合成氨的生產(chǎn)主要分為原料氣的制取和原料氣的凈化與合成。合成氨，除原料為天然氣、石油、煤炭等一次能源外，整個生產(chǎn)過程還需消耗較多的電力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應熱，并控制變換段出口殘余CO含量。所謂中變串低變流程，就是在B106等FeCr系催化劑之后串入CoMo系寬溫變換催化劑。變換過程需在高溫高壓使用催化劑條件下進行，因此變換工序是合成氨生產(chǎn)的高成本工序,其成本降低對合成氨成本的降低有重要意義。大型化、集成化、自動化,形成經(jīng)濟規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術將日趨成熟和不斷完善；提高生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的可靠性,延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟性、增強競爭力”的必要保證。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氨肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氨混肥和復肥，都是以氨為原料的。氨的其他工業(yè)用途也十分廣泛，例如，作為制冰、空調(diào)、冷藏等系統(tǒng)的制冷劑，在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的銅、鎳等金屬，在醫(yī)藥和生物化學方面生產(chǎn)磺胺類生物、維生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。前者指在合成塔后設置水加熱器以熱水形式向變換系統(tǒng)補充熱能，并通過變換工段設置的兩個飽和熱水塔使自產(chǎn)蒸汽達到變換反應所需的汽氣比。一方面入爐的蒸汽比有較大幅度的降低；另一方面變換氣中的CO含量也大幅度降低。另外，由于變換效率的提高，合成氨產(chǎn)量可以相對增加。該流程與中變串低變相比，關鍵是增加了第一低變，填補了280～250℃這一中變串低變所沒有的反應溫區(qū)，充分利用了低變催化劑在這一溫區(qū)的高活性。汽氣比降低，蒸汽消耗大幅下降，在幾種變換流程中蒸汽消耗最低。催化劑段間換熱等用水加熱器逐級回收、逐級加熱飽和熱水塔循環(huán)熱水，出飽和塔半水煤氣的溫度及飽和度高，出熱水塔變換氣溫度可降到100℃以下。但是提高壓力使析炭和生成甲烷等副反應易于進行。由于干原料氣摩爾數(shù)小于干變換氣的摩爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進行變換的能耗，比常壓變換再進行壓縮的能耗底。從反應動力學的角度來看，溫度升高，反應速率常數(shù)增大對反應速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 CO平衡含量增大，反應推動力變小，對反應速率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。改變水蒸汽比例是工業(yè)變換反應中最主要的調(diào)節(jié)手段。一氧化碳變換工藝的流程安排應做如下考慮。如允許變換氣中殘余CO體積分數(shù)在3%左右，只采用中變即可。從壓縮工段來的半水煤氣進入飽和熱水塔，在飽和塔中半水煤氣從30℃升溫到109℃，在飽和塔出口加入水蒸汽使汽氣比達到3到5之間，以后再進入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到3%以下。以上設備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換氣中所要求的CO濃度。全廠應主要包括廠前區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、動力區(qū)、倉庫區(qū)、三廢處理區(qū)。動力區(qū)：包括變電站、鍋爐房等。平面布置有以下幾個特點：廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應。 合成氨全廠人員編制工種班制男女總?cè)藬?shù)原料崗位333熱電崗位333造氣崗位333變換崗位333脫碳崗位333甲烷化崗位333壓縮崗位333脫硫崗位333尿素崗位333司爐崗位333技術員1314安全員122輔助人員155車間主任144總計3213453 物料與熱量衡算 進中變爐變換氣組分含量見下表： 進中變爐變換氣各組分含量組 分CO2COH2N2O2CH4合計含量，％100計算基準：1噸氨計算生產(chǎn)1噸氨需要的變換氣量：，則變換氣量取3560Nm3年產(chǎn)五十萬噸合成氨日生產(chǎn)量為（一年連續(xù)生產(chǎn)330天）：進中變爐的變換氣干組分見下表： 進中變爐變換氣干組分含量組 分CO2COH2N2O2CH4合計含量，％100Nm38013560kmol假設進中變爐的變換氣溫度為330℃，取變換氣進出的溫差為35℃，出爐的變換氣溫度為365℃。根據(jù)H2O/CO=3，與文獻[1]上的公式 其中A、B、C、D分別代表CO、H2O、CO2及H2的起始濃度。設平均溫距為35℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：445℃35℃=415℃（3）中變爐一段催化床層的熱量衡算已知條件：進中變爐一段催化床層的變換氣溫度：330℃出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415℃可知反應放熱Q：在變化氣中含有CO，H2O，O2，H2 這4種物質(zhì)會發(fā)生以下2種反應：（1） （2）這2個反應都是放熱反應。01175180185190195200205溫度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 低變爐操作線根據(jù)公式 其中A、B、C、D分別代表CO、H2O、CO2及H2的起始濃度 不同溫度下低變催化劑的轉(zhuǎn)化率t160180200220240260280T433453473493513533553Xp低變爐催化劑平衡曲線如下：01160180200220240260280300溫度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 低變催化劑平衡曲線由于低變爐選用B302型催化劑。a．蒸汽混合前物料的熱量：飽和塔出口干氣熱量Q1=536970kJ過熱蒸汽熱量Q2330℃，過熱蒸汽的焓I=Q2=(－)18=3069079kJ半水煤氣中蒸汽熱量即出飽和塔的水蒸氣熱量：1567784kJ蒸汽混合前物料的熱量為：5200833Jb．蒸汽混合后物料的熱量：設混合后溫度為154℃，干半水煤氣在154℃的比熱容Cp=30kJ/（kmol.℃）。Q5=5558925=222357kJ熱平衡 2807611+ +222357=5558925計算得出換熱器變換氣溫度為 t=358℃ 中間換熱器熱量平衡表物質(zhì)帶入熱量(kJ)帶出熱量(kJ)熱損失(kJ)半水煤氣18407472807611變換氣37181781619271總計464923944268822223574 設備的計算根據(jù)文獻[2]可知： 式中 Vr ——觸媒體積，M3(標)T0 ——標準接觸時間， / Nm3V0——通過觸媒的氣體體積，Nm3/h標準接觸時間的計算公式如下：式中： Kp——反應平衡常數(shù)；k——反應速度常數(shù)；n——變換的CO的量，分子分率；其中A、B、C、D分別代表CO、H2O、CO2及H2的起始濃度計算基準： 已知條件：第一段床層變換氣進口溫度為：330℃，第一段床層變換氣出口溫度為：415℃平均溫度為：(330℃+415℃)/2=℃由文獻[2]得:℃時反應速度常數(shù)k1=4600，加壓時取校正系數(shù)：，則：實際體積流量進第一段床層的變換氣濕組分： 進第一段床層的變換氣濕組分含量組 分CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量％100Nm380124035963kmol出第一段床層變換氣中CO%=%℃時，查文獻[1]得Kp=則：所以:備用系數(shù)?。核裕?第二段床層觸媒用量已知條件：第二段床層變換氣進口溫度為：353℃，第二段床層變換氣出口溫度為：380℃平均溫度為：（353℃+380℃）/2=℃由文獻[2]得到在375℃時反應速度常數(shù)k1=4600，在317℃時反應速度常數(shù)k2=2130。r ——氣體在操作狀態(tài)下的重度,。C6型觸媒外型尺寸為￠98mm圓柱體dp=(6Vp) 247。實際流速為:已知條件：進低變爐催化床層的變換氣溫度為：181℃出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203℃氣體流量:用B302Q低變催化劑進行計算取催化劑床層空速為2500h1則低變催化劑用量在采用中變串低變流程中，低變催化劑條件較好，故可以不考慮催化劑備用系數(shù)。選輕度腐蝕無縫鋼管：絕對粗糙度 選取流速為：所以管徑為： 所以選用834mm管，故圓整后管徑為：74mm所以實際流速：計算得Re=163025查圖得摩擦系數(shù)為：取管長為：20米所以直管阻力：在緩沖罐和精餾塔進料口列伯努力方程：其中以地面為參考面則：，m； ；u1=u2；管路中有兩個標準彎頭 2=5m；2個角式截至閥 2=7m。圓筒質(zhì)量塔體圓筒總高度查文獻[5]得：DN2400，壁厚17mm的橢圓形封頭的質(zhì)量為281kg，則 裙座質(zhì)量