【正文】 .......................... 14 最佳溫度曲線的計(jì)算 .............................. 14 操作線計(jì)算 ...................................... 15 中間冷淋過程的物料和熱量衡算 ....................... 16 中變爐二段催化床層的物料和熱量衡算 ................. 17 中變爐二段催化床層的物料衡算 ..................... 17 中變爐二段催化床層的熱量衡算 ..................... 19 低變爐的物料和熱量計(jì)算 ............................ 20 低變爐的物料衡算 ................................ 20 低變爐的熱量衡算 ................................ 22 低變爐催化劑平衡曲線 ............................ 23 最佳溫 度曲線的計(jì)算 .............................. 24 最適宜溫度曲線 .................................. 24 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 ........................ 26 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量 計(jì)算 ....................... 28 第四章 設(shè)備的計(jì)算 ............................... 29 低溫變換爐計(jì)算 .................................... 29 已知條件 ： ...................................... 29 催化劑用量計(jì)算 .................................. 29 催化床層直徑計(jì)算 ................................ 29 中變換熱器計(jì)算 .................................... 30 已知條件 ........................................ 30 傳熱面積的計(jì)算 .................................. 30 設(shè)備直徑與管板的確定 ............................. 31 傳熱系數(shù)的驗(yàn)算 .................................. 31 殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算 ............................. 33 總傳熱系數(shù)核算 .................................. 33 傳熱面積的核算 .................................. 33 第五章 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì) .......................... 34 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 車間布置設(shè)計(jì)的原則 ............................... 34 車間設(shè)備布置的原則 ............................. 34 車間設(shè)備平立面布置的原則 ........................ 34 本工段設(shè)計(jì)設(shè)備布置規(guī)劃 ......................... 35 第六章 自動(dòng)控制 ................................. 35 主要的控制原理 ................................... 35 自控水平與控制點(diǎn) ................................. 36 第七章 安全和環(huán)境保護(hù) ........................... 36 三廢產(chǎn)生情況 ..................................... 36 三廢處理情況 ..................................... 36 第八章 公用工程 ................................. 36 供水 ............................................ 37 供電 ............................................ 37 通風(fēng) ............................................ 37 供暖 ............................................ 37 電氣 ............................................ 38 結(jié)束語 ............................................... 38 參考文獻(xiàn) ............................................. 39 致 謝 ............................................... 40 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 摘 要 本文是關(guān)于天然氣為原料年產(chǎn) 15 萬噸氨一氧化碳變換工段初步設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)主要包括工藝路線的確定、中溫變換爐的物料衡算和熱量衡算、中溫變換爐工藝計(jì)算和設(shè)備選型、換熱器的物料衡算和熱量衡算以及設(shè)備選型等。 Temperature shift converter。所以通過一氧化碳變換反應(yīng)既能把一氧化碳轉(zhuǎn)化為易在 下游除去的二氧化碳同時(shí)又生產(chǎn)有效組分氫氣或生產(chǎn)具有較高 H2/CO2 比的合成氣。常用的有采用中溫變換串聯(lián)低溫變換工藝，使用新型高活性的低溫催化劑，常壓變換變?yōu)榧訅鹤儞Q等。國外大部分使用寬溫區(qū)的催化劑，變換催化劑從傳統(tǒng)類型 FeCr 系變換為 CoMo系。粗原料氣中常含有大量的 C，由于 CO 是合成氨催化劑的毒物，所以必須進(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過 CO 變換反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為易于清除的 CO2 和氨合成所需要的 H2。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。在中變串低變流程中，由于寬變催化劑的串入，操作條件發(fā)生了較大的變化。 生產(chǎn)制度 本工廠實(shí)行倒班制度，初步擬定為 五班三倒。 原料與產(chǎn)品規(guī)格 原料規(guī)格 表 11 原料氣組分 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計(jì) % 100 產(chǎn)品規(guī)格 經(jīng)過變換反應(yīng)后，氣體中 CO 含量應(yīng)低于 2%。本設(shè)計(jì)參考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產(chǎn)工藝，選用中串低工藝。 工藝條件 壓力 壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響。從能量消耗上看，加壓也是有利。本設(shè)計(jì)的原料氣由小型合成氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化而來，故壓力可取 。 汽氣比 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽 /干原料氣 .改變水蒸汽比例是工業(yè)變換反應(yīng)中最主要的調(diào)節(jié)手段。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第三章 工藝計(jì)算 中變爐一段催化床層的物料和熱量衡算 確定轉(zhuǎn)化氣組成 已知條件中變爐進(jìn)口氣體組成 ： 表 31 原料氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計(jì) % 100 計(jì)算 基準(zhǔn)： 1 噸氨 計(jì)算生產(chǎn) 1 噸氨需要的 變化氣量： （ 1000/17） （ 2 ） = Nm3 因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物量可能會(huì)有消耗，因此變化氣量取 Nm3 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 日生產(chǎn)量： 150000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％ 表 32 進(jìn)中變爐的變換氣干組分 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量， ％ 100 M 3 kmol 假設(shè)入中變爐氣體溫度為 330℃，取出爐與入爐的溫差為 35℃，則出爐溫度為 365℃。 中變爐一段催化床層的物料衡算 假設(shè) CO 在一段催化床層的 實(shí)際變換率為 60％。 △H=（ ∑niH i） 始 －（ ∑niH i） 末 式中 △H —— 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱， kcal；（ ） 。 查《合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為 E1=10000千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 計(jì)算結(jié)果如下如下： 表 320 變換氣中各組分的生成焓 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 放熱： CO +H2O=CO2+H2 △H1=（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 所以得： Q1==氣體吸熱 Q2： 根據(jù)《物理化學(xué)教程》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計(jì)算 熱容。熱容的單位為 kJ/（ ） ，結(jié)果同 3–10。 熱量衡算： （ 1） 入熱： 水的帶入熱 Q1 查表得：水在 20℃ 時(shí) Cp= kJ/（ ） 所以： Q1=X（ 20+273） = 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱 Q2： 轉(zhuǎn)化氣在 920℃ 時(shí) T=1193K 根據(jù)《物理化學(xué)》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計(jì)算熱容。熱容 的單位為 kJ/（ ） 。 = kmol 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 已知條件： 進(jìn)出設(shè)備的變換氣的量： kmol 進(jìn)出設(shè)備的水的 量： X kmol 物料的量在設(shè)備中無變化。 當(dāng) T=638K 時(shí)，計(jì)算結(jié)果如下： 表 334 T=638K 各組分熱容 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以： Q1=（ 365+273） = 水的帶入熱 Q2: 水在 20℃ 時(shí) Cp= kJ/（ ） 所以得： Q2=X*(20+273)*=*X 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃， T=523K 時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)教程》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計(jì)算熱容。 ，取其平均值為 5 =，即轉(zhuǎn)化 為球形粒徑，即φ ， dp== 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 設(shè)催化劑床層直徑為 , 則： E=+ 3 7 8 0 4 0 7 ????Dd p （ 1）催化劑床層阻力 氣體平均分子量 M= 氣體在進(jìn)入低變催化劑層中的重度γ γ =1273 ???= 式中： 200 為氣體的平均溫度值 氣體質(zhì)量流量 G=? ? 2 4 5 6??? =() （ 2）催化劑層高 L=）（??= m 所以：Δ P= ? ? ? ? ??????? ? =628kgf/m2=(628mmH2O) 計(jì)算結(jié)果符合要求Δ P＜ , 故假設(shè)正確，取催化劑直徑 中變換熱器計(jì)算 已知條件 已知條件： 水進(jìn)主換熱器的溫度： 20℃ 水出主換熱器的溫度： 90℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 365℃ 變換氣出主換熱器的溫度： 250℃ 傳熱面積的計(jì)算 以水的吸熱來計(jì)算 從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 tm=1222ln tttt????? =℃ 取 K=250 kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 設(shè)富裕傳熱面積為： 20% S 實(shí) =*= 選擇固定管板式換熱器： 表 41 固定管板式換熱器 參數(shù) 公稱直徑 /mm 900 公稱 面積 /m2 管數(shù) /根 588 管長 /mm 4 500 管程數(shù) /個(gè) 2 殼程數(shù) /個(gè) 1 管子排列方式 三角形 設(shè)備直徑與管板的確定 管板直徑的計(jì)算公式： D=(n/? ) n—— 管數(shù) ? —— 管板填充系數(shù)，取 t—— 管子中心距，取 所以 D= ? = 管板直 徑選用 φ ，設(shè)備外徑為 φ [17]。同時(shí)也要注意以下幾方面的內(nèi)容： (1) 最大限度地滿足工藝生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求