【正文】 4Q 2 1 3 .4 6 3 2 6 8 1 3 .6 4 t?? 熱損失 5 Q kJ? 合計 1 5 9 8 7 7 0 .2 8 6 8 1 4 t? 熱平衡 Q1 = Q2= Q3 + Q4 + Q5 即 1 5 9 8 7 7 0 . 2 8 6 8 1 3 . 6 4 t 3 6 0 1 9 8 0 . 3 6?? 解得 t=294℃ 即變換氣出熱交換器時的溫度為 294℃ 。 干半水煤氣 170℃ 時的熱量為 Q4 ： 28 4Q 1 3 4 . 9 1 6 3 1 . 1 7 6 t 42 0 6 . 1 4 1 t k J? ? ? 蒸汽 170℃ 時的熱量為 Q5 ， 混合氣中蒸汽分 壓為 ， 蒸汽在 170℃及 時的焓 i kJ / kg? , 5Q 5 3 . 9 1 1 8 2 8 2 6 . 0 9 2 7 4 2 3 8 1 . 2 1 4 k J? ? ? ? 熱損失 Q6， 設 6Q ? 。 熱量衡算 ： 入熱 變氣帶入熱 Q1： 408℃ 時氣體平均比熱容 ： pC ? ? K J/ km ol? ℃ 1Q 2 1 3 . 4 8 5 7 3 6 . 0 6 4 0 8 3 1 4 0 9 0 4 . 0 9 8 k J? ? ? ? 半水煤氣帶入熱 Q2： 設半 水煤氣進口溫度為 260℃ ， 氣體在 260℃ 時計算得平均比熱容為 查得Cp ? /(kmol 變換氣帶出蒸汽量 ： ? ? 33 9 3 . 9 2 8 3 7 2 0 . 6 6 / 2 1 0 0 3 9 3 . 9 2 8 8 5 9 . 0 9 N m 3 7 . 9 3 k m o l? ? ? ? 塔內(nèi)蒸汽冷凝量 ： 25 1 1 0 1 . 0 9 4 8 4 9 . 6 9 2 5 1 . 4 1 1 1 . 2 2 K m o l 2 0 2 . 0 3 k g? ? ? ? 設飽和熱水塔的排污由飽和塔底排出，排污量為總循環(huán)量的 %，則排污量為 ： 1 2 2 2 . 2 2 2 0 . 5 % 6 . 1 1 1 k m o l 1 1 0 k g? ? ? 塔頂進水量 ： 1 1 9 1 . 9 6 1 6 . 1 1 1 1 1 8 5 . 8 5 K m o l 2 1 3 4 5 . 3 k g? ? ? 外界向系統(tǒng)補水 ： 2 2 0 0 0 2 1 3 4 5 . 3 2 0 2 . 0 3 4 5 2 . 6 7 k g? ? ? 熱量衡算： 入熱 氣體帶入熱 Q1： 在進氣溫度 156℃ 時 ,干氣比熱容 查得 CP= kJ/(kmol℃), 蒸汽焓 查得i= kJ/kg。 21 表 11 CO 的平衡變換率 t/℃ 280 300 320 340 360 380 400 X p 最適宜溫度曲線計算 與一段催化劑最適宜溫度相同的算法，計算出三段催化劑最適宜溫度曲線 。 表 9 二段催化劑最適宜溫度 Xp tm℃ 根據(jù)二段催化劑床層變換率平衡計算結(jié)果得 : 入二段催化劑床層氣體溫度 ： 360℃ 出二段催化劑床層氣體溫度 ： 408℃ 入二段催化劑床層 CO變換率 ： 56% 出二段催化劑床層 CO變換率 ： % 由 此可作出二段催化劑的操作線 ,二段催化劑的平衡曲線 ,最適宜溫度曲線及操作線 。 二段催化劑床層物料及熱量計算 CO 在二段催化劑床層的變換率為 56%，出二段催化劑乘氣體溫度為403℃ ，入二段催化劑床層汽：氣 =： 。 表 4 氣體變換率 t/℃ 300 320 340 360 380 400 Xp t/℃ 420 440 460 480 500 Xp 由表中數(shù)據(jù)作圖即得平衡曲線氣體組分與蒸汽比不同時 ， 計算平衡變換率亦不同?！? H2 kJ/ kmol因此，二、三段間降溫放出的熱，應當用以加熱半水煤氣，以便三段出口的變換氣熱能能夠加以充分利用，且三段入口汽氣比仍遠高于安全狀態(tài)的需要，所以采用間接換熱為 好。因此，在保證觸媒安全的前提下，反應初期并不要求很高的汽氣比，實際上反應速率是隨汽氣比的增高而降低的。變換后的氣體雖經(jīng)熱交換器、熱水塔后，溫度還比較高，必須繼續(xù)降溫后，才能進入碳化塔，所以必須設冷凝塔，使變換氣溫度降至 40℃ 左右，才能 送碳化或脫碳工段。 變換工藝流程分析：在上述三個流程中，流程一 與 流程二屬于 一 類型，只 是添加蒸汽的位置不同，蒸汽全靠外供。 Kp=00 222222HcoHcoHcoHco yy yypp pp ????? 式中：2 2 2co o coHHP P P P、 、 、—— 分別為 CO、 H 2 O、 CO 2和 H 2各組分的分壓； yco 、 yH2O 、 yco2 、 yH2 —— 分別為 CO、 H 2 O、 CO 2和 H 2 摩爾分數(shù)。變換器經(jīng)主熱交換器、水加熱器，使其溫度降至 155℃左右進入熱水塔，在塔內(nèi)于塔頂噴灑的水接觸，回收其顯熱及蒸汽冷凝潛熱，變換器溫度進一步降至 140℃ 進入熱水循環(huán)塔，加熱軟 水，然后變換器通過冷凝塔，氣體降至常溫送往碳化或脫碳工序。 一氧化碳脫除 的 方案選擇 本設計是年產(chǎn) 20 萬噸合成氨變換工段的工藝設計。其反應式為： 2 4 2C O 3 H C H H O? ? ? （ 3） 銅氨液 洗滌法 ： 銅氨液洗滌法是用亞銅鹽的溶液在高溫和低壓下洗滌原料氣以吸收一氧化碳，吸收液在減壓升溫下再生，再生的銅氨循環(huán)使用，再生時釋放的一氧化碳作為再生氣回收。液氮洗滌時，一氧化碳和甲烷等冷凝入液氮中。 以焦炭或煤為原料合成氨的流程是采用間隙的固定層氣化法生產(chǎn)半水煤氣，經(jīng)過脫碳、變換縮脫除 CO 和 CO2等凈化后，可獲得合格的氮氫混合氣，并在催化劑及適當?shù)臏囟?、壓力下合成氨。?20世紀 60年代看市在全國各地（除西藏外）建設了一大批小型氨廠， 1979 年最多時曾發(fā)展到 1539 座氨 廠。 氨的用途 氨在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。 k） ] 電導率 / 310 5 化學性質(zhì) 氨在常溫時非常穩(wěn)定，早高溫、電火花或紫外線光的作用下可分解為氮和氫，其分解速度在很大程度上與氣體接觸的表面性質(zhì)有關(guān)。經(jīng)過 50 多年的努力，中國已擁有多種原料。變換系統(tǒng) 5 前言 本設計為年產(chǎn) 20 萬噸合成氨的一氧化碳中溫變換的初步設計， 采用中溫中壓三段變換，使半水煤氣中的 CO 含量從 %降到 3%左右。h g h） m—— 質(zhì)量， kg yco 、 yH2O 、 yco2 、 yH2 —— 分別為 CO、 H 2 O、 CO 2和 H 2 摩爾分數(shù) X—— 實際變換率 ，％ ya 、 ya′ —— 分別為原料氣及變換氣中一氧化碳的摩爾分數(shù) Cp—— 氣體的平均比熱容， kJ/(kmol ℃ ) ? —— 塔體焊縫隙數(shù) [? ]300 —— 筒體材料在設計溫度 300℃ 下的許用 應力 C1 —— 鋼板厚度負偏差 ,mm C2—— 腐蝕裕量， mm 目 錄 3 前言 ................................................................ 7 1 緒論 .............................................................. 7 氨的性質(zhì)和用途 .............................................. 7 小型氨廠的發(fā)展 .............................................. 8 合成氨生產(chǎn)方法簡介 .......................................... 8 一氧化碳變換在合成氨中的意義 ................................ 8 2 一氧化碳脫除方發(fā)和選擇 ........................................... 11 一氧化碳的脫除方法 .......................................... 11 一氧化碳脫除的方案選擇 ...................................... 11 3 一氧化碳變換方案 ................................................. 12 變換原理 .................................................... 12 變換方案的選擇 .............................................. 13 中變爐的選擇 ............................................... 13 4 變換工藝的計算 ................................................... 15 中變爐的計算 ............................................... 15 飽和熱水塔出口熱水溫度估算 ................................. 24 飽和熱水塔物料和熱量計算 ................................... 24 換熱氣物料和熱量的計算 ..................................... 28 5 設備的計算 ....................................................... 35 變換爐的計算 ............................................... 35 飽和熱水塔的計算 ........................................... 38 主熱交換器的計算 ............................................ 44 中間換熱器的計算 ........................................... 48 水加熱器的計算 ............................................. 50 熱水循環(huán)塔的計算 ........................................... 53 變換冷卻器的計算 ........................................... 56 6 變換爐的結(jié)構(gòu)的計算 ............................................... 60 變換爐設計條件 ............................................. 60 變換爐結(jié)構(gòu)計算 .............................................. 60 7 設備的選型 ....................................................... 66 8 變換反 應的工藝參數(shù)和工藝條件 ..................................... 67 變換反應的工藝參數(shù) .......................................... 67 變換過程的工藝條件 ......................................... 67 9 設計結(jié)果一覽表 ................................................... 70 參考文獻 ........................................................... 71 致謝 ............................................................... 72 4 年產(chǎn) 20萬噸合成氨變換 工段工藝設計 指導老師： 摘要 :用中溫中壓三段變換的方法，半水煤氣首先經(jīng)過飽和熱水塔，在飽和熱水塔內(nèi)氣體與塔頂流下的熱水逆流接觸進行熱量與質(zhì)量傳遞，使半水煤氣體溫增濕，出塔氣體進入氣水分離器分離夾帶的液滴，再進入主熱換熱器、中間換熱器和電爐升溫，使溫度達到 320℃左右進入變換爐一段。一 氧化碳的變換是一個可逆的放熱反應，因此，溫升對反應不利，在催化劑活性范圍內(nèi)提高溫度可加快反應速度，在同一氣體組成和汽氣比的條件下選擇適宜的溫度有利于一