【正文】 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成，離不開指導(dǎo)老師在設(shè)計(jì)過程中給予的悉心指導(dǎo)和教研室各位老師以及同學(xué)的幫助，并在本次設(shè)計(jì)過程中提出了寶貴意 見，使本次設(shè)計(jì)得以順利完成，在此表示最衷心的感謝！ 301TFRC302TFR303TPFRC304TPFR305306307308TPRTPRTPRTPR309TPFR310TFRC311TFRC312TPFR313TFRC314TPFR315316317TPRTPRTPFRE301廢熱鍋爐C301壓縮機(jī)R301中溫變換爐E302中變換熱器E303溫水調(diào)節(jié)器R302低溫變換爐四川理工學(xué)院材化系設(shè)計(jì)制圖周陽周陽設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中低溫變換初步設(shè)計(jì)圖例工藝物料管輔助物料管截止閥集中安裝儀表 T溫度P壓力F流量I指示R記錄C。 dp—— 顆 粒直徑 ,米 。 = kmol 16．主換熱器的物料與熱量的衡算 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。 3．中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與文獻(xiàn)《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》上的公式 XP=AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D） W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 H2O、 CO2 及 H2 的起始濃度 計(jì)算結(jié)果列于下表： t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： 0102030405060708090100300 350 400 450 500溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 由于中變爐選用 C6 型催化劑， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTTmee??? 進(jìn)行計(jì)算。 二． 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 以在自貢 市鴻鶴化工廠的實(shí)際數(shù)據(jù)為 原始數(shù)據(jù) 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 目錄 說明書……………………………………………………………………… 4 前言 ………………………………………………………………………………… 4 ………………………………………………………………………… 4 2. 工藝條件 … ……… ……………………………………………………………… 4 3. 工藝流程的選擇 ……… ………………………………………………………… 5 4. 主要設(shè)備的選擇說明 ………………………………………………………… 5 5. 工藝流程的說明 ……………………………………………………………… 6 第一章 物料與熱量衡算 ………………………………………………… 7 1．水汽比的確定 …………………………………………………………… …… 7 2．中變爐 CO 的實(shí)際變換率的求取 ……………………………… ……………… 8 3．中變爐催化劑平衡曲線 …………………………………… ………………… 9 4. 最佳溫度曲線的計(jì)算 ……… ……………………………… ………………… 10 5．中變爐一段催化床層的物料衡算 ………………………………… ………… 11 6．中變一段催化劑操作線的計(jì)算 ……………………… ……………………… 17 7．中間冷淋過程的物料和熱量衡算 ……………………………………… …… 17 8．中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算 … ………………………………… 19 9．中變二段催化劑操作線計(jì)算 ……………………………………………… 23 …………………………………………………… 24 11 低變催化劑操作線計(jì)算 …… ………………………………………………… 29 12 低變爐催化劑平衡曲線 ……………………………………………………… 29 ………………………………………………………… 30 14 廢熱鍋爐的物料和熱量衡算 ………………………………………………… 31 ……………………………………………………………… 34 16 主換熱器的物料與熱量的衡算 ……………………………………………… 34 …………………………………………… 36 第二章 設(shè)備的計(jì)算 …… ……………………………………………………… 37 1. 中變爐的計(jì)算 ………………………………………………………………… 37 2. 主換熱器的計(jì)算 ………………………………………………………………… 42 設(shè)計(jì)的綜述 ……………… ……… …………………………………………………… 6 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 49 致謝 ………………………………………………………………………………… 50 第一章 物料與熱量衡算 已知條件： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 計(jì)算 基準(zhǔn)： 1 噸氨 計(jì)算生產(chǎn) 1 噸氨需要的 變換氣量： （ 1000/17） （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物料可能會(huì)有損失，因此變換氣量取 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 3 萬噸合成氨生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn) 330 天）： 日生產(chǎn)量： 30000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％。熱容的單位為 kJ/（ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4 可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3 來計(jì)算熱容 表 物質(zhì) a b/103 c/106 b/109 CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 203181） = 熱損失 ： Q3=Q1Q2 == kJ 低變換爐物料量平衡表 組分 進(jìn)低溫變換爐的物料量 /m3 出低溫變換爐的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 低變換爐熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 11．低變催化劑操作線計(jì)算 有低變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 低變爐入口氣體溫度 181℃ 低變爐出口氣體溫度 203℃ 低變爐入口 CO 變換率 74% 低變爐出口 CO 變換率 % 0102030405060708090100175 180 185 190 195 200 205溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 12． 低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) 公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D） W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 H2O、 CO2 及 H2 的起始濃度 t 160 180 200 220 240 260 T 433 453 473 493 513 533 Xp t 280 T 553 Xp 低 變爐催化劑平衡曲線如下： 0102030405060708090100100 150 200 250 300溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 13. 最佳溫度曲線的計(jì)算 由于低變爐選用 B302 型催化劑。 (% 2)=空速 =247。 本設(shè)計(jì)也有許多不足的地方：壓力選取過 高 、在設(shè)備計(jì)算中氣體在高壓下取的流速不太準(zhǔn)確。 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為：（ 20+90） /2=55℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ?= 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cm=(kg? ℃ ) 粘度 u=? 105Pa? S 取 de= 所以殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3 =6423kcal/(m2*h*℃ ) 管，殼程污垢熱阻各取 由《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》可知總傳熱系數(shù)的 計(jì)算公式為： K= ????? Raa 外內(nèi)111 則： K= kcal/(m2*h*℃ ) = kJ/(m2*h*℃ ) 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： tm=1222ln tttt????? =℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 安全系數(shù)： %4383. 783. 7120 ? 設(shè)計(jì)綜述 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于選擇較為良好的工藝路線，確定良好的工藝條件、合理的催化劑以及設(shè)備的選型和能源綜合利用。 q= WVu 42 ? Kp—— 反應(yīng)平衡常數(shù)； k1—— 反應(yīng)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、 CO CO2 及 H2 的起始濃度 ．第一段床層觸媒用量 計(jì)算基準(zhǔn)： 已知條件： 第一段床層變換氣進(jìn)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《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》得到在 ℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，加壓時(shí)取校正系數(shù)： ，則： k1=4600*=12880. 進(jìn)第一段床層變換氣中 N2%=% 則： V0=（ 3790247。 以知條件： 變換氣的流量： 設(shè)冷 凝 水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷 凝 水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 1750kp 冷 凝 水吸熱 Q1：據(jù)冷 凝 水的進(jìn)口溫度 20℃查《化工熱力學(xué)》可知 h1 =根據(jù)《化工 熱力學(xué)》可知： T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600