合成氨變換工段工藝中的變串低變換熱設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 00:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 溫度，如果整個(gè)反應(yīng)過程能按最佳溫度曲線進(jìn)行，則反應(yīng)速率最大，即相同的生產(chǎn)能力下所需催化劑用量最少。但是實(shí)際生產(chǎn)中完全按最佳溫度曲線操作是不現(xiàn)實(shí)的。首先，在反應(yīng)初期，x很小，但對(duì)應(yīng)的Tm很高，且已超過了催化劑的耐熱溫度。而此時(shí)，由于遠(yuǎn)離平衡，反應(yīng)的推動(dòng)力大，即使在較低溫度下操作仍有較高的反應(yīng)速率。其次，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，x不斷升高，反應(yīng)熱不斷放出，床層溫度不斷提高，而依據(jù)最適宜曲線，Tm卻要求不斷降低。因此，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，應(yīng)從催化床中不斷移出適當(dāng)?shù)臒崃?，使床層溫度符合Tm的要求。生產(chǎn)上控制變換反應(yīng)溫度應(yīng)遵循如下兩條原則。一，應(yīng)在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)操作催化床溫度；二，入口溫度高于催化劑的起始活性溫度200C左右，熱點(diǎn)溫度低于催化劑的耐熱溫度。在滿足工藝條件的前提下，盡量維持低溫操作。隨著催化劑使用時(shí)間的增長，因催化劑活性下降，操作溫度應(yīng)適當(dāng)提高。催化床溫度應(yīng)盡可能接近最佳溫度。為此，必須從催化床中不斷移出熱量，并且對(duì)移出的熱量加以合理利用。根據(jù)催化床與冷卻介質(zhì)之間的換熱方式的不同，移出方式可分為連續(xù)換熱和多段換熱式兩大類。對(duì)變換發(fā)應(yīng)，由于整個(gè)反應(yīng)過程變換率較大，反映前期與后期單位催化床所需排出的熱量想差甚遠(yuǎn)，故主要采用多段換熱式。此類變換爐的特點(diǎn)是反應(yīng)過程與移熱過程分開進(jìn)行。多段換熱式又可分為多段間接換熱與多段直接換熱。前者是在間壁式換熱器中進(jìn)行的；后者則是在反應(yīng)器中直接加入冷流體以達(dá)到降溫的目的，又稱冷激式。變換反應(yīng)可用的冷激介質(zhì)有；冷原料氣，水蒸汽及冷凝水。對(duì)于低溫過程，由于一氧化碳反應(yīng)量少，無需從床層移熱。其溫度控制除了必須在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)操作外，低限溫度必須高于相應(yīng)條件下的水蒸汽露點(diǎn)溫度約300C。變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來看，溫度升高，反應(yīng)速率常數(shù)增大對(duì)反應(yīng)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(yīng)推動(dòng)力變小，對(duì)反應(yīng)速率不利，可見溫度對(duì)兩者的影響是相反的。 而存著最佳反應(yīng)溫對(duì)一定催化劑及氣相組成，從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)算式為Tm=式中Tm、Te—分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響，但是提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。對(duì)平衡而言，加壓并無好處。但從動(dòng)力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。從能量消耗上看，加壓也是有利。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(jìn)行變換的能耗，比常壓變換再進(jìn)行壓縮的能耗低。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點(diǎn)，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機(jī)各段壓力的合理配置而定。,。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。水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/。為了盡可能地提高CO的變換率，防止副反應(yīng)的發(fā)生，工業(yè)上是在水蒸氣過量下進(jìn)行反應(yīng)的。因此，應(yīng)該充分利用變換的反應(yīng)熱，直接回收蒸汽，以降低水蒸氣的消耗。此外，合理確定CO最終變換率以及催化劑床層的段效，保持良好的段間冷卻效果，都可以促進(jìn)水蒸氣消耗的降低。中（高）變換時(shí)適宜的水蒸汽比例一般為：H2O/CO=3～5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中H2O/CO可達(dá)15以上，因此，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。變換工段是指CO與水蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。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。所謂中變串低變流程，就是在B107等鐵鉻系催化劑之后串入鈷鉬系寬溫變換催化劑。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。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中的CO含量也大幅度降低。由于中變后串了寬變催化劑，使操作系統(tǒng)的操作彈性大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。 固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)?！」潭ü馨迨綋Q熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多
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