【正文】 序是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多，在本設(shè)計中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》和《合成氨工藝學(xué)》這兩本書。首先對中，低變進(jìn)行了物料和熱量衡算，在計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計的宗旨。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。以上設(shè)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。 主要設(shè)備的選擇說明 中低變串聯(lián)流程中，主要設(shè)備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。轉(zhuǎn)化氣從 轉(zhuǎn)化爐進(jìn)入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中變換氣從 920℃降到 330℃，在廢熱鍋爐出口加入水蒸汽使汽氣比達(dá)到 3 到 5 之間，以后再進(jìn)入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 3%以下。 工藝流程確定 目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中低低 4種工藝。由于過量水蒸汽的存在，保證催化劑中活性組分 Fe3O4的穩(wěn)定 而不被還原，并使析炭及生成甲烷等副反應(yīng)不易發(fā)生。 1． 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。從反應(yīng)動力學(xué)的角度來看，溫度升高，反應(yīng)速率常 數(shù)增大對反應(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)推動力變小，對反應(yīng)速 率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。一般小型氨廠操作壓力為 ,中型氨廠為 ~。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)行壓縮的能耗底。但從動力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。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。 一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。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。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。 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。 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。 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)。合 成氨的生產(chǎn)主要分為：原料氣的制??；原料氣的凈化與合成。 目 錄 1. 前言?????????????????????????????? 4 2. 工藝原理 ???????????????????????????? 4 3. 工藝條件 ???????????????????????????? 5 4. 工藝流程的確定 ????????????????????????? 6 5. 主要設(shè)備的選擇說明 ??????????????????????? 6 6. 對本設(shè)計的綜述????????????????????????? 6 第一章 變換工段物料及熱量衡算 ????????????????? 8 第一節(jié) 中變物料及熱 量衡算????????????????????? 8 1．確定 轉(zhuǎn)化氣組成 ????????????????????????? 8 2．水汽比的確定 ?????????????????????????? 8 3． 中變爐一段催化床層的物料 衡 算 ???????????????? ?? 9 4． 中變爐一段催化床層的熱量 衡 算 ???????????????? ? ? 11 5．中變爐催化劑平衡曲線 ?????????????????????? 13 6. 最佳溫度曲線的計算 ??????????????????????? 14 7．操作線計算 ?? ?????????????? ??????????1 5 8．中間冷淋過程的物 料 和熱量計算 ???????????????? ? 16 9．中變爐二段催化床層的物 料衡 算 ???????????????? ? 17 衡 算 ???????????????? ? 18 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計算 ????????????????? ? 19 第三節(jié) 廢熱鍋爐的熱量和物料計算???????????? ? ??? ? 24 第四節(jié) 主換熱器的物 料 與熱量的計算 ??????????????? ? 26 第五節(jié) 調(diào)溫水加熱器的物 料 與熱量計算 ?????????????? 28 第二章 設(shè)備的計算???????????????????????? 29 1. 低溫變換爐計算 ???????????????????????? 29 2. 中變廢熱鍋爐???????????????????????? ? 31 參考文獻(xiàn)及致謝???????????????????????? ? 35 前 言 氨是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于化學(xué)肥料的生產(chǎn)。 年工作日 330 天 ,其余數(shù)據(jù)自定。 圖紙 帶控制點的工藝流程圖。 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 年產(chǎn)五萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計 系 別 化 學(xué) 工 程 與 工 藝 專 業(yè) 無 機(jī) 化 工 011 指導(dǎo)教師 教研室主任 學(xué)生姓名 接受任務(wù)日期 2021 年 2 月 28日 完成任務(wù)日期 2021 年 6 月 1 日 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書 材 料 與 化 學(xué) 工 程 系 無 機(jī) 化 工 專業(yè) 20211 班 題 目 年產(chǎn)五萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計 起迄日期 2021 年 2 月 25 日起至 2021 年 6 月 1 日止 指 導(dǎo) 老 師 教研室主任 （簽名） 系 主 任 （簽名） 學(xué) 生 姓 名 批 準(zhǔn) 日 期 2021 年 2 月 25 日 接受任務(wù)日期 2021 年 2 月 25 日 完成任務(wù)日期 2021 年 6 月 1 日 一、設(shè)計（論文）的要求： 說明書 包括前言，合成氨變換工段工序原理，工藝條件及工藝流程確定，以及主要設(shè)備的選擇說明 ， 對本設(shè)計的評述 。 計算部分 包括物料衡算，熱量衡算，有效能利用率計算，主要設(shè)備計算 。 二、設(shè)計（論文）的原始數(shù)據(jù)： 天然氣成分：以鴻化廠的實際工作數(shù)據(jù)為依據(jù)來進(jìn)行。 三、參考資料及說明： 《 化工工藝設(shè)計手冊 》 （上、下冊）、《氮肥工藝設(shè)計手冊》理化數(shù)據(jù)、《化肥企業(yè)產(chǎn)品能平衡》、《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》、《合成氨工學(xué)》、《化工制圖》、《化工原理》、《化學(xué)工程》、《化工設(shè)計概論》以及關(guān)于氮肥的其他相關(guān)雜志。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。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。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。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。所謂中變串低變 流程，就是在 B107 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo系寬溫變換催化劑。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。 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q (11) CO+H2 = C+H2O (12) 其中反應(yīng) （ 1）是主反應(yīng)，反應(yīng)（ 2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn)物的方向進(jìn)行，工業(yè)上采用對式反應(yīng)（ 1— 1）具有良好選擇性催化劑，進(jìn)而抑制其它副反應(yīng)的發(fā)生。 變換過程中還包括下列反應(yīng)式： H2+O2=H2O+Q 工藝條件 ： 壓力對變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響。單就平衡而言，加壓并無好處。從能量消耗上看，加壓也是有利。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機(jī) 投 各段壓力的合理配置而定。本設(shè)計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 . ： 變化反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。因而存在著最佳反應(yīng)溫對一定催化劑及氣相組成，從動力學(xué)角度推導(dǎo)的計算式為 Tm=1212ln1 EEEE RTTee