年产20万吨合成氨变换工段工艺设计论文-毕设论文.doc

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1、第1页　　化工设计说明书设计题目:年产20万吨合成氨变换工段工艺设计系别：化学化工学院专业：班级：学生：指导老师：20年X月X日本章符号对照表71M——相对分子质量，g/molt/T——温度，℃/KVm——摩尔体积（0℃,0.1Mpa）22.4/(L/mol)V——半水煤气体积，m³pco、pH2O、pco2、pH2——分别为CO、H2O、CO2和H2各组分的分压H——标准摩尔焓（kJ/mol）ρ/r——密度/(kg/m3)S——标准摩尔熵/(J/mol·k)Kp——平衡常数Kt——反应速率常数，mol/（MPa0.5·g·h）m——质量，kgyco、yH

2、2O、yco2、yH2——分别为CO、H2O、CO2和H2摩尔分数X——实际变换率，％ya、ya′——分别为原料气及变换气中一氧化碳的摩尔分数Cp——气体的平均比热容，kJ/(kmol·℃)或kJ（kg·℃）R——气体常数，8.314J/(mol·K)E——化学反应活化能，J/molg——重力加速度，m/s2G——气体质量流速，kg/(m2·h)Tm——最适宜温度，Ki——水蒸气在t℃时的焓，kj/kgΦ——饱和度，％Q——热量，kJw——干气空间速度m/su——催化剂自由容积分数R——汽/气比Di——塔体内直径，mmde——当量直径，mH塔高，mm——管

3、板填充系数n——列管根数t——管子中心距m——混合气体在温度t时的黏度，MPa·si——混合气体中i组分在温度t时的黏度，MPa·syi——混合气体中i组分摩尔分数Mi——混合气体中i组分的分子量Sa——弓形截面积，m2hˊ——弓形高度，mH——档板间距，mF——传热面积，m2L——列管长度，mK——总传热系数，kJ/(m2·h·℃)——塔体焊缝隙数[]300——筒体材料在设计温度300℃下的许用应力C1——钢板厚度负偏差,mmC2——腐蚀裕量，mm目录71前言71绪论71.1氨的性质和用途71.2小型氨厂的发展81.3合成氨生产方法简介81.4一氧化碳变

4、换在合成氨中的意义82一氧化碳脱除方发和选择112.1一氧化碳的脱除方法112.2一氧化碳脱除的方案选择113一氧化碳变换方案123.1变换原理123.2变换方案的选择133.3中变炉的选择134变换工艺的计算154.1中变炉的计算154.2饱和热水塔出口热水温度估算244.3饱和热水塔物料和热量计算244.4换热气物料和热量的计算285设备的计算355.1变换炉的计算355.2饱和热水塔的计算385.3主热交换器的计算445.4中间换热器的计算485.5水加热器的计算505.6热水循环塔的计算535.7变换冷却器的计算566变换炉的结构的计算606.1变

5、换炉设计条件606.2变换炉结构计算607设备的选型668变换反应的工艺参数和工艺条件678.1变换反应的工艺参数678.2变换过程的工艺条件679设计结果一览表70参考文献71致谢7271年产20万吨合成氨变换工段工艺设计指导老师：摘要:用中温中压三段变换的方法，半水煤气首先经过饱和热水塔，在饱和热水塔内气体与塔顶流下的热水逆流接触进行热量与质量传递，使半水煤气体温增湿，出塔气体进入气水分离器分离夹带的液滴，再进入主热换热器、中间换热器和电炉升温，使温度达到320℃左右进入变换炉一段。经一段反应后的变换气在段间补充水分后进入变换炉二段，二段反应后变换气进

6、入中间换热器，达到一定温度后进入三段反应,最终将半水煤气中CO的含量由30.00%降低至3.0%左右，使之符合年产9万吨中温变换工艺设计的要求。本设计从变换理论，工艺计算及设备选型等方面进行了阐述，并对该变换工艺进行了物料计算，热量计算和有关的设备计算。根据设计任务和要求，确定了一套中温变换系统。本设计采用低温活性好的中变催化剂，降低了炉气中蒸汽比，采用电炉升温，革新了变换炉系统燃烧炉升温的方法，使之达到操作简单、平稳、省时、节能的效果。关键词：半水煤气;一氧化碳;变换系统71前言本设计为年产20万吨合成氨的一氧化碳中温变换的初步设计，采用中温中压三段变换

7、，使半水煤气中的CO含量从28.5%降到3%左右。一氧化碳的变换是一个可逆的放热反应，因此，温升对反应不利，在催化剂活性范围内提高温度可加快反应速度，在同一气体组成和汽气比的条件下选择适宜的温度有利于一氧化碳平衡变换率的提高，以达到最佳的反应效果及最合理的催化剂用量。催化剂的活性温度越低，在相同条件下，CO的平衡变换率越高，即变换气中含CO越低，从而可节省蒸汽用量。此设计分别对中温变换工艺过程选择、论证、变换原理以及相关的物料、热量衡算，设备的计算、选型作了比较详尽的阐述，以实际的工艺生产为指导，以理论计算为依据，将理论与实际相结合起来。通过本次实习的训练

8、，我们从中收获了很多东西，同学们通过一起合作学习，加强了我们团队精