年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计

毕业设计任务书I .设计要求：1.执行程序流程设计，绘制具有主要控制点的流程图。2.绘制分项项目计算、列计算和项目平衡表、列平衡表。设备设计，选择，设备清单的准备。准备流程初步设计手册的章节。5.绘制主要设备结构和工艺流程图设计原始数据：以化工厂的实际数据为例原始数据分组CO2共同H2N2O2CH4总计内容，%9.6011.4255.7122.560.330.38100目录手册.4序言.41.工艺原理.42.作业条件.43.流程流程的选择.54.主要设备的选择指南.55.进程进程的说明.6第一章材料和热平衡计算.71.水蒸气比例的确定.72.重载CO的实际转化率计算.83.重油催化平衡曲线.94.计算最佳温度曲线.105.重变炉催化床层物质平衡的计算.116.中间变化的催化剂工作线的计算.177.中间冷浸过程的物料和热平衡计算.178.中变炉双级催化床层的材料和热平衡计算.199.中变双速催化剂工作线计算.2310.低变流道的材料和热平衡计算.2411低变量催化工作线计算.2912低变流催化平衡曲线.2913.计算最佳温度曲线.3014余热锅炉的材料和热平衡计算.3115.水蒸气的合流.3416主换热器材料和热的平衡计算.3417.微热水加热器的材料和热量.第二章设备计算.371.重载炉的计算.372.主换热器的计算.42设计摘要.6参考文献.49审计.50第一章材料和热平衡计算已知条件：分组CO2共同H2N2O2CH4总计内容，%9.6011.4255.7122.560.330.38100计算标准：1吨氨生产1吨氨所需的转换气体计算：(1000/17)22.4/(222.56)=2920.31 m3(标准)转换气体2962.5 M3(标准)，因为生产过程中可能会丢失物料年生产3万吨氨的能力(连续一年生产330天):每日产量：30000/330=90.9T/d=3.79T/h中间高炉转化气体干成分的co%必须小于2%。中高炉转化空气干燥成分：分组CO2共同H2N2O2CH4总计内容，%9.611.4255.7122.560.330.38100M3(标准)284.44338.321650.41668.349.7811.262962.50Kmol12.69615.10373.67929.8370.4360.503132.25假定中央转化炉的转化温度为330 ，转化炉的温差为35 ，转化炉的转化炉温度为365 。中等高炉干煤气压力=1.75Mpa1.确定水蒸气比例：考虑到转换为天然气蒸汽的原料气，采取H2O/CO=3.5因此，v(水)=3.5V水=1184.113m3(标准)，n(水)=52.862kmol因此，中间高炉的转化空气和湿气成分分组CO2共同H2N2O2CH4H2O总计内容%6.868.1639.8016.120.240.2728.56100M3(标准)284.42338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61Kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.122.中间转化炉CO实际变化率的计算：假设湿转换气体为100mol，CO湿基准含量必须为8.16%，转换气体的CO含量必须为2%，因此根据转换反应，如下所示：Co H2O=H2 CO2，CO的实际折换率公式为：Xp%=100 (2-1)中、原料和转换气体中CO的摩尔分数(湿基准)所以：Xp=74%反应的CO数量为：8.1674%=6.04反应后，每个组的数量为：H2o%=28.56%-6.04% 0.48%=23%Co%=8.16%-6.04%=2.12%H2%=39.8% 6.04%-0.48%=45.36%Co2%=6.86% 6.04%=12.9%中间高炉出口平衡常数：Kp=(H2% CO2%)/(H2O% co%)=12确认小合成氨厂工艺技术与设计手册表明Kp=12点温度为397 。中等变形的平均温度距离为397 365=32根据合成氨工艺与节能，中温变换的平均温度距离为30 到50 ，中间变量的平均温度距离合理，因此可以使用H2O/CO。中间转化炉催化剂平衡曲线根据H2O/CO=3.5，文献小合成氨厂工艺技术与设计手册的公式和XP=100%V=KPAB-CDQ=U=KP(A B) (C D)W=KP-1其中a、b、c和d分别表示CO、H2O、CO2和H2的起始浓度计算结果显示在下表中。t300320340360380400t573593613633653673Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t420440460t693713733Xp0.68590.64160.5963中间转化炉催化剂平衡曲线如下：4.计算最佳温度曲线因为在中变炉中选择了C6型催化剂，最适合的温度曲线通过表达式计算。检验3000吨合成氨厂工艺和设备计算 C6催化剂的正负反应活化能分别是E1=10000kcal/kg分子，E2=19000kcal/kg分子。最佳温度计算结果如下表所示。Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5Xp0.670.640.610.580.550.52t638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6Xp0.490.45t702.6716.6t429.6443.6将上述数据映射到最合适的温度曲线，如下图所示。5.中间重整装置催化床材料平衡计算已知条件：中央转化炉催化床转化气体的温度为330 中间变光炉的催化床转换气体和湿度成分：分组CO2共同H2N2O2CH4H2O总计内容%6.868.1639.816.120.270.2428.56100M3(标准)284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61Kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.125.1中间重整装置催化床材料平衡计算假设催化剂床中CO的实际转化率为60%如果O2和H2完全反应，则O2完全反应因此，催化剂床内反应的CO量为：60% 338.318=202.9908 m3(标准)=9.062kmol催化剂床CO的量为：338.318-202.9908=135.3272 M3(标准)=6.0414kmol因此，催化剂床反应后剩下的H2量为：1650.409 202.9908-29.776=1833.8478 m3(标准)=81.868kmol因此，催化床反应后剩下的二氧化碳量为：284.4 202.9908=487.3908 M3(标准)=21.758kmol因此，中高炉催化床转换气体干成分体积：v总计(干)=135.3272 487.3908 1833.8478 668.34 11.258=3136.1638 M3(标准)因此，中高炉催化床转化气体干成分CO含量：Co%=4.31%同样的道理：Co2%=15.54%H2%=58.47%Co2%=15.54%N2%=21.13%Ch4%=0.35%所以中高炉催化床转换气体干燥成分：分组CO2共同H2N2CH4总计内容%15.544.3158.4721.130.35100M3(标准)487.39135.331833.84668.3411.253136.16Kmol21.766.0481.8729.830.50140.01其馀H2O的数量为：1184.113-202.9908 29.776=1000.6742 m3(标准)=44.6729kmol因此，中高炉催化床转换气体和湿气成分体积：v总计(湿式)=135.3272 487.3908 1833.8478 668.34 11.258 1000.6742=4136.838 M3(标准)=184.68kmol因此，中间转化炉催化床转化气湿组分H2O含量H2O%=24.19%因此，CO2含量对中间转化炉催化床转化气湿组分的Co2%=11.78%同样，您可以获得：Co%=3.27%H2%=44.33%N2%=16.16%Ch4%=0.27%所以中间高炉的催化床变形气体和湿气成分含量(%):分组CO2共同H2N2CH4H2O总计内容%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标准)487.39135.331833.84668.3411.261000.674136.92鼻子ml21.766.0481.8729.830.5044.67184.685.2催化床气体转化为中间转变的温度估算：中间转化炉催化床转化空气和湿气成分的含量(%)分组CO2共同H2N2CH4H2O总计内容%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标准)487.39135.321833.84668.3411.261000.