4产万吨合成氨厂变换工段工艺设计

整理文档很辛苦,赏杯茶钱您下走!

免费阅读已结束,点击下载阅读编辑剩下 ...

阅读已结束,您可以下载文档离线阅读编辑

资源描述

班级:姓名:题目年产三万吨合成氨厂变换工段设计一.设计原始数据:以在自贡市鸿鹤化工厂的实际数据为原始数据组分CO2COH2N2O2CH4合计含量,%9.6011.4255.7122.560.330.38100前言…………………………………………………………………………………41.工艺原理…………………………………………………………………………42.工艺条件…………………………………………………………………………43.工艺流程的选择…………………………………………………………………54.主要设备的选择说明…………………………………………………………55.工艺流程的说明………………………………………………………………6第一章物料与热量衡算…………………………………………………71.水汽比的确定…………………………………………………………………72.中变炉CO的实际变换率的求取………………………………………………83.中变炉催化剂平衡曲线………………………………………………………94.最佳温度曲线的计算…………………………………………………………105.中变炉一段催化床层的物料衡算……………………………………………116.中变一段催化剂操作线的计算………………………………………………177.中间冷淋过程的物料和热量衡算……………………………………………178.中变炉二段催化床层的物料与热量衡算……………………………………199.中变二段催化剂操作线计算………………………………………………2310.低变炉的物料与热量衡算……………………………………………………2411低变催化剂操作线计算………………………………………………………2912低变炉催化剂平衡曲线………………………………………………………2913.最佳温度曲线的计算…………………………………………………………3014废热锅炉的物料和热量衡算…………………………………………………3115.水蒸汽的加入………………………………………………………………3416主换热器的物料与热量的衡算………………………………………………3417.调温水加热器的物料与热量衡算……………………………………………36第二章设备的计算……………………………………………………………371.中变炉的计算…………………………………………………………………372.主换热器的计算…………………………………………………………………42设计的综述……………………………………………………………………………6参考文献……………………………………………………………………………49致谢…………………………………………………………………………………50第一章物料与热量衡算已知条件:组分CO2COH2N2O2CH4合计含量,%9.6011.4255.7122.560.330.38100计算基准:1吨氨计算生产1吨氨需要的变换气量:(1000/17)×22.4/(2×22.56)=2920.31M3(标)因为在生产过程中物料可能会有损失,因此变换气量取2962.5M3(标)年产3万吨合成氨生产能力(一年连续生产330天):日生产量:30000/330=90.9T/d=3.79T/h要求出中变炉的变换气干组分中CO%小于2%。进中变炉的变换气干组分:组分CO2COH2N2O2CH4合计含量,%9.611.4255.7122.560.330.38100M3(标)284.44338.321650.42668.349.7711.262962.5kmol12.69815.10394.50838.2710.5600.645161.785假设进中变炉的变换气温度为330℃,取变化气出炉与入炉的温差为35℃,出炉的变换气温度为365℃。进中变炉干气压力中P=1.75Mpa.1.水气比的确定:考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气,所以取H2O/CO=3.5故V(水)=3.5Vco=1184.113m3(标),n(水)=52.862kmol因此进中变炉的变换气湿组分组分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量%6.868.1639.8016.120.240.2728.56100M3(标)284.4338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.122.中变炉CO的实际变换率的求取:假定湿转化气为100mol,其中CO湿基含量为8.16%,要求变换气中CO含量为2%,故根据变换反应:CO+H2O=H2+CO2,则CO的实际变换率公式为:Xp%=aaaaYYYY1×100(2-1)式中aY、'aY分别为原料及变换气中CO的摩尔分率(湿基)所以:Xp=16.8210010004.616.8=74%则反应掉的CO的量为:8.16×74%=6.04则反应后的各组分的量分别为: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%中变炉出口的平衡常数:Kp=(H2%×CO2%)/(H2O%×CO%)=12查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知Kp=12时温度为397℃。中变的平均温距为397℃-365℃=32℃根据《合成氨工艺与节能》可知中温变换的平均温距为:30℃到50℃,中变的平均温距合理,故取的H2O/CO可用。3.中变炉催化剂平衡曲线根据H2O/CO=3.5,与文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》上的公式XP=AWqU2×100%V=KPAB-CDq=WVU42U=KP(A+B)+(C+D)W=KP-1其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度计算结果列于下表:t300320340360380400T573593613633653673Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t420440460T693713733Xp0.68590.64160.5963中变炉催化剂平衡曲线如下:0102030405060708090100300350400450500温度(℃)CO转化率Xp4.最佳温度曲线的计算由于中变炉选用C6型催化剂,最适宜温度曲线由式1212ln1EEEERTTTmee进行计算。查《3000吨合成氨厂工艺和设备计算》C6型催化剂的正负反应活化能分别为E1=10000千卡/公斤分子,E2=19000千卡/公斤分子。最适宜温度计算结果列于下表中: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将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图:00.10.20.30.40.50.60.70.80.91250270290310330350370390410430450温度(℃)CO转化率Xp5.中变炉一段催化床层的物料衡算已知条件:进中变炉一段催化床层的变换气的温度为330℃进中变炉一段催化床层的变换气湿组分:组分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量%6.868.1639.816.120.270.2428.56100M3(标)284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.125.1中变炉一段催化床层的物料衡算假设CO在一段催化床层的实际变换率为60%假使O2与H2完全反应,O2完全反应掉故在一段催化床层反应掉的CO的量为:60%×338.318=202.9908M3(标)=9.062kmol出一段催化床层的CO的量为:338.318-202.9908=135.3272M3(标)=6.0414kmol故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为:1650.409+202.9908-2×9.776=1833.8478M3(标)=81.868kmol故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为:284.4+202.9908=487.3908M3(标)=21.758kmol故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积:V总(干)=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258=3136.1638M3(标)故出中变炉一段催化床层的变换气干组分中CO的含量:CO%=1638.31363272.135=4.31%同理得:CO2%=1638.31363908.487=15.54%H2%=1638.31368478.1833=58.47%N2%=1638.313634.668=21.13%CH4%=1638.3136258.11=0.35%所以出中变炉一段催化床层的变换气干组分:组分CO2COH2N2CH4合计含量%15.544.3158.4721.130.35100M3(标)487.39135.331833.84668.3411.253136.16kmol21.766.0481.8729.830.50140.01剩余的H2O的量为:1184.113-202.9908+2×9.776=1000.6742M3(标)=44.6729kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的体积:V总(湿)=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258+1000.6742=4136.838M3(标)=184.68kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中H2O的含量H2O%=838.41366742.1000=24.19%故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中CO2的含量CO2%=1554.01%54.15=11.78%同理可得:CO%=0413.010413.0=3.27%H2%=5847.015847.0=44.33%N2%=2131.012113.0=16.16%CH4%=0003510035.0=0.27%所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量(%):组分CO2COH2N2CH4H2O合计含量%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标)487.39135.331833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.685.2对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行估算:已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量(%)组分CO2COH2N2CH4H2O合计含量%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标)487.39135.321833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.68根据:Kp=(H2%×CO2%)/(H2O%×CO%)计算得K=6.6查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当Kp=6.6时t=445℃设平均温距为35℃,则出中变炉一段催化床层的变换气温度为:445℃-35℃=415℃5.3.中变炉一段催化床层的热量衡算以知条件:进中变炉一段催化床层的变换气温度:330℃出中变炉一段催化床层的变换气温度为:415℃可知反应放热Q:在变化气中含有CO,H2O,O2,H2这4种物质会发生以下2种反应:CO+H2O=CO2+H2(1)O2+2H2=2H2O(2)这2个反应都是放热反应。根据《小合成氨厂工艺技术与设计手册》

1 / 50
下载文档,编辑使用

©2015-2020 m.777doc.com 三七文档.

备案号:鲁ICP备2024069028号-1 客服联系 QQ:2149211541

×
保存成功