工商职业技术学院毕业论文题目：合成氨变换工段设计作者：焦鹏丽学号：**********系别：化工工程系专业：应用化工技术指导教师：晋萍专业技术职务讲师2012 年1月1工商职业技术学院毕业设计说明书题目：合成氨变换工段设计作者：焦鹏丽学号：**********系别：化工工程系专业：应用化工技术指导教师：晋萍专业技术职务讲师2012 年1月1摘要:本文是关于煤炭为原料一氧化碳变换工段初步设计。
在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。
用煤炭制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。
一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。
本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。
关键词：煤炭；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图结论中提到完成了设计宗指，但你的设计宗指到底是什么?没有表达出来。
结论中也没有对你的设计做一个总结，你到底做这个设计的做用是什么?解决了什么问题?目录中二级目录应比一级目录再缩进两格，下级目录同理。
目录第一章绪论 01.1 氨的性质和用途 01.1.1 氨的性质 01.1.2 氨的用途 01.2 我国合成氨生产现状 (1)1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 (1)第二章变换流程及工艺条件 (2)2.1 变换工艺原理 (2)2.1.1变换反应的热力学分析 (2)2.1.2 变换反应的动力学分析 (2)2.2变换工艺的选择 (3)2.3 工艺条件 (4)2.3.1 温度 (4)2.3.2 压力 (5)2.3.3 水汽比 (5)第三章工艺计算 (6)3.1 基本工艺数据的确定 (6)3.1.1水气比的确定 (6)3.2中变炉一段催化床层的物料衡算 (7)3.2.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (7)3.2.2中变炉一段催化床层的热量衡算 (8)3.2.3 中变一段催化剂操作线的计算 (11)3.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (12)3.4中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (13)3.4.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (13)3.4.2中变炉二段催化床层的热量衡算 (15)3.4.3中变二段催化剂操作线计算 (16)3.5 主换热器的物料与热量的衡算 (18)3.6 调温水加热器的物料与热量衡算 (19)3.7低变炉的物料与热量衡算 (20)3.7.1低变炉的物料衡算 (20)3.7.2低变炉的热量衡算 (22)3.7.3 低变催化剂操作线计算 (23)3.7.4 最佳温度曲线的计算 (24)第四章设备计算 (25)4.1中变炉的计算 (25)4.1.1催化剂用量的计算 (25)4.1.2设备直径与管板的确定 (27)结论 (28)致 (29)参考文献 (30)第一章绪论氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产，它不仅是所有食物和肥料的重要成分，也是所有药物直接或间接的组成。
由于氨的广泛用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
1.1 氨的性质和用途1.1.1 氨的性质氨的分子式NH，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。
3人们在大约100cm/m氨的环境中，每天接触8H会引起慢性中毒。
物理性质：氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可产生含NH15%~30%的氨水，氨水3溶液是碱性，易挥发。
液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。
氨与空气或氧的混合物在一定浓度围能发生爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的爆炸界限较窄。
化学性质：氨在常温时非常稳定，在高温、电火花或紫外线光的作用下可分解为氮和氢，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。
氨是一种可燃性物质，自燃点为630℃，一般较难点燃。
氨与空气或氧的混合物在一定围能够发生爆炸。
常压，常温下的爆炸围分别为15.5%~82%（氧气）。
氨易与很多物质发生反应，例如在铂催化剂作用能与氧反应生成NO。
1.1.2 氨的用途氨在国民经济中占有重要的地位。
现在大约有80%的氨用来制造化学肥料，其余作为生成其它化工产品的原料。
除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素，磷酸氨，硝酸氨，硫酸氨，氨水以及含氮混肥和复肥为原料的。
氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。
从氨可以制取硝酸，进而再制造硝酸铵，硝化甘油，三硝基甲苯和硝基纤维素等。
在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己酰胺、尼龙6单体、人造丝、丙烯晴、酚醛树脂和尿醛树脂等产品。
氨的其它工业用途也十分广泛，例如，作用制冰、空调、冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。
1.2 我国合成氨生产现状2002年，我国合成氨实际产量36750 k/ta，2003年生产能力为41600k/ta，总生产能力和产量均居世界第一位，但单系列装置规模较小，合成氨装置平均规模为50kt/a。
目前我国共有合成氨装置800余套，其中300k/ta以上大型成氨生产装置34套(其中一套为400k/ta)，设计总生产能力为109000k/ta，实生产能力为100000k/ta，约占中国大陆合成氨总生产能力的22%。
300k/ta以上大型合成氨生产装置，我国共有小合成氨设备700多套，生产能力为28000k/ta，约占中国大陆合成氨总生产能的66%。
乌鲁木齐石油化工建设的450k/ta合成氨装置，是目前国单套生产能力最大的合成氨装置。
1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义用不同燃料制得的合成原料气，均含有一定量的一氧化碳。
一般固体燃料制得的水煤气中含CO35%—37%，半水煤气中含CO25%—34%，天然气蒸汽转化制得的转化气中含CO较低，一般为12%—14%，一氧化碳不是合成氨生产所需要的直接原料，而且在一定条件下还会与合成氨的铁系催化剂发生反应，导致催化剂失活。
因此，在原料气使用之前，必须将一氧化碳清除。
清除一氧化碳分两步进行，第一步是大部分CO先通过变换反应:CO + H2O（g）= CO2+ H2这样既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳而且又制得等量的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。
因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。
第二步是少量残余的一氧化碳再通过其他净化方法加以脱除。
第二章 变换流程及工艺条件2.1 变换工艺原理一氧化碳是氨合成反应的毒物，在原料气中含量为13%-30%，一氧化碳变换主反应为：CO + H 2O = CO 2 + H 2 (2-1)通过上述反应，CO 转化为较易被消除的CO 2并获得宝贵的H 2，因而一氧化碳变换既是气体的净化过程，又是原料气制取的继续。
最后，少量的CO 再通过其他净化法加以脱除。
此外，一氧化碳与氢之间还可发生下列反应：CO + H 2 = C + H 2O (2-2)CO + 3H 2 = CH 4 + H 2O (2-3)但是，由于变换所用催化剂对反应式（2-1）具有良好的选择性，从而抑制了其他副反应的发生。
变换过程中还包括下列反应式：2H 2 + O 2 = 2H 2O (2-4)2.1.1变换反应的热力学分析变换反应是一个放热的可逆反应，反应的热效应视H 2O 的状态而定，若为液态水，则是微吸热反应；如是水蒸汽则为放热反应，通常都是以水蒸气为准。
放热反应放出的热量随温度的升高而降低。
不同温度下的反应热可以用下式计算:△H=⎰∆+∆ΘT p dT C H298298 2.1.2 变换反应的动力学分析（1）变换反应的平衡常数由于CO 变换反应是在常压或压力不高的条件下进行的，故计算平衡常数时用各组分分压表示便可。
K p =00222222H co H co H co H co y y y y p p p p ⋅⋅=⋅⋅只需要反应焓变与温度的关系就可根据）2/(/RT H dT dLnKp ΘΘ∆=导出平衡常数与温度的关系：lgK p =3994.704/T+12.220227lgT-0.004462T+0.67814×10-6T 4-36.72508式中：p CO 、p H 2O 、p CO 2 、p H 2——分别为CO 、H 2 O 、CO 2和H 2各组分的分压； y CO 、y H 2O 、y CO 2 、y H 2——分别为CO 、H 2 O 、CO 2和H 2 摩尔分数。
2.2变换工艺的选择变换工艺主要有4种：全中变、中串低、全低变和中低低。
合理选择变换工艺应考虑以下因素：半水煤气、水和蒸汽的质量；半水煤气中硫化氢含量；变换气中CO 含量要求；对变换后续工段的影响；企业现有的管理水平和操作水平。
中变段间煤气冷激与中变炉喷水冷激两种中低低工艺流程各有优缺点。
现比较如：A 、节能效果：段间喷水热回收率高，直接将段间高位能转化为蒸气，增加了汽气比，降低了蒸汽消耗，节能效果比段间煤气冷激要好。
B 、设备：段间喷水冷激需在中变炉设置蒸发层和喷头，这样与煤气冷激相比中变炉的结构就更为复杂，设备高度亦需增加，煤气冷激流程有部分半水煤气不经过主热交，因此主热换热面积也比炉喷水流程要小。
C 、操作运行：煤气冷激流程操作简单，但需防止中变下段发生偏流，造成床层漏氧，引起低变一段催化剂中毒失活，炉喷水冷激操作要求高，冷激水最好能用脱氧软水，喷水冷激装置既要达到所需的喷淋量，又要保证雾化好，以免中变下段催化剂粉化和结块。
通过以上比较，中变炉喷水冷激流程具有节能，运行费用低等优点，中变段间煤气冷激流程具有操作简单、投资省等优点。
因此本设计采用中变－低变串联流程。
流程图如下：图2–12.3 工艺条件2.3.1 温度变换反应存在最佳温度，如果整个反应过程能按最佳温度曲线进行，则反应速率最大，即相同的生产能力下所需催化剂用量最少。
但是实际生产中完全按最佳温度曲线操作是不现实的。
首先，在反应初期，x很小，但对应的Tm很高，且已超过了催化剂的耐热温度。
而此时，由于远离平衡，反应的推动力大，即使在较低温度下操作仍有较高的反应速率。
其次，随着反应的进行，x不断升高，反应热不断放出，床层温度不断提高，而依据最适宜曲线，Tm却要求不断降低。
因此，随着反应的进行，应从催化床中不断移出适当的热量，使床层温度符合Tm的要求。
生产上控制变换反应温度应遵循如下两条原则。
根据催化床与冷却介质之间的换热方式的不同，移出方式可分为连续换热和多段换热式两大类。