合成氨变换工段工艺过程设计
摘要:在合成氨生产过程中,换热器应用十分广泛,主要用于热量的交换和回收。变换工段中主要涉及一氧化碳的转化和能量的回收利用,列管换热器在传热效率,紧凑性和金属耗量不及某些换热器,但它具有结构简单,坚固耐用,适用性强,制造材料广泛等独特优点,因而,在合成氨变换工段选择列管式换热器,而本设计主要对该换热器进行相关选型和计算。
关键词:换热器,变换,设计。
Abstract: In the ammonia production process, heat exchanger, a wide range of applications, mainly for heat exchange and recycling. Transformation Process and mainly involves the conversion of carbon monoxide and energy recycling, tube heat exchanger in heat transfer efficiency, compactness and metal consumption is less than some heat, but it has a simple structure, rugged durability, applicability, manufacturing wide range of other materials, unique merits, which, in the ammonia shift conversion ction lect tube heat exchanger, and this system is mainly related to the heat exchanger lection and cal
culated.
Keywords: heat exchanger, transform and design.
目 录
摘要…………………………………………………………………………………1
第一章 工艺流程概述…………………………………………………………2
1.1 氨的概述用心体会………………………………………………………… 2
1.1.1氨的性质…………………………………………………2 1.1.2氨的用途…………………………………………………2
1.1.3氨的合成的原料………………………………………………2
1.2 合成氨的工艺原理…………………………………………………………2
1.3 工艺条件……………………………………………………………………3情感短句
1.3.1 压力…………………………………………………………3
1.3.2 温度…………………………………………………………4
1.3.3 汽气比………………………………………………………4
1.4 固定管板式换热器…………………………………………………………5玫瑰糠疹病因
1.4 变换工段简介………………………………………………………………6
第二章 工艺过程设计……………………………………………………………7
2.1估算传热面积………………………………………………………………7
2.1.1查取物行数据………………………………………………………7
2.1.2热量衡算……………………………………………………………7
2.1.3确定换热器的材料和压力等级……………………………………7
2.1.4流体通道的选择……………………………………………………7
2.1.5计算传热温差………………………………………………………8
2.1.6 选K值,估算传热面积……………………………………………8
2.1.7初选换热器型号……………………………………………………8
2.2计算流体阻力………………………………………………………………9
2.2.1管程流体阻力………………………………………………………9
2.2.2壳程流体阻力………………………………………………………9
2.3 计算传热系数 校正传热面积……………………………………………10
2.3.1管程对流给热系数αi………………………………………… …10流苏髻
2.3.2壳程对流传热系数α0……………………………………………10
2.3.3计算传热系数………………………………………………………10
2.3.4计算传热面积………………………………………………………11
参考文献…………………………………………………………………………12
致谢………………………………………………………………………………13
第一章 工艺过程设计概述
1.1合成氨的生产过程
20世纪初,德国物理化学家哈勃(F.Haber)成功的采用化学合成的方法,将氢氮气通过催化剂的作用,在高温高压下制取氨。为了与其他制氨方法相区别,将这种直接合成的产物称为“合成氨”。目前工业上生产氨的方法几乎全部都采用氢氮气直接合成法,但合成氨的名称一直沿用至今。
1.1.1氨的性质
合成氨别名:氨气。分子式NH3,英文名:synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产物外,绝大部分是合成的氨。
氨在常温、常压下为无色气体,比空气轻,具有特殊的刺激性臭味,较易液化。当温度25
0C、压力1MPa时,气态氨可液化为无色的液氨。
氨气易溶于水,溶解时放出大量的热。
液氨或干燥的氨气对大部分物质不腐蚀,在有水存在时,对铜、银、锌等金属有腐蚀。
氨是一种可燃性气体,自燃点为6300C,故一般较难点燃。
1.1.2氨的用途
合成氨主要用作化肥复方罗布麻片、冷冻剂和化工原料。
合成氨生产,首先必须制取含氢和氮的原料气。氮气来源于空气,可以在低温下将空气液化,分离而得;也可在制氢过程中加入空气,直接利用其中的氮。合成氨生产大多采用后一种方式提供氮。氢气的主要来源是水和碳氢化合物中的氢元素,以及含氢的工业气体。
1.1.3氨合成的原料
合成氨生产常用的原料包括:焦碳、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。
不论以固体、液体或气体为原料,所得到的合成氨原料气中均含有一氧化碳。固体燃料气化所得半水煤气中的一氧化碳含量为28%~30%,烃类蒸汽转化为12%~13%,焦炉转化气为11%~15%,重油部分氧化为44%~48%。一氧化碳的清除一般分为两次。大部分一氧化碳,先通过变换反应,即在催化剂存在的条件下,一氧化碳与水蒸气作用生成氢气和二氧化碳。通过变换反应,既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳,同时,又可制得与反应了的一氧化碳相等摩尔的氢,而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此,一氧化碳的变换既是原料气的净化过程,又是原料气制造的继续。最后,残余的一氧化碳再通过铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法等方法加以清除。
1.2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 + H2O = CO2 + H2 +Q (1-1)
通过上述反应,CO转化为较易被消除的CO2并获得宝贵的H2,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:
C O + H2 = C + H2O (1-2)
CO + 3H2 = CH中国十大草原排名4 + H2上海朱家角O (1-3)
但是,由于变换所用催化剂对反应式(1-1)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:
2H2 + O2 黄子韬电影= 2H2O +Q
1.3工艺条件
1.3.1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。