锌等金属有腐蚀。氨是种可燃性气体，自燃点为，故般较难点燃。氨的用途合成氨主要用作化肥冷冻剂和化工原料。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。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氧化碳。固体燃料气化所得半水煤气中的氧化碳含量为，烃类蒸汽转化为，焦炉转化气为，重油部分氧化为。氧化碳的清除般分为两次。大部分氧化碳，先通过变换反应，即在催化剂存在的条件下，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氧化碳相等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此，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。工艺原理氧化碳是氨合成反应的毒物，在原料气中含量为，氧化碳变换主反应为通过上述反应，转化为较易被消除的并获得宝贵的，因而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，少量的再通过其他净化法加以脱除。此外，氧化碳与氢之间还可发生下列反应但是，由于变换所用催化剂对反应式具有良好的选择性，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工艺条件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，很小，但对应的很高，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，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，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，使床层温度符合的要求。生产上控制变换反应温度应遵循如下两条原则。，应在催化剂的活性温度范围内操作催化床温度二，入口温度高于催化剂的起始活性温度左右，热点温度低于催化剂的耐热温度。在满足工艺条件的前提下，尽量维持低温操作。随着催化剂使用时间的增长，因催化剂活性下降，操作温度应适当提高。催化床温度应尽可能接近最佳温度。为此，必须从催化床中不断移出热量，并且对移出的热量加以合理利用。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。对变换发应，由于整个反应过程变换率较大，反映前期与后期单位催化床所需排出的热量想差甚远，故主要采用多段换热式。此类变换炉的特点是反应过程与移热过程分开进行。多段换热式又可分为多段间接换热与多段直接换热。前者是在间壁式换热器中进行的后者则是在反应器中直接加入冷流体以达到降温的目的，又称冷激式。变换反应可用的冷激介质有冷原料气，水蒸汽及冷凝水。对于低温过程，由于氧化碳反应量少，无需从床层移热。其温度控制除了必须在催化剂的活性温度范围内操作外，低限温度必须高于相应条件下的水蒸汽露点温度约。变换反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。而存着最佳反应温对定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为式中分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和催化剂的不同而变化。压力压力对变换反应的平衡几乎没有影响，但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。对平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗低。具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机各段压力的合理配置而定。般小型氨厂操作压力为,中型氨厂为。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取。水蒸汽比例般指比值或水蒸汽干原料气改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段。为了尽可能地提高的变换率，防止副反应的发生，工业上是在水蒸气过量下进行反应的。因此，应该充分利用变换的反应热，直接回收蒸汽，以降低水蒸气的消耗。此外，合理确定最终变换率以及催化剂床层的段效，保持良好的段间冷却效果，都可以促进水蒸气消耗的降低。中高变换时适宜的水蒸汽比例般为，经反应后，中变气中可达以上，因此，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求。变换工段简介变换工段是指与水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。目前，变工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，就是在等铁铬系催化剂之后串入钴钼系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低另方面变换气中的含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。固定管板式换热器固定管板式换热器的两端管板和壳体制成体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上个补偿圈，或膨胀节。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。固定管板式换热器主要有外壳管板管束封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管壳程温差而产生的热应力。固定管板式换热器的特点是旁路渗流较小造价低无内漏。固定管板式换热器的缺点是壳体和管壁的温差较大，易产生温差力壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备结垢场合，寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。第三章工艺过程设计合成氨厂变换工段为回收变换气的热量以提高进饱和塔的热水温度，需设计台列管式换热器。已知变换气流量为,变换气进换热器温度为，压力为热水流量为，热水进换热器温度为，压力为。要求热水升温。设变换器出换热器时的压力为。估算传热面积查取物行数据水的定性温度为。变换气的平均压力。设变换气出换热器的温度为，则变换气的平均温度为，查得水与变换器的物性数据如下介质密度比热容粘度导热系数水变换气热量衡算热负荷变换气出口温度此值与原设相近，故不再试算，以上物行数据有效。确定换热器的材料和压力等级考虑到腐蚀性不大，合成氨厂该换热器般采用碳钢材料，故本设计中也采用碳钢材料。本设计中压力稍大于，为安全设计，采用的公称压力等级。流体通道的选择合成氨厂此换热器中般是热水走管程，变换气走壳程，这是因为变换气流量比水大得多，走壳程流道界面大且易于提高其值的缘故。本设计亦采用此管壳程流体的方案。计算传热温差首先计算逆流时平均温差考虑到管程可能是程，但壳程数为。查图得所以两流体的平均温差为选值，估算传热面积根据生产经验，取，则初选换热器型号由于两流体温差小于，故可采用固定管板式换热器。由固定板管式换热器的标准系列初选型换热器，有关参数列表如下外壳直径管子尺寸公称压强管子长度公称面积管数管程数管心距管子排列方式三角形按上列数据核算管程壳程的流速及管程流通截面积管内水的流速,壳程流通截面积取取折流板间距壳内变换气流速当量直径计算流体阻力管程流体阻力设管壁粗糙度ε为，则ε,查得摩擦系数,,,符合般要求。壳程流体阻力因为,故管子排列为正三角形排列，取当板数取为取污垢校正系数故管壳程压力损失均符合要求。计算传热系数，校正传热面积管程对流给热系数壳程对流传热系数,,,,壳程采用弓形折流板，故计算传热系数取污垢热阻以管外面积为基准则计算传热面积所选换热器实际面积为计计需需供型换热器主要参数及计算结果主要参数计算结果外壳直径公称压强公称面积管程数管子排列方式管子尺寸管长管数管中心距管程通道截面积折流板间距壳程通道截面积三角形排列热负荷传热温差管内液体流速管外气体流速管内液体雷诺数管外气体雷诺数管内液体压降管外气体压降管内液体对流给热系数管外气体对流给热系数传热系数计算值传热面积需要值安全系数以上计算表明，选用固定管板式列管换热器可用需供于合成氨变换工段的余热回收。所以本次设计使用固定管板式换热器。结论此次毕业小设计既是个检验化工原理所学知识的个过程，假声了我对化工原理这门课在实际应用过程中的体会，同时也是个增长知识的过程。通过此次毕业小设计，我对如何开展化工设计工作程序有了定的了解，学到了很多知识，进步了很多。但是，在设计的过程中，我也认识到了自己存在的不足。知识是个长期的不断积累的过程，只有积极的学习和吸取新的知识，与时俱进，不断的充实自己，才