第一变换炉直径3200变换炉的结构设计毕业设计论文.doc

第一变换炉直径3200变换炉的结构设计毕业设计论文 1.1课题设计内容、设计参数 1.1.1设计内容 1.塔板直径、厚度计算； 2.塔内件及有关附件计算； 3.筒体选材及壁厚计算； 4.上下封头型式、材料的确定以及厚度的计算与校核； 5.顶部和底部空间计算； 6.裙座设计及校核； 7.塔总高的计算； 8.载荷分析及强度校核。 1.1.2操作参数 工作压力(Mpa）： 0.8MPa 操作温度（℃）： 470℃ 物料名称： 半水煤气、变换气 腐蚀余量（mm） 2 塔径（mm）： 3200 塔高（m）： 14.2 基本风压（Mpa）： 0.35 地震烈度 7 1.2课题来源及变换炉的应用及结构 变换炉是合成氨工业中一氧化碳变换工段的核心设备，其作用是提供一氧化碳转换的环境，使一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，反应放出热量。变换的主要目的是制取氢气，变换过程中产生的副产品二氧化碳在变换工段后的气体净化工段中分离出来，从而得到用于合成氨所需的氢气（有时含有少量的氮气、甲烷等）以及用于合成尿素所需的二氧化碳。 变换炉的结构能否满足工艺要求与计算设备、可靠性直接影响到产量、能耗、转化率、触媒用量和投资费用等。在合成氨生产中，一氧化碳有高温变换、中温变换和低温变换之分，对于低温变换，由于在这一过程中一氧化碳转化量少，催化床层温升小，仅需一段绝热催化剂反应即能满足工艺生产要求，因而低温变换炉的结构型式单一，而对于高温、中温变换，由于一氧化碳转化量多，催化床层温升大，相应的中文工艺有所不同，一般来说，工业生产中采用的中变炉结构型式随合成按生产原料的不同而有差异，近十几年，在传统的固定床反应器基础上，又出现了轴径变换炉和列管式等温变换炉等新的结构型式。 多段高温、中温变炉通常指两段或三段绝热反应段，两段式高温、中温变炉壳体是用钢板制成的圆筒，内部以钢板隔成上、下两段。上段装两层催化剂，下段装一层催化剂。催化剂靠支架支承，支架上铺上箅子板、钢丝网及耐火球，然后装填催化剂，上部在装一层耐火球，在催化床层内设有热电偶。炉体内壁砌有耐热混凝土衬里，以降低炉壁温度和减少热损失。炉体上配置有人孔和卸催化剂口。 多段高温、中温变炉工艺 多段高温、中温变炉适用于以煤或重油为原料的合成氨生产装置。以煤为原料制取的半水煤气中含一氧化碳25﹪-34﹪，重油气化制得的水煤气中含一氧化碳44﹪-49﹪,经中温变化炉使一氧化碳降至3﹪。为了有利于反应平衡应尽可能在低的出口温度下操作。因此通常使用二至三段绝热催化剂层，并采用中间换热式、喷水冷激式和蒸汽过热式进行降温，中间换热式是采取预热入口半水煤气的方法，降低变换气温度。喷水冷激式是向反应气内喷入冷激水，既降低反应气温度，有增加水蒸气含量，有利于变换气反应进行，冷激水通常为变换系统的冷凝液。蒸汽过热式是利用导入的饱和蒸汽来冷却反应气体，并使蒸汽过热。以上三种降温方式可以混合使用。 多段高温、中温变流程一般包括：（1）多段变换炉及其段间冷却设备；（2）回收变换炉出口变换气的先热以预热入口半水煤气的热交换器；（3）回收过量反应蒸汽潜热的热水饱和塔及其附属的水加热器；（4）加热脱碳溶液的再沸腾器。 一段中变炉结构 图1： 变换炉的整体结构 与多段高温、中温变炉相比，一段高温、中温变换炉的结构简单。炉内没有分段隔板，仅有支承催化剂层的箅子板和铁丝网。铁丝网上铺一层氧化铝球，用来支承催化剂，避免漏出。为减少气流和压力波动所造成的冲击以及保证气体均匀分布，在催化床层顶部再铺上一层氧化铝球，通常装填一层或二层催化剂。 传统变换炉为轴向变换炉，流体流速大，为保证变换反应所需的催化剂，其填装量较多，催化剂床层较高，因此压力降较大。而轴径向变换炉改变了反应流体的方向，使反应流体的速度降低，反应流体通过催化剂的距离缩短，压力降减小，同时降低了催化剂段筒体的温度，是变换炉改进的方向。 图2：轴径向变换炉示意图 1-塑料口（人孔）；2-进气口；3-分布器；4-内集气器；5-外集气器； 6-出气口；7-卸料口；8-外集气器 轴径向变换炉内部没有进口分布器和出口分布器，分布器为壳侧不满小孔的钢制圆筒体，催化剂填充在进口分布器和出口分布器筒体之间。轴径向变化炉的主要特点如下: 气体轴径向通过催化床层，催化剂利用率高，床层压降小。在轴径向催化床中，气体通过催化剂的径向满级大大增加，90﹪的气体径向穿过床层，这样床层中的催化剂得到充分利用；10﹪的气体沿轴向向下通过床层，与传统的轴向床层相比，压降小得多。（2）使高温、中温催化剂免受转化气随二段热回收时夹带来的水滴侵蚀。（3）可采用粒度更小，活性更高的催化剂。轴径向变换炉也适合于