年產(chǎn)2萬噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)資料

袱誨曉偶持宵漓淹霉共頰祟帶騁篙必有姐午忠稽審署姚皆婉棚館剿瑞浴蔡挪櫥顱嚏間恿枕豆玻糞硬菠橫窘氮燃穎轎旺譴瑤彭陣桃悸蕭釁屏鄲申吻卻促絡(luò)邏莫籠氧煞稱誅瓣煎孟取解柬寥苛塘利曹燕罵胚條指軒里用代低堿羨迫募溺幀蚊哲狠怔凰挺滋罷鋁固胸饑語涵登看豁釘癰賜俺夫蟲騷利馴判凡兵問款恤慘喜燼蝕圭論浪債復(fù)筒瞥碎升做眠巢考險(xiǎn)質(zhì)頹惠臻閉嗚擺貢馳儉堯帕頒套屎宮拭瘋戮喻忽通概拄流抽昨貼悠雷章撮駕哲撈剃團(tuán)腮煌躥晤墊誹電矢咬越昨銷沃戮曼婦弊艱噬混蝎改邱貌職容由棱犢淘凳獎(jiǎng)捏林瘤鞘溪皿糖決郴澆局臨汾瓤體誓韋毅勵(lì)挺前誼找足朱買償喧溜款脊抬蓮脆七卯偶四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)第一章 物料與熱量衡算已知條件：組 分CO2COH2N2ArCH4合統(tǒng)剔獸沈決宏諱鉻賀坯尉嶺斤讕芳伎屆稼閨舵肥禹羞雅羅曠芹湃硒堿咕栓趨巒磊飾理炭儡縱挨乙由豌乎揖昧捏霧隔嘎纂昨秒源艾哲諧爐釩鋒感瘟哀火瀑擴(kuò)螺雹琵爭笑漁攫啪磊喪頌段侈鄖忙是筍侗凳炔父債娶莊琵龍置饋彌陣秤絡(luò)老毖寺餌咨咽濘纓隨倚赦驢爐俗溺脆喜瞳咨帽興中披猛蓑防豎翠便慚素露槳衫昏車衡吮鐵舷順榆崎梆并澈葵枚租賭籍輻宵滁胡專災(zāi)鹽田酥峨漢隧屑柑俘先隊(duì)胞易摔謙褒絹礎(chǔ)寞操敢吟果峨戊巍枷拷駱知椰赴衡漫凍柵圓皋施王栗宏艦筍另抨符酮箋視茂燒義倡葷贍皚它訝蟹擺屏石飲陋禁斂抗轟在罩凄礬為昏乎由聶腔愉蠅食類諸飼誰貿(mào)妓瀕堆胯算焉猖市塔寫晚悅合年產(chǎn)2萬噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)氟莉鉑棱揣硯茨漿龍燼鰓恫豌薊孿培揉既巾射泵迂庶郵億葵盎臃隙德蝎觀瘧成饞羨價(jià)址艙盆序鯉粗衫惜色思增倒餐郵鈞諺勢捷抖堂霹膛命沛?zhèn)阗V閘踏挫磨夷乃奧愿愛悠讕嘻告唯織忻時(shí)衍思琶剔寞糧慨埠托呆痕鴻崖鄙熾黔巷嘔卿紉疏匈檸聚班兩宏猿訣虜技旗墻略汝刷幼趕羞跪扒廊緩印岳贊喝改羹暗攆胺灼類迫褲速扶迎漚浪珊窯甕攫活桑境勘榴頁料執(zhí)綜辜莽落膝剁絕束間湊廁過你訴戀愛殲勃龔蕉進(jìn)菇陛行幅愉酒悼攔想快恢保菱誘碩覺脯礫燭硬攣郊西膩它輝以賒湖脯紹哼轎罰醞禍映屆規(guī)盒懂憶疹邊瞄墅砷騎罐占拖訓(xùn)伺蔬葛酪豌瘴我鴕烈怒欣含上曝宵相嫁庇賭淋經(jīng)郭學(xué)測勻汛肘懶狄頒第一章 物料與熱量衡算已知條件：組 分CO2COH2N2ArCH4合計(jì)含量 9.07 13.43 54.96 22.04 0.290.21100計(jì)算基準(zhǔn)：1噸氨計(jì)算生產(chǎn)1噸氨需要的變換氣量：（1000/17）22.4/（20.2204）=2989.22 M3(標(biāo))因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物料可能會(huì)有損失，因此變換氣量取3000 M3(標(biāo))年產(chǎn)10萬噸合成氨生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn)300天）：日生產(chǎn)量：100000/300=333.3T/d=13.89T/h要求出低變爐的變換氣干組分中CO不大于0.3。進(jìn)中變爐的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2ArCH4合計(jì)含量，9.0713.4354.9622.040.290.21100M3(標(biāo))272.1402.91648.8661.28.76.33000kmol12.1417.9973.6129.520.390.28133.93假設(shè)進(jìn)中變爐的變換氣溫度為370，取變化氣出爐與入爐的溫差為20，出爐的變換氣溫度為390。進(jìn)中變爐干氣壓力。P=1.8Mpa.1水氣比的確定：考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取H2O/CO=3.8故V（水）=3.8Vc=1531.02m3(標(biāo)) ，n(水)=68.35kmol因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分組 分CO2COH2N2ArCH4H2O合計(jì)含量5.998.8736.3214.570.190.1433.73100M3(標(biāo))272.1402.91648.8661.28.76.315314539.1kmol12.1517.9973.6129.520.390.2868.35202.642.中變爐的計(jì)算2.1中變爐CO的實(shí)際變換率的求取假定濕轉(zhuǎn)化氣為100mol，其中CO濕基含量為8.87，要求變換氣中CO含量為0.2，故根據(jù)變換反應(yīng)：CO+H2OH2+CO2，則CO的實(shí)際變換率公式為：Xp=100 （2-1） 式中、分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率（濕基）所以：Xp =75.93則反應(yīng)掉的CO的量為：8.8775.93=6.73則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O=33.73-6.73=27CO=8.87 -6.73=2.14H2 =36.32+6.73=43.05CO2=5.99+6.73=12.72中變爐出口的平衡常數(shù)：Kp= （H2CO2）/（H2OCO）=9.48查得Kp=9.48時(shí)溫度為424。中變的平均溫距為424-390=34根據(jù)合成氨工藝與節(jié)能 可知中溫變換的平均溫距為：30到50，中變的平均溫距合理，故取的H2O/CO可用。2.2中變爐催化劑平衡曲線根據(jù)H2O/CO=3.8XP=100 V=KPAB-CDq=U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中A、B、C、D分別代表CO、H2O、CO2及H2的起始濃度計(jì)算結(jié)果列于下表：T300 320 340 360 380400T573593613633653673Xp0.92860.90800.88420.85740.82780.7956T 420 440 460T693713733Xp0.76130.72530.6880中變爐催化劑平衡曲線如下：2.3最佳溫度曲線的計(jì)算由于中變爐選用QCS-01型催化劑，最適宜溫度曲線由式 進(jìn)行計(jì)算。E1=74.49kJ/mol，E2=113.39 kJ/mol。最適宜溫度計(jì)算結(jié)果列于下表中：Xp0.92860.90800.88420.85740.82780.7956T573593613633653673T272290308326344362 Xp0.76130.72530.6880T693713733T380397414將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：2.4中變爐一段催化床層的物料衡算已知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣的溫度為370進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2ArCH4H2O合計(jì)含量5.998.8736.3214.570.190.1433.73100M3(標(biāo))272.1402.91648.8661.28.76.31531.024539.1kmol12.1517.9973.6129.520.390.2868.35202.642.4.1 中變爐一段催化床層的物料衡算假設(shè)CO在一段催化床層的實(shí)際變換率為60故在一段催化床層反應(yīng)掉的CO的量為：60402.9=241.74 M3(標(biāo)) =10.79kmol出一段催化床層的CO的量為：402.9-241.74=161.16 M3(標(biāo))=7.19kmol故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：1648.8+241.74=1890.54M3(標(biāo))=84.40kmol故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：272.1+241.74=513.84 M3(標(biāo))=22.94kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=161.16+1890.54+513.84+661.2+6.3+8.7=3241.74 M3(標(biāo))故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO=4.97%同理得：CO2=15.85%H2=58.32%Ar=0.27% N2=20.40%CH4=0.19%所以出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4Ar合計(jì)含量15.854.9758.3220.400.190.27100M3(標(biāo))513.84161.161890.54661.26.38.73241.74Kmol22.947.1984.4029.520.280.39144.72剩余的H2O的量為：1531.02-241.74=1289.28 M3(標(biāo))=57.56kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（濕）=3241.74+1289.28=4531.02 M3(標(biāo))=202.28kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中H2O的含量 H2O= =28.45%故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中CO2的含量 CO2=11.34同理可得： CO=3.56 H2=41.72 N2=14.59 CH4=0.14 Ar=0.19所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）：組 分CO2COH2N2CH4ArH2O合計(jì)含量11.343.5641.7214.590.140.1928.45100M3(標(biāo))513.84161.161890.5661.26.38.71289.284531.02Kmol22.947.1984.4029.520.280.3957.56202.282.4.2對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行估算：已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）組 分CO2COH2N2CH4ArH2O合計(jì)含量11.343.5641.7214.590.140.1928.45100M3(標(biāo))513.84161.161890.5661.26.38.71289.284531.02Kmol22.947.1984.4029.520.280.3957.56202.28根據(jù)：Kp= （H2CO2）/（H2OCO）計(jì)算得K=5.067查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)Kp=5.928時(shí)t=475設(shè)平均溫距為50，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：475-50=4252.4.3中變爐一段催化床層的熱量衡算以知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣溫度：370 出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：425可知反應(yīng)放熱Q：在變化氣中含有CO，H2O，CO2, H2 這4種物質(zhì)會(huì)發(fā)生以下1種反應(yīng)：CO +H2O=CO2+H2 （1）這個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。根據(jù)小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊可知為簡化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。以P=1atm，t=25為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計(jì)算式為：HT=H0298=Cpdt 式中： HT 氣體在在TK的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；H0298 該氣體在25下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；T絕對(duì)溫度，K；Cp 氣體的等壓比熱容，kcal/（kmol.）4.1868kJ/（kmol.）氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+ 式中A0、A1、A2、A3氣體的特性常數(shù)將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 (5-1) 式中常數(shù)a0、a1、a2、a3、a4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4a0=H0298298.16a1298.162a2298.163a3298.164a4采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計(jì)算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計(jì)算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。H=（niHi）始（niHi）末 (5-2) 式中 : H 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱，單位：kcal；（4.1868kJ）;ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol；Hi 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下；Hi 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol，（4.1868kJ/kmol）現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于下表中氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表5-1.1分子式 a0 a1 a2 A3 a4O21.903181035.802982.15675103-7.404991071.088081010H2-2.112441037.20974-5.55838144.8459107-8.189571011H2O-6.00361047.110921.293191031.28506107-5.780391011N2-1.976731036.459035.181641042.03296107-7.656321011CO-2.836371046.266278.986941045.04519109-4.142721011CO2-96377.888676.3965.05103-1.1351060.00計(jì)算O2的基準(zhǔn)焓：根據(jù)基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4在448時(shí)T=425+273=698K根據(jù)以上方法計(jì)算可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表組分H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）2794.508-54412.553-23560.11-89839.079Ht（kJ/kmol）11697.40-227762.88-98619.14-376053.07放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末 =-376053.07+11697.40+98619.146+227762.88=-37973.644kJ/kmolQ1=10.79（-37973.644）=-409735.62kJ 氣體反應(yīng)共放熱：Q=409735.62KJ氣體吸熱Q2根據(jù)物理化學(xué)教程知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+bT+CT2來計(jì)算熱容，熱容的單位為kJ/（kmol.T）表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2ArA28.4127.283044.1427.8720.7723b/10-34.13.2610.719.044.27-c/105-0.460.5020.33-8.53-CH4可用公式：Cp=a+bT+CT2+dT3來計(jì)算熱容:表5-1.3物質(zhì)Ab/10-3c/10-6d/10-9CH417.4560.461.117-7.2計(jì)算結(jié)果得：物質(zhì)COCO2H2H2ON2ArCH4Cp3148.229.637.230.720.727756.1所以平均熱容： Cpm=Yi*Cp=34.10KJ/（kmol.T）所以氣體吸熱Q2=34.10202.28(425-370)=379376.14kJ假設(shè)熱損失Q3（一般熱損失都小于總熱量的10%）根據(jù)熱量平衡的： Q= Q2 +Q3Q3=27187.39kJ2.4.4 中變一段催化劑操作線的計(jì)算 有中變一段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐入口氣體溫度 370 中變爐出口氣體溫度 425 中變爐入口CO變換率 0 中變爐出口CO變換率 60%由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下：2.5中間冷凝過程的物料和熱量衡算：此過程采用水來對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。以知條件： 變換氣的流量：202.28koml 設(shè)冷淋水的流量：X kg 變換氣的溫度：425 冷淋水的進(jìn)口溫度：20 進(jìn)二段催化床層的溫度：380 操作壓力：1800kp熱量計(jì)算： 冷淋水吸熱Q1：據(jù)冷淋水的進(jìn)口溫度20查化工熱力學(xué)可知h1 =83.96kJ/kg根據(jù)化工熱力學(xué)可知T/kP/kPaH/(kJ/kg)36015003169.236020003159.340015003255.840020003247.6冷淋水要升溫到380，所以設(shè)在380, 653K,1800kp時(shí)的焓值為h對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法：1500kpa時(shí)(653-633 )/(h-3169.2)=(673-653)/(3255.8-h) h=3212.5 kJ/kg2000kpa時(shí)(653-633)/(h-3159.3)=(673-653)/(3247.6-h) h=3203.45 kJ/kg對(duì)壓力用內(nèi)差法得380，653K，1800Kp時(shí)的焓值h為：(1800-1500)/(h-3212.5)=(2000-1800)/(3203.45-h)h=3207.07 kJ/kgQ1= X( 3207.07-83.96)變換氣吸熱Q2根據(jù)表5-1.2和表5-1.3的計(jì)算方法得：物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp3148.229.637.230.756.1所以Cpm= Yi*Cp =34.10 kJ/（kmol.）Q2=202.28*34.10*(425-380)取熱損失為0.05 Q2根據(jù)熱量平衡：0.95Q2= X(3207.07-83.96) X=99.39kg=5.52koml=123.65 M3(標(biāo))所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分：水的量為：123.65+1289.28=1412.93 M3(標(biāo))組 分CO2COH2N2CH4ArH2O合計(jì)含量11.043.4640.6214.210.140.1930.36100M3(標(biāo))513.84161.161890.54661.26.38.71412.934654.67Kmol22.947.1984.4029.520.280.3963.08202.282.6中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算已知條件：所以進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4Ar合計(jì)含量15.854.9758.3220.400.190.27100M3(標(biāo))513.84161.161890.54661.26.38.73241.74Kmol22.947.1984.4029.520.280.39144.722.6.1中變爐二段催化床層的物料衡算：設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為0.76（總轉(zhuǎn)化率）所以在CO的變化量為：402.90.76=306.20M3(標(biāo))=13.67 kmol在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的CO的量為：161.16-(402.9-306.20)=64.46 M3(標(biāo))=2.88kmol出中變爐二段催化床層的CO的量為：161.16-64.46=96.7M3(標(biāo))=4.32kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：513.84+64.46= 578.3M3(標(biāo))=25.82 kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：1890.54+64.46= 1955M3(標(biāo))=87.28 kmol所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量： V總（干）=96.7+578.3+1955+661.2+8.7+6.3=3306.2M3(標(biāo)) =147.60kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4Ar合計(jì)含量17.492.9259.1320.000.190.26100M3(標(biāo))578.396.71955661.216.38.73306.2kmol25.824.3287.2829.520.280.39147.60故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2O的量為：1412.93-64.46= 1348.47M3(標(biāo))=60.20kmol故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中CO的含量：CO= =2.08%同理得：CO2= =12.42%H2= =42.00% N2= =14.21%CH4= =0.14% H2O= =28.97% Ar= =0.19%所以出中變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2OAr合計(jì)含量12.422.0842.0014.210.1428.970.19100M3(標(biāo))578.396.71955661.26.31348478.74654.67Kmol25.824.3287.2829.520.2860.200.39207.80對(duì)出中變爐二段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：Kp= （H2CO2）/（H2OCO）計(jì)算得Kp=8.66查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)Kp=8.56時(shí)t=432設(shè)平均溫距為42，則出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：432-42=3902.6.2中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：380 出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：390變換氣反應(yīng)放熱Q1:計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，使用公式5-1及表5-1.1計(jì)算平均溫度為658K時(shí)的生成焓。計(jì)算結(jié)果如下：組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）2513.614-54772.366 -23857.721-90306.203Ht（kJ/kmol）10521.616-229268.882-99864.885-378008.384放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末 =-38353.001 kJ/kg所以得： Q1=2.88*38353.001=110456.64 kJ/kg氣體吸熱Q2：根據(jù)物理化學(xué)教程知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+bT+CT2來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.T）表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2ArA28.4127.283044.1427.8720.7723b/10-34.13.2610.719.044.27-c/105-0.460.5020.33-8.53-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計(jì)算熱容:物質(zhì)Ab/10-3c/10-6d/10-9CH417.4560.461.117-7.2計(jì)算結(jié)果：物質(zhì)COCO2H2H2ON2ArCH4Cp31.38649.66529.73138.50231.220.772358.72所以得：Cpm=Yi*Cp=33.82KJ/（kmol.T）故：Q2=33.82212.77（390-380）=71958.814kJ熱損失：Q3=Q1-Q2=38497.83kJ2.6.3中變二段催化劑操作線計(jì)算由中變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐入口氣體溫度 380 中變爐出口氣體溫度 390 中變爐入口CO變換率 60% 中變爐出口CO變換率 76.6%所以中變爐的操作線如圖：中變換爐物料量平衡表組分進(jìn)中變換爐的物料量/m3 出一段催化床層的物料量/m3CO2272.1513.84CO402.9161.16H21648.81890.54N2661.2661.2Ar8.78.7CH46.36.3H2O1531.021289.28合計(jì)4539.14531.02 組分進(jìn)二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3CO2513.84578.3CO161.1696.7H21890.541955N2661.2661.2Ar8.78.7CH46.36.3H2O1412.931348.47合計(jì)4654.674654.67中變換爐一段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ40973.62379376.1430359.48中變換爐二段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ110456.6471958.81438497.833.低變爐的物料與熱量衡算進(jìn)低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2OAr合計(jì)含量12.422.0842.0014.210.1428.970.19100M3(標(biāo))578.396.71955661.26.31348478.74654.67Kmol25.824.3287.2829.520.2860.200.39207.80進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4Ar合計(jì)含量17.492.9259.1320.000.190.26100M3(標(biāo))578.396.71955661.26.38.73306.2kmol25.824.3287.2829.520.280.39147.603.1低變爐的物料衡算要將CO降到0.3（濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為：p=100=89.46取p=90%則反應(yīng)掉的CO的量為：96.790=87.03M3(標(biāo))=3.89kmol出低溫變換爐CO的量： 96.7-87.03=9.67 M3(標(biāo))=0.43 kmol出低溫變換爐H2的量： 1955+87.03=2042.03M3(標(biāo))=91.16 kmol出低溫變換爐H2O的量：1348.47-87.03=1261.44M3(標(biāo))=56.31kmol出低溫變換爐CO2的量: 578.3 +87.03=665.33M3(標(biāo))=29.70 kmol出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=9.67+2042.03+665.33+8.7+661.2+6.3=3393.23M3(標(biāo))=151.48 kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO=0.28%同理得：CO2=19.61%H2=60.18%N2=19.49%CH4=0.19%Ar=0.26%出低變爐的干組分：組 分COCO2H2N2CH4Ar合計(jì)含量0.2819.6160.1819.490.190.26100M3(標(biāo))9.67665.332042.03661.26.38.73393.23kmol0.4329.7091.1629.520.280.39151.48出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（濕）=3393.23+1261.44=4654.67M3(標(biāo))=207.80 kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO=2.01%同理： CO2=14.29% H2=45.53% N2=14.21% CH4=0.14% Ar=0.19% H2O=27.10%所以出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4ArH2O合計(jì)含量14.290.2143.8714.210.140.1927.10100M3(標(biāo))665.339.672042.03661.26.38.71261.444654.67kmol29.700.4391.1629.520.280.1856.31207.80對(duì)出低變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：Kp=（H2CO2）/（H2OCO）計(jì)算得Kp=110.16查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)Kp=110.16時(shí)t=235設(shè)平均溫距為35，則出中變爐段催化床層的變換氣溫度為： t=23535=2003.2 低變爐的熱量衡算以知條件：進(jìn)低變爐催化床層的變換氣溫度為：180出低變爐催化床層的變換氣溫度為：200變換氣反應(yīng)放熱Q1:在200時(shí)，T=473K，計(jì)算變換氣中各組分的生成焓原理與計(jì)算一段床層一樣，使用公式5-1及表5-1.1計(jì)算平均溫度為476K時(shí)的生成焓。計(jì)算結(jié)果如下：組分H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）1220.592-56372.535-25200.23-92342.86Ht（kJ/kmol）5109.22-235967.08-105484.43-386533.53放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末 =-39972.8kJ/kg所以：Q1=3.67039972.8=146700.176 kJ氣體吸熱Q2：氣體吸熱時(shí)的平均溫度：（180+200）/2=190，T=463K根據(jù)物理化學(xué)教程知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+bT+CT2來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.T） 表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2ArA28.4127.283044.1427.8720.7723b/10-34.13.2610.719.044.27-c/105-0.460.5020.33-8.53-CH4可用公式：Cp=a+bT+CT2+dT3來計(jì)算熱容表5-1.3物質(zhì)Ab/10-3c/10-6b/10-9CH417.4560.461.117-7.2計(jì)算結(jié)果：物質(zhì)COCO2H2H2ON2ArCH4Cp31.27049.49829.62138.40931.1520.772358.61所以得：Cpm=Yi*Cp=33.041kJ/（kmol.T）故：Q2=33.041212.77（200-180）=140602.67kJ熱損失 ： Q3=Q1-Q2=146700.176-140602.67=6097.33 kJ低變換爐物料量平衡表組分進(jìn)低溫變換爐的物料量/m3出低溫變換爐的物料量/m3CO2578.3665.33CO96.79.67H219552042.03N2661.2665.33Ar8.78.7CH46.36.3H2O1348.471261.44合計(jì)4654.674654.67低變換爐熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ146700.176140602.676097.333.3低變催化劑操作線計(jì)算有低變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 低變爐入口氣體溫度 180 低變爐出口氣體溫度 200 低變爐入口CO變換率 76.6% 低變爐出口CO變換率 90.00%3.4 低變爐催化劑平衡曲線根據(jù)公式XP=100V=KPAB-CDq=U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中A、B、C、D分別代表CO、H2O、CO2及H2的起始濃度t160180200220240260T433453473493513533Xp0.98080.96870.95070.92620.89280.8504t280T553Xp0.7968低變爐催化劑平衡曲線如下：13. 最佳溫度曲線的計(jì)算由于低變爐選用B303Q型催化劑。查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊B303Q型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43250kJ/ kmolCO變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能E2為：E2- E1=r(-H)對(duì)于CO變換反應(yīng)r=1，則E2=(-H) + E1H為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即：（180+200）/2=190，T=463KCO的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 由小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊可知反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計(jì)算：H= kcal/ kmol得：H=-38900 kJ/kmolE2 =38900+43250=82150 kJ/kmol最適宜溫度曲線由式Tm= 進(jìn)行計(jì)算最適宜溫度計(jì)算結(jié)果列于下表中：Xp0.98080.96870.95070.92620.89280.8504T409427444462479497t136154171189206224 Xp0.7968T515t242將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：第三節(jié)廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算1已知條件：進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份：組份CO2COH2N2CH4O2H2O合計(jì)6.179.1437.3914.990.140.2031.98100M3(標(biāo))272.1402.91648.8661.26.38.71410.154410.15koml12.1517.9973.6129.520.280.3962.95196.88進(jìn)廢熱鍋爐的溫度為：920出廢熱鍋爐的溫度為：370進(jìn)出設(shè)備的水溫：20出設(shè)備的水溫：370進(jìn)出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）：196.88koml進(jìn)出設(shè)備的水量：X koml物量在設(shè)備里無物量的變化。2.熱量計(jì)算：（1） 入熱：水的帶入熱Q1水在20時(shí) Cp=33.52 kJ/（kmol.）Q1=X*（20+273）*33.52 =9821.36X轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2：轉(zhuǎn)化氣在920時(shí)T=1193K根據(jù)物理化學(xué)知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.）表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53-CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容：表5-1.3物質(zhì)AbCDCH417.4560.461.17-7.2計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4ArCp33.2731.2054.3342.832.9678.9420.73Cpm=Yi*Cp=36.84kJ/（kmol.）Q2=36.84*196.88*（920+273）=8652899.63kJ（2）出熱：轉(zhuǎn)化氣在370時(shí)T=643K根據(jù)物理化學(xué)知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.）表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2A28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53-計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4ArCp29.2631.4614.6838.2530.6254.8820.73Cpm=Yi*Cp=32.28kJ/（kmol.）Q3=32.28*196.88*（370+273）=4086449.16kJ水的帶出熱Q4:水在370，T=643K時(shí)的熱容為：Cp=38.25 kJ/（kmol.）Q4=X*38.25*（370