畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)五萬(wàn)噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)

1、黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）年產(chǎn)五萬(wàn)噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)姓 名： 指導(dǎo)教師： 院 系： 化學(xué)系 專 業(yè)： 制藥工程 提交日期： 2011年04月20日 40目 錄中文摘要3外文摘要4引言51合成氨變換工段工藝簡(jiǎn)介51.1工藝原理51.2工藝條件5 1.3工藝流程的確定6 1.4主要設(shè)備的選擇說(shuō)明6 1.5對(duì)本設(shè)計(jì)的綜述2. 變換工段物料及熱量恒算 6 2.1確定轉(zhuǎn)化氣組成6 2.2水氣比的確定7 2.3 中變爐一段催化床層的物料衡算7 2.4 中變爐一段催化床層的熱量衡算7 2.5 中變爐催化劑平衡曲線7 2.6 最佳溫度曲線的計(jì)算7 2.7操作線計(jì)算7 2.8中間冷淋過(guò)程的

2、物料和熱量計(jì)算82.9中變爐二段催化床層的物料衡算92.10中變爐二段催化床層的熱量衡算103設(shè)備的計(jì)算9 3.1低溫變換爐計(jì)算9 3.2低溫變換爐計(jì)算94結(jié)論15參考文獻(xiàn)16致謝18年產(chǎn)五萬(wàn)噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)xxx指導(dǎo)老師：（黃山學(xué)院化學(xué)系，黃山，安徽 245041）摘要：用中溫中壓三段變換的方法，半水煤氣首先經(jīng)過(guò)飽和熱水塔，在飽和熱水塔內(nèi)氣體與塔頂流下的熱水逆流接觸進(jìn)行熱量與質(zhì)量傳遞，使半水煤氣氣體溫增濕，出塔氣體進(jìn)入氣水分離器分離夾帶的液滴，再進(jìn)入主熱換熱器、中間換熱器和電爐升溫，使溫度達(dá)到320oc左右進(jìn)入變換爐一段，經(jīng)一段反應(yīng)后的變換氣在段間補(bǔ)充水分后進(jìn)入變換爐二段，二段反應(yīng)后

3、變換氣進(jìn)入中間換熱器，達(dá)到一定溫度后進(jìn)入三段反應(yīng)，最終將半水煤氣中co的含量30.000%降低至3.0%左右，使之符合年產(chǎn)9萬(wàn)噸中溫變換工藝設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)從變換理論，工藝計(jì)算及設(shè)備選型等方面進(jìn)行了闡述，并對(duì)該變換工藝進(jìn)行了物料計(jì)算，熱量計(jì)算和有關(guān)的設(shè)備計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，確定了一套中溫變換系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用低溫活性好的中變催化劑，降低了爐氣中蒸汽比，采用電爐升溫，革新了變換爐系統(tǒng)燃燒爐升溫的方法，使之達(dá)到操作簡(jiǎn)單，平穩(wěn)、省時(shí)、節(jié)能的效果關(guān)鍵詞：半水煤氣；一氧化碳；變換系統(tǒng).yearly produces 50,000 ton synthetic ammonia transformati

4、on construction section technological designkong chaodirector:zhan yi min（department of chemisty, huangshan university, huangshan, china, 245041）abstract：warm presses three sections of transformations with the methods,the semi-water first passed through the saturated hot water tank,the gas and tower

5、 go against the hot water adverse current contact in the saturated hot water tank which flowed off to carry on the quantity of heat and the mass transfer,causes the semi-water gas body temperature humidification,leaved the tower gas to enter was mad the water separator separation smuggles bubble,aga

6、in entered the host hot heat interchanger,the middle heat interchanger and the electric stove elevation of temperature,enabled the temperature to achieve 320oc about entered the shift converted section.after a section of response converted gas in the section supplemented the moisture contend less ad

7、vanced entered the shift converter two sections,after two sections of responses the converted gas entered the middle heat interchanger,achieved certain temperature less advanced entered three sections of responses,finally the co contend by 30.00% reduced the semi-water gas in to 3.0% about,causes it

8、 to tally yearly produces 90,000 ton warm transformation technological design the request.this design from transformation theory,aspects and so on process design and equipment shaping have carried on the claboration,and has carried on the material computation to this transformation craft,heat calcul

9、ation computation.according to design duty and request,has determined a set of warm transformation system.this design used low temperature activeness good to change the catalyst.reduced in the furnace gas the steam ration,used the electric stove elevation of temperature,innovated the method which th

10、e shift converter symstem combustion furnace elevates temperature,enabled it to achieve the operation simply,steady,time-saving,the energy conservation effect.key words：semi-water;carbon monoxide;transform system引 言本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨的一氧化碳變換的初步設(shè)計(jì)，一氧化碳不是合成氨生產(chǎn)所需要的直接原料，而且在一定條件下還會(huì)與合成氨的鐵系催化劑發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失活。因此，在原料氣

11、使用之前，必須將一氧化碳清除。一氧化碳變換是在一定溫度、壓力下，使半水煤氣中co在催化劑作用下，與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為h2和co2達(dá)到除去絕大部分co，同時(shí)制得等量h2。一氧化碳變換既是原料氣的凈化過(guò)程，又是原料氣制造的繼續(xù)。一氧化碳的變換是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，因此，溫升對(duì)反應(yīng)不利，在催化劑活性范圍內(nèi)提高溫度可加快反應(yīng)速度，在同一氣體組成和汽氣比的條件下選擇適宜的溫度有利于一氧化碳平衡變換率的提高，以達(dá)到最佳的反應(yīng)效果及最合理的催化劑用量。催化劑的活性溫度越低，在相同條件下，co的平衡變換率越高，即變換氣中含co越低，從而可節(jié)省蒸汽用量。11 合成氨變換工段工藝簡(jiǎn)介1.1工藝原理一氧化碳變換反應(yīng)式

12、為：co+h2o=co2+h2+q (1-1) co+h2 = c+h2o (1-2) 其中反應(yīng)（1）是主反應(yīng)，反應(yīng)（2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn)物的方向進(jìn)行，工業(yè)上采用對(duì)式反應(yīng)（11）具有良好選擇性催化劑，進(jìn)而抑制其它副反應(yīng)的發(fā)生。一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。變換過(guò)程中還包括下列反應(yīng)式：h2+o2=h2o+q 1.2工藝條件工藝條件1.壓力：壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響。但是提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。單就平衡而言，加壓并無(wú)好處。但從動(dòng)力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。從能量消耗上看，加壓也是有利。由于干原料氣摩爾數(shù)小于干變換氣的

13、摩爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進(jìn)行變換的能耗，比常壓變換再進(jìn)行壓縮的能耗底。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點(diǎn)，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機(jī)投各段壓力的合理配置而定。一般小型氨廠操作壓力為0.7-1.2mpa,中型氨廠為1.21.8mpa。本設(shè)計(jì)的原料氣由小型合成氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化而來(lái)，故壓力可取1.7mpa.2.溫度： 變化反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，溫度升高，反應(yīng)速率常數(shù)增大對(duì)反應(yīng)速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 co平衡含量增大，反應(yīng)推動(dòng)力變小，對(duì)反應(yīng)速率不利，可見溫度對(duì)兩者的影響是相反的。因而存在著最佳反應(yīng)溫對(duì)一定催化劑及氣相組成，從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)

14、算式為tm=式中tm、te分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。3.汽氣比： 水蒸汽比例一般指h2o/co比值或水蒸汽/干原料氣.改變水蒸汽比例，工業(yè)變換反應(yīng)中最主要的調(diào)節(jié)手段。增加水蒸汽用量，提高了co的平衡變換率，從而有利于降低co殘余含量，加速變換反應(yīng)的進(jìn)行。由于過(guò)量水蒸汽的存在，保證催化劑中活性組分fe3o4的穩(wěn)定而不被還原，并使析炭及生成甲烷等副反應(yīng)不易發(fā)生。但是，水蒸氣用量是變換過(guò)程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義，蒸汽比例如果過(guò)高，將造成催化劑床層阻力增加；co停留時(shí)間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換

15、時(shí)適宜的水蒸氣比例一般為：h2o/co=35，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中h2o/co可達(dá)15以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。1.3 工藝流程的確定目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中低低4種工藝。本設(shè)計(jì)用中串低工藝。轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化爐進(jìn)入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中變換氣從920降到330，在廢熱鍋爐出口加入水蒸汽使汽氣比達(dá)到3到5之間，以后再進(jìn)入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到3%以下。再通過(guò)換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到180左右，進(jìn)入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到0.3%以下，再進(jìn)入甲烷化工段。1.4 主要設(shè)備的選擇說(shuō)明 中低變串聯(lián)流程中，主要設(shè)備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。低變

16、爐選用c6型催化劑，計(jì)算得低變催化劑實(shí)際用量10.59m3。以上設(shè)備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換氣中所要求的co濃度第一章 變換工段物料及熱量衡算第一節(jié) 中溫變換物料衡算及熱量衡算1確定轉(zhuǎn)化氣組成：已知條件中變爐進(jìn)口氣體組成：組分co2coh2n2ch4o2合計(jì)%9.611.4255.7122.560.380.33100計(jì)算基準(zhǔn)：1噸氨計(jì)算生產(chǎn)1噸氨需要的變化氣量：（1000/17）22.4/（222.56）=2920.31 m3(標(biāo))因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中物量可能回有消耗，因此變化氣量取2962.5 m3(標(biāo))年產(chǎn)5萬(wàn)噸合成氨生產(chǎn)能力：日生產(chǎn)量：50

17、000/330=151.52t/d=6.31t/h要求出中變爐的變換氣干組分中co小于2進(jìn)中變爐的變換氣干組分：組 分co2coh2n2o2ch4合計(jì)含量，9.611.4255.7122.560.330.38100m3(標(biāo))474563.862750.681113.916.2918.7634937.5假設(shè)入中變爐氣體溫度為335攝氏度，取出爐與入爐的溫差為30攝氏度，則出爐溫度為365攝氏度。進(jìn)中變爐干氣壓力=1.75mpa.2水汽比的確定：考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來(lái)的原料氣，所以取h2o/co=3.5故v（水）=1973.52m3(標(biāo)) n(水)=88.1kmol因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分:組

18、 分co2coh2n2o2ch4h2o合計(jì)含量6.868.1639.816.120.240.2728.56100m3(標(biāo))474563.862750.681113.916.2918.7631973.526911.02koml21.1625.172122.79849.730.7270.83888.1308.53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基含量為8.16，要求變換氣中co含量為2，故根據(jù)變換反應(yīng)：co+h2oh2+co2，則co的實(shí)際變換率為：=100=74式中ya、分別為原料及變換氣中co的摩爾分率（濕基）則反應(yīng)掉的co的量為：8.1674=6.04則反應(yīng)

19、后的各組分的量分別為： h2o=28.56-6.04+0.48=23co=8.16 -6.04=2.12h2 =39.8+6.04-0.48=45.36co2=6.86+6.04=12.9中變爐出口的平衡常數(shù)：k= （h2co2）/（h2oco）=12查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)可知k=12時(shí)溫度為397。中變的平均溫距為397-365=32中變的平均溫距合理，故取的h2o/co可用。3.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。因?yàn)檫M(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分co2coh2n2o2ch4h2o合計(jì)含量，6.868.1639.816.120.240.

20、2728.56100m3(標(biāo))474563.862750.681113.916.2918.7631973.526911.02koml21.1625.172122.79849.730.7270.83888.1308.53假使o2與h2 完全反應(yīng)，o2 完全反應(yīng)掉故在一段催化床層反應(yīng)掉的co的量為：60563.86=338.318m3(標(biāo))=15.1koml出一段催化床層的co的量為：563.86-338.318=225.545 m3(標(biāo))=10.069koml故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的h2的量為:2750.68+338.318-216.29=3056.41 m3(標(biāo))=136.447koml故

21、在一段催化床層反應(yīng)后剩余的co2的量為：474+338.318=812.318 m3(標(biāo))=36.26koml出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組 分co2coh2n2ch4合計(jì)含量15.5443.158.4721.130.35100m3(標(biāo))812.318225.5453056.411113.918.765226.94koml36.2610.069136.44749.730.838233.35剩余的h2o的量為：1973.52-338.318+216.29=1667.79m3(標(biāo))=74.45koml所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分co2coh2n2ch4h2o合計(jì)含量11.

22、783.2744.3316.160.2724.19100m3(標(biāo))812.318225.5453056.411113.918.761667.796894.73koml36.2610.069136.44749.730.83874.45307.8對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計(jì)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co2coh2n2ch4h2o合計(jì)含量11.783.2744.3316.160.2724.19100m3(標(biāo))812.318225.5453056.411113.918.761667.796894.73koml36.2610.069136.44749.73

23、0.83874.45307.8對(duì)出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：k=(h2co2)/（h2oco)計(jì)算得k=6.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)知當(dāng)k=6.6時(shí)t=445設(shè)平均溫距為30，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：445-30=4154中變爐一段催化床層的熱量衡算以知條件：進(jìn)中變爐溫度：335 出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415反應(yīng)放熱q：在變化氣中含有co，h2o，o2，h2 這4種物質(zhì)會(huì)發(fā)生以下2種反應(yīng)：co +h2o=co2+h2 （1-1）o2 + 2h2= 2 h2o （1-2）這2個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。以p

24、=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 式中常數(shù)a0、a1、a2、a3、

25、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(guò)程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過(guò)程的總熱效果。h=（nihi）始（nihi）末 式中h 過(guò)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，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；i 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol，（4.1868kj/kmol）現(xiàn)

26、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)表分子式 a0 a1 a2 a3 a4o21.90318103 5.802982.15675103-7.404991071.088081010h2-2.112441037.20974-5.55841044.8459107-8.189571011h2o-6.00361047.110921.29321031.28506107-5.780391011n2-1.976731036.459035.181641042.03296107-7.656321011co-2.836371046.266278.986941045.04519109-4.142

27、721011co2-96377.888676.3965.05103-1.1351060.00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415時(shí)t=415+273=683k查表可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表：組分o2h2h2ococo2ht（kcal/kmol）6699.7422724.221-54502.665-23634.754-89956.67833ht（kj/kmol）28050.41211405.77-228191.759-98953.987-376630.6208放熱： co +h2o=co2+h2 （1）h1=(hi)始-（hi

28、）末=-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759 =-38079.10484kj/komlq1=15.1（-38079.10484）=-575121.414kj o2 + 2h2= 2 h2o （2）q2=h2=（nihi）始（nihi）末=-368924.3632kj氣體共放熱：q=q1+q2=575121.414+368924.3632=944045.7772kj氣體吸熱q3：根據(jù)物理化學(xué)知co, h2, h2o, co2, n2 ，可用公式：cp=a+b+ct-2來(lái)計(jì)算熱容。熱容的單位為kj/（kmol.）查表可得：物質(zhì)coh2h2oco2n2a

29、28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53-cpm=yi*cp=34.06 kj/（kmol.）所以氣體吸熱q3=34.06*307.8*(415-330)=891111.78kj假設(shè)熱損失q4根據(jù)熱量平衡的： q= q3 +q4q4=52934.965 kj5中變爐催化劑平衡曲線根據(jù)h2o/co=3.5，與公式xp=100v=kpab-cdq=u=kp（a+b）+（c+d），w=kp-1其中a、b、c、d分別代表co、co2、co2及h2的起始濃度t300 320 340 360 3804

30、00t573593613633653673xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t 420 440 460t693713733xp0.68590.64160.5963中變爐催化劑平衡曲線如下：6.最佳溫度曲線的計(jì)算由于中變爐選用c6型催化劑，最適宜溫度曲線由式 進(jìn)行計(jì)算。查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)c6型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為e1=10000千卡/公斤分子，e2=19000千卡/公斤分子。最適宜溫度計(jì)算列于下表中：xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t526546.8564.2581.5598.8624.5t

31、253273.8291.2308.5325.8351.5xp0.670.640.610.580.550.52t638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6xp0.490.45t702.6716.6t429.6443.6將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：7操作線計(jì)算 有中變催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 335 中變爐出口氣體溫度 415 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：8中間冷淋過(guò)程的物料和熱量衡算：此過(guò)程采用水來(lái)對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。以知

32、條件： 變換氣的流量：307.8koml 設(shè)冷淋水的流量：x kg 變換氣的溫度：415 冷淋水的進(jìn)口溫度：20 進(jìn)二段催化床層的溫度：353 操作壓力：1750kp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)60016003693.260018003691.770016003919.770018003918.5冷淋水要升溫到353，所以設(shè)在353, 615k,1750kp時(shí)的焓值為h對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法：1600kpa時(shí)(626-600 )/(h-3693.2)=(700-626)/(3919.

33、7-h) h=3752.09 kj/kg1800kpa時(shí)(626-600)/(h-3691.7)=(700-626)/(3918.5-h) h=3750.668 kj/kg對(duì)壓力用內(nèi)差法得353，615k，1750kp時(shí)的焓值h為：(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h)h=3751.0235 kj/kgq1= x( 3813.244875-83.96)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 =33.92 kj/（

34、kmol.）q2=308.53*33.92*(415-353)取熱損失為0.04 q2根據(jù)熱量平衡：0.96 q2= x(3751.0235-83.96) x=169.46kg=9.415koml=210.88 m3(標(biāo))所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分：水的量為：210.88+1667.79=1878.67 m3(標(biāo))組 分co2coh2n2ch4h2o合計(jì)含量11.4323.1743.0115.680.2626.44100m3(標(biāo))812.318225.5453056.4131113.918.761878.677105.61koml36.26510.068136.4549.730.83883

35、.87317.229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0.74（總轉(zhuǎn)化率）所以在二段co的變化量563.86*0.74=417.26 m3(標(biāo))在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的co的量為：225.545-（563.86-417.26）=78.94m3(標(biāo))=3.52koml出中變爐二段催化床層的co的量為：225.545-78.94=146.605 m3(標(biāo))故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的co2的量為：812.318+78.94= 891.26m3(標(biāo))故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的h2的量為： 3056.413+78.94= 3135.353m3(標(biāo))故在二段催化床層反應(yīng)后

36、剩余的h2o的量為：1878.67-78.94= 1799.73m3(標(biāo))所以出中變爐的濕組分：組 分co2coh2n2ch4h2o合計(jì)含量12.542.0644.12515.670.2625.33100m3(標(biāo))891.26146.6053135.3531113.918.761799.737105.6koml39.7886.545139.97149.730.83880.345317.22對(duì)出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：k= （h2co2）/（h2oco）計(jì)算得k=10.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)知當(dāng)k=10.6時(shí)t=409設(shè)平均溫距為48，則出變爐一段催化床層的變換氣溫

37、度為：409-44=36510.中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進(jìn)變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353 出變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365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，平均溫度為：632k,計(jì)算結(jié)果如下：組分h2h2ococo2ht（kcal/kmol）2373.4-54949.05-24005.565-90536.421ht（kj/kmol）9936.95-230060.69-100506.5-379057.89放熱： co +h2o=co2+h2 （1）h1=（hi）始（hi）末 =-38553.74846 kj/kgq1=3.52

38、*38553.74846=135580.683 kj/kg氣體吸熱q2：根據(jù)物理化學(xué)知co, h2, h2o, co2, n2 ，可用公式：cp=a+b+ct-2來(lái)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(lái)計(jì)算熱容：物質(zhì)abcdch417.4560.461.17-7.2計(jì)算結(jié)果：組分coh2co2h2on2ch4cp 28.56 29.25 47.3 36.78

39、30.31 53.72cpm=yi*cp=33.61kj/（kmol.）q2=33.61*317.22*（365-353）=12789.1kj熱損失：q3=q1-q2=7641.6 kj第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計(jì)算1.已知條件：進(jìn)低變爐的濕組分:組 分co2coh2n2ch4h2o合計(jì)含量12.542.0644.12515.670.2625.33100m3(標(biāo))891.26146.6053135.3531113.918.761799.737105.6koml39.7886.545139.97149.730.83880.345317.22進(jìn)低變爐的干組分：組 分co2coh2n2ch4合計(jì)含量

40、16.792.7659.0920.990.35100m3(標(biāo))891.26146.6053135.3531113.918.765305.91koml39.7886.545139.97149.720.838236.872低變爐的物料衡算：要將co降到0.2（濕基）以下，則co的實(shí)際變換率為：=100=90.11則反應(yīng)掉的co的量為：146.60590.11=132.11 m3(標(biāo))=5.898 koml出低溫變換爐co的量：146.605-132.11=14.495 m3(標(biāo))=0.64722koml出低溫變換爐h2的量： 3135.353+132.11=3267.463 m3(標(biāo))=145.8

41、69 koml出低溫變換爐h2o的量：1799.73-132.11=1667.62 m3(標(biāo))=74.45koml出低溫變換爐co2的量: 891.26 +132.11=1023.37 m3(標(biāo))=45.68koml出低變爐的濕組分：組 分co2coh2n2ch4h2o合計(jì)含量14.40.245.9815.680.2623.47100m3(標(biāo))1023.3714.4953267.4631113.918.761667.627105.62koml45.680.64722145.86949.720.83874.45317.22出低變爐的干組分：組 分co2coh2n2ch4合計(jì)含量18.820.27

42、60.0820.480.35100m3(標(biāo))1023.3714.4953267.4631113.918.765437.99koml45.680.64722145.86949.720.838242.767對(duì)出低變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：k= （h2co2）/（h2oco）計(jì)算得k=141.05查小合成氨廠工藝與設(shè)計(jì)手冊(cè)知當(dāng)k=141.05時(shí)t=223設(shè)平均溫距為20，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=223-20=2033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：181 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203變換氣反應(yīng)放熱q1:在203時(shí)，t=476k計(jì)算變換氣中

43、各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：476k,計(jì)算結(jié)果如下：組分h2h2ococo2ht（kcal/kmol）1241.516-56347.304-25178.916-92311.594ht（kj/kmol）5197.977-2359149.084-105419.084-386490.181放熱： co +h2o=co2+h2 （1）h1=（hi）始（hi）末 =-39958.286 kj/kgq1=5.898*39958.286=235687.29 kj/kg氣體吸熱q2：氣體吸熱時(shí)的平均溫度：（181+203）/2=191.5，t=464.5k根據(jù)物理化學(xué)知co, h2,

44、h2o, co2, n2 ，可用公式：cp=a+b+ct-2來(lái)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(lái)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coh2co2h2on2ch4cp30.1 29.0344.3935.1329.8545.05cpm=yi*cp=32.86kj/（kmol.）q2=33.61*317.2

45、2*（203-181）=230669.84kj熱損失q3=q1-q2=235687.29-230669.84=5017.45 kj4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、co2、co2及h2的起始濃度t160180200220240260t433453473493513533xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229t280t553xp0.76低變爐催化劑平衡曲線如下：5.最佳溫度曲線的計(jì)算由于低變爐選用b302型催化劑。查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)b302型催

46、化劑的正反應(yīng)活化能分別為e1=43164kj/komlco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：（181+203）/2=192，t=465kco的反應(yīng)式為： co +h2o=co2+h2 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=-1000-0.291*t+2.84510-3*t2-0.97.310-3t3得：h=-9422.62 kcal/kmol=-39450.653 kj/kmole2 =39450.653+43164=82614.653 kj/kmol6最適宜溫度曲線由式tm= 進(jìn)行計(jì)算最適宜溫度計(jì)算列于下表中：xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229t402421440457475493t129148167184201220xp0.76t510t237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co2coh2n2ch