年產(chǎn)12萬(wàn)噸合成氨變換段工藝設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-06-10 06:39 本頁(yè)面
【正文】 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，單位：kcal；（）。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，（）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）分子式 a0 a1 a2 A3 a4O210310–310–710–10H21031－410－710－11H2O10410－310－710－11N210310－410－710－11CO10410－410－910－11CO210－310－6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）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =+++=Q1=（）= 氣體反應(yīng)共放熱：Q=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(lái)計(jì)算熱容，熱容的單位為kJ/（）物質(zhì)COH2H2OCO2N2ArA30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+bT+CT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容:物質(zhì)Ab/103c/106d/109CH4計(jì)算結(jié)果得：物質(zhì)COCO2H2H2ON2ArCH4Cp31所以平均熱容： Cpm=∑Yi*Cp=（）所以氣體吸熱Q2=(425370)=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= 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：：此過(guò)程采用水來(lái)對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。以知條件： 變換氣的流量： 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 =根據(jù)《化工熱力學(xué)》可知T/kP/kPaH/(kJ/kg)3601500360200040015004002000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)(653633 )/()=(673653)/() h= kJ/kg2000kpa時(shí)(653633)/()=(673653)/() h= kJ/kg對(duì)壓力用內(nèi)差法得380℃，653K，1800Kp時(shí)的焓值h為：(18001500)/()=(20001800)/()h= kJ/kgQ1= X( )變換氣吸熱Q2：物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以Cpm= ∑Yi*Cp = kJ/（kmol.℃）Q2=**(425380) Q2根據(jù)熱量平衡：= X() X=== M3(標(biāo))所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分：水的量為：+= M3(標(biāo))組 分CO2COH2N2CH4ArH2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))Kmol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％100M3(標(biāo))Kmol：（總轉(zhuǎn)化率）所以在CO的變化量為：=(標(biāo))= kmol在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的CO的量為：()= M3(標(biāo))=出中變爐二段催化床層的CO的量為：=(標(biāo))= 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：+= (標(biāo))= kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：+= 1955M3(標(biāo))= kmol所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量： V總（干）=++1955+++=(標(biāo)) =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％100M3(標(biāo))1955kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2O的量為：= (標(biāo))=故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中CO的含量：CO％= =%同理得：CO2％= =%H2％= =% N2％= =%CH4％= =% H2O％= =% Ar％= =%所以出中變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2OAr合計(jì)含量％100M3(標(biāo))19551348．47Kmol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= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計(jì)算得Kp=查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng)Kp==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℃=390℃．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。計(jì)算結(jié)果如下：組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol） Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kg所以得： Q1=*= 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(lái)計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（）物質(zhì)COH2
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