【正文】 CH4 Cp 31 所以 Cpm= ∑ Yi*Cp = kJ/（ ） Q2= (415353)= kJ 取熱損失為 Q2 根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X= = kmol = M3(標(biāo) ) 水的量為： += M3(標(biāo) ) = kmol 所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 8．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 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 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 （總轉(zhuǎn)化率） 所以在 CO 的變化量為： = M3(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) ) = kmol 出中變爐二段催化床層的 CO 的量為： = M3(標(biāo) ) = kmol 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： += (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） =++++ = M3(標(biāo) ) = kmol 所以 出中變爐二段催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2O 的量為： = (標(biāo) ) = kmol 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％ = =% 所以出中變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 對(duì)出中變爐 一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= 時(shí) t=409℃ 設(shè) 平均溫距為 44℃，則出中變爐 一段催化床 層的變換氣溫度為： 409℃ 44℃ =365℃ ．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： 353 出中變爐 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，使用公式 51 及表 計(jì)算 平均溫度為 632K 時(shí)的生成焓。 根據(jù)《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知為簡(jiǎn)化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。 中變的平均溫距為 397℃ 365℃ =32℃ 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。 二． 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 以在自貢 市鴻鶴化工廠的實(shí)際數(shù)據(jù)為 原始數(shù)據(jù) 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 目錄 說(shuō)明書(shū)……………………………………………………………………… 4 前言 ………………………………………………………………………………… 4 ………………………………………………………………………… 4 2. 工藝條件 … ……… ……………………………………………………………… 4 3. 工藝流程的選擇 ……… ………………………………………………………… 5 4. 主要設(shè)備的選擇說(shuō)明 ………………………………………………………… 5 5. 工藝流程的說(shuō)明 ……………………………………………………………… 6 第一章 物料與熱量衡算 ………………………………………………… 7 1．水汽比的確定 …………………………………………………………… …… 7 2．中變爐 CO 的實(shí)際變換率的求取 ……………………………… ……………… 8 3．中變爐催化劑平衡曲線 …………………………………… ………………… 9 4. 最佳溫度曲線的計(jì)算 ……… ……………………………… ………………… 10 5．中變爐一段催化床層的物料衡算 ………………………………… ………… 11 6．中變一段催化劑操作線的計(jì)算 ……………………… ……………………… 17 7．中間冷淋過(guò)程的物料和熱量衡算 ……………………………………… …… 17 8．中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算 … ………………………………… 19 9．中變二段催化劑操作線計(jì)算 ……………………………………………… 23 …………………………………………………… 24 11 低變催化劑操作線計(jì)算 …… ………………………………………………… 29 12 低變爐催化劑平衡曲線 ……………………………………………………… 29 ………………………………………………………… 30 14 廢熱鍋爐的物料和熱量衡算 ………………………………………………… 31 ……………………………………………………………… 34 16 主換熱器的物料與熱量的衡算 ……………………………………………… 34 …………………………………………… 36 第二章 設(shè)備的計(jì)算 …… ……………………………………………………… 37 1. 中變爐的計(jì)算 ………………………………………………………………… 37 2. 主換熱器的計(jì)算 ………………………………………………………………… 42 設(shè)計(jì)的綜述 ……………… ……… …………………………………………………… 6 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 49 致謝 ………………………………………………………………………………… 50 第一章 物料與熱量衡算 已知條件： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 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） （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中物料可能會(huì)有損失，因此變換氣量取 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸合成氨生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn) 330 天）： 日生產(chǎn)量： 30000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％。 2. 進(jìn)行工段物料計(jì)算、熱量計(jì)算，并繪制物料衡算表、熱量衡算表 。 3. 進(jìn)行工段設(shè)備設(shè)計(jì)、選型，制備設(shè)備一覽表。 進(jìn)中變爐的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 假設(shè)進(jìn)中變爐的變換氣溫度為 330℃，取 變化氣 出爐與入爐的溫差為 35℃，出爐的 變換氣溫度為 365℃。 3．中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與文獻(xiàn)《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》上的公式 XP=AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D） W=KP1 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： t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： 0102030405060708090100300 350 400 450 500溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 由于中變爐選用 C6 型催化劑， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTTmee??? 進(jìn)行計(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 ?T298在 TK 的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol()； △ H0298 —— 該氣體在 25℃ 下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol()； T—— 絕對(duì)溫度， K； Cp —— 氣體的等壓比熱容， kcal/（ kmol.℃ ） [（ 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+A2T 2+A3T 3+…… 式中 A0、 A A 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+a2T 2+a3T 3+a4 T4 (51) 式中常數(shù) a0、 a a a 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=A3/4 a0=△ H0298－ － a2－ a3－ a4 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。 計(jì)算結(jié)果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ 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+b+CT2 來(lái)計(jì)算 熱容。 查《 小合成氨廠 工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 B302 型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43164kJ/ kmol CO 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) + E1 △ H 為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即： （ 181+203） /2=192℃ ， T=465K CO 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(cè)》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= 3623 109 7 0 0 0 0 TTT ?? ???????? kcal/ kmol