【正文】 ............................................... 26 變換氣換熱器熱量衡算 ..................................................................................... 27 進設備熱量計算 ....................................................................................... 27 出設備熱量計算 ....................................................................................... 28 第三章 主要設備計算 ................................................................................................... 29 第一變換爐的計算 ........................................................................................ 29 催化劑用量計算 ...................................................................................... 29 催化劑床層阻力計算 ............................................................................... 30 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 IV 第二變換爐的計算 ........................................................................................ 31 第二變換爐第一段催化劑用量計算 .......................................................... 31 第二變換爐第二段催化劑用量計算 .......................................................... 32 第二變換爐催化劑床層阻力的計算 .......................................................... 33 煤氣換熱器的計算 ........................................................................................ 35 設備直徑及管數(shù)確定 ............................................................................... 36 設備規(guī)格的確定 ...................................................................................... 37 傳熱系數(shù)計算 .......................................................................................... 37 傳熱面積計算 .......................................................................................... 42 列管長度的計算 ...................................................................................... 42 主要設備一覽表 ............................................................................................................. 43 設計結(jié)果及總結(jié) ............................................................................................................. 44 參考文獻 ........................................................................................................................ 45 致 謝 ........................................................................................................................... 46 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 1 第一章 前言 合成氨生產(chǎn)常用的原料包括：焦碳、煤、焦爐氣、天然氣、石腦油和重油。大部分一氧化碳， 先通過變換反應，即在催化劑存在的條件下，一氧化碳與水蒸氣作用生成氫氣和二氧化碳。 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的過程。 變換氣反應原理 合成氨生產(chǎn)需要的原料氣是 H2和 N2，而半水煤氣中含有約 30%左右的 CO，需要將其除去。 在一般情況下，一氧化碳與水蒸汽直接進行反應，其變換反應的速度是很慢的，如果用催化劑催化， 則可以加快反應速度，大大有利于變換反應的進行。本 設計可采用下面的公式計算 [1]。在變換反應的初期，反應物濃度高，提高反應溫度，可加快正反應；在變換反應的后一階段，二氧化碳和氫氣的濃度增加，逆反應速度加快，因此，須設法降低反應溫度，使逆反應速度減慢，這樣可以得到較高的變換率。此外，反應溫度與催化劑的活性有很大的關系，一般工業(yè)用的變換催化劑低于某一溫度反應便不能正常進行，而高于某一溫度也會損壞催化劑，因此一氧化碳變換反應必須在催化劑的適用溫度范圍內(nèi)選擇合理的工藝條件。且 各種氣體與理想氣體有一定的偏差，必須根據(jù)各氣體組分的逸度計算 KP，因此壓力對 CO的變換反應有一定的影響。 d. 二氧化碳濃度 從一氧化碳變換反應的方程式來看，如果出去生成的二氧化碳，有利于反應向正方向進行，并使變換反應接近于完成。 （ 2）在兩段變換催化劑之間或中變和低變之間，將氣體送往脫除二氧化碳裝置，然后再進行第二次變換。 但是純銅金屬催化劑在加熱到具有足夠反應速度的溫度時，會因燒結(jié)而損 害表面結(jié)構，使催化劑活性劇減，因此必須放入適當?shù)慕Y(jié)構性助催化劑，作為分散狀銅晶粒的間隔體。 CoMo系變換催化劑使用前必須先進行硫化，生成 CoS, MoS2才能獲得高的活性。 CoMo 系寬溫變換催化劑的加工工藝有混碾法及浸漬法兩種，大多數(shù) CoMo系低變催化劑采用浸漬法工藝，如 B302Q、 B303Q、 SB3 等。 CoMo 系寬溫變換催化劑的另一特點是可用于低溫變換，也可以用于中溫變換，可在 160～ 270 ℃ （低變用）， 160～ 460 ℃ （中變用）的寬廣范圍內(nèi)使用。 銅基催化劑的助催化劑組分有 ZnO、 Cr2O Al2O MgO、 CuO、 TiOMnO2 等。結(jié)構性助催化劑的加入不但和組分有關，而且和加入方法更為密切。但是就催化劑生產(chǎn)的勞動條件來看， CuO ZnO Al2O3系要比 CuOZnOCr2O3 系好，其制造成本要看鋁的加入形式和來源。 熱燒結(jié)引起催化劑表面積減少，主要是由于分散狀銅微晶粒，相鄰間的晶粒在一定溫度下擴散并使晶粒長大。 （ 2） 物理性破壞 這里所指的物理性破壞，主要是指催化劑在操作溫度下，由于水蒸氣在催化劑微孔內(nèi)能夠凝聚和蒸發(fā)相繼反復進行，而使催化劑破裂，造成催化劑床層阻力增大。 （ 4） 硫中毒 硫是銅基低變催化劑的主要毒物之一。經(jīng)凈化的半水煤氣進入變換氣換熱器與從第二變換爐出來的變換氣進行逆向熱交換，使其溫度上升到 180 ℃ 左右，變換氣溫度下降到160 ℃ 左右。經(jīng)第二變換爐第一段 催化劑床層變換反應后 CO 的變換率可達到 85%左右，溫度上升到 280 ℃ 左右進入淬冷過濾器 II，逆向與噴淋下的冷卻水進行熱交換，使其溫度下降到 190 ℃ 左右，同時補充水蒸氣，達到設計要的汽氣比進入第二變換爐第二段催化劑床層進行變換，最終 CO 的變換率可達到 99%。 表 21 初始半水煤氣組成 Table21 The position of the initial semiwater gas 組分 CO2 CO H2 CH4 O2 N2 合計 % 100 Nm3 kmol CO 全變換過程總蒸汽比的計算 選用 B302Q 型催化劑，設第二變爐出口變換氣溫度為 200 ℃ ，平衡溫距為24 ℃ ，則計算時取變換溫度為 t=224℃ 。 第一變換爐催化劑床層物料與熱量衡算 入第一變換爐催化劑床層汽氣比 設 CO 在催化劑床層轉(zhuǎn)化率為 %，且 O2 全部和 H2 燃燒生成