【正文】 c d CH4 計算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**454= 設(shè)備及管道損失?。? 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 第二章 設(shè)備的計算 1. 低溫變換爐計算 已知條件：平均操作壓力 . 氣體進口溫度 180℃ 氣體出口溫度 220℃ 氣體流量（干） =濕氣流量 = Nm3/h 進低變爐催化劑氣體（干）組分 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量％ 100 低變爐出口干氣中 CO 含量： CO%=% 入催化劑蒸汽比 R= 催化劑用量計算 B302 型低變催化劑的宏觀動力學(xué)方程為：r=1822exp 2410035 ?????????? ?? HCOOHco yyyyRT (1 OycoyHyHyco222 ) 根據(jù)低變催化劑的選用原則，故選 B302 型國產(chǎn)低變催化劑，當(dāng)變換氣中CO（干）為 %時，計算得催化劑床層空速為 2120（標(biāo)） /（ m3.． h）． 對于 B204 因動力學(xué)方程式中催化劑按體積計 ,計算出的催化劑床層空速是以體積為單位的“空速” . 因此 ,催化劑理論用量： V 低 = 450 m? 在采用中變串低變的流程中，低變催化劑條件較好，故可以不考慮催化劑備用系數(shù)。 = 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計算 ： 進出設(shè)備的變換氣的量： 進出設(shè)備的水的量： Xkoml 物料的量在設(shè)備中無變化。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊 》 B302 型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43164kJ/koml CO變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能 E2 為： E2 E1=r*(△H ) 對于 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 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算： △H =*T+ 103* 103T3 得： △H = kcal/kmol= kJ/kmol E2 =+43164= kJ/kmol 6．最適宜溫度曲線 由式 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 進行計算 最適宜溫度計算列于下表中： Xp T 402 421 440 457 475 493 t 129 148 167 184 201 220 Xp T 510 t 237 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01129 148 167 184 201 220 237溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度曲線 第三節(jié)．廢熱鍋爐的熱量和物料計算 1．已知條件： 進廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份： 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計 ％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 進廢熱鍋爐的溫度為： 925℃ 出廢熱鍋爐的溫度為： 335℃ 進出設(shè)備的水溫： 20℃ 出設(shè)備的水溫： 335℃ 進出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： 進出設(shè)備的水量： X koml 物量在設(shè)備里無物量的變化。 最適宜溫度計算列于下表中： Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444溫度（℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度線7．操作線計算 有中變催化劑變換率及熱平衡計算結(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： 010203040506070330 415溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp操作線 8．中間冷淋過程的物料和熱量衡算： 此過程采用水來對變換氣進行降溫。 △ H=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 式中 △ H —— 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時為放熱，為負數(shù)時系統(tǒng)為吸熱，kcal；（ ） 。 假設(shè) CO 在一段催化床層的 實際變換率為 60％。謝謝！ 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 中變爐進口氣體組成 ： 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 % 100 計算 基準(zhǔn)： 1 噸氨 計算生產(chǎn) 1 噸氨需要的 變化氣量：（ 1000/17） （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因為在生產(chǎn)過程中物量可能回有消耗，因此變化氣量取 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 5 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 日生產(chǎn)量： 50000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％ 進中變爐的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) 474 6 2750.68 1113.9 3 493 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。首先對中，低變進行了物料和熱量衡算，在計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計的宗旨。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。轉(zhuǎn)化氣從 轉(zhuǎn)化爐進入廢熱鍋爐，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到 3 到 5 之間，以后再進入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 3%以下。由于過量水蒸汽的存在，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。從反應(yīng)動力學(xué)的角度來看，溫度升高，反應(yīng)速率常 數(shù)增大對反應(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)推動力變小，對反應(yīng)速 率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。由于干原料氣摩爾數(shù)小于干變換氣的摩 爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進行變換的能耗，比常壓變換再進行壓縮的能耗底。但是提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進行。由于中變后串了寬變催化劑，使操作系統(tǒng)的操作彈性大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。 目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從 80 年代中期發(fā)展起來的。 因此， CO變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。 目 錄 1. 前言?????????????????????????????? 4 2. 工藝原理 ???????????????????????????? 4 3. 工藝條件 ???????????????????????????? 5 4. 工藝流程的確定 ????????????????????????? 6 5. 主要設(shè)備的選擇說明 ??????????????????????? 6 6. 對本設(shè)計的綜述????????????????????????? 6 第一章 變換工段物料及熱量衡算 ????????????????? 8 第一節(jié) 中變物料及熱 量衡算????????????????????? 8 1．確定 轉(zhuǎn)化氣組成 ????????????????????????? 8 2．水汽比的確定 ?????????????????????????? 8 3． 中變爐一段催化床層的物料 衡 算 ???????????????? ?? 9 4． 中變爐一段催化床層的熱量 衡 算 ???????????????? ? ? 11 5．中變爐催化劑平衡曲線 ?????????????????????? 13 6. 最佳溫度曲線的計算 ??????????????????????? 14 7．操作線計算 ?? ?????????????? ??????????1 5 8．中間冷淋過程的物 料 和熱量計算 ???????????????? ? 16 9．中變爐二段催化床層的物 料衡 算 ???????????????? ? 17 衡 算 ???????????????? ? 18 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量