【正文】 a b c d CH4 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 28 計算結(jié)果： 如表 表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 pC pmC =∑YiCp=（ kmol.℃ ） Q3=683= 水的帶出熱 Q4： 水在 90℃ 時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X(90+273)=X 熱損失 Q5： 取 根據(jù)熱量平衡： （ Q1+Q2） =Q3+Q4 X= 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 29 3 設(shè)備的計算 中 溫變 換 爐的計算 媒用量的計算 根據(jù)文獻(xiàn) 《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計算》 可知： Vr=T0V0 式中 Vr ——觸媒體積， M3(標(biāo) ) T0 ——標(biāo)準(zhǔn)接觸時間， h m3 / M3(標(biāo) ) V0——通過觸媒的氣體體積， M3(標(biāo) )/h 標(biāo)準(zhǔn)接觸時間的計算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO 2H 2HO 2CO N2 a 30 b/103 c/105 計算結(jié)果： 如表 表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp pmC =∑YipC =（ kmol.℃ ） 3Q =（ 330+273） = 水的帶出熱 4Q ： 水在 335℃ ， T=603K 時的熱容為： pC = kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X（ 330+273） = 熱損失 Q5： Q5=(Q1+ Q2) 熱量平衡： 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 26 (Q1+ Q2)= Q3+ Q4 （ +） =+ X= 水蒸氣的加入 要使 H2O/CO= 還要加入的水量為： W （ ） 247。熱容的單位為 kJ/（ kmol .℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO 2H 2HO 2CO N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 如表 表 物質(zhì) a b c d 4CH 計算結(jié)果： 如表 表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 pC 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 21 pmC=∑YiCp=（ kmol.℃ ） 2Q =（ 195180） = 熱損失 3Q = 1Q 2Q == kJ 低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) 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、 CO CO2及 H2的起始濃度 如表 表 t 160 180 200 220 240 260 280 T 433 453 473 493 513 533 553 Xp 低變爐催化劑平衡曲線如下： 01160 180 200 220 240 260 280溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp低變爐平衡曲線 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 22 低變爐 最佳溫度曲線的計算 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)計手冊 》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為 E1=10000 千卡 /千克 分子， E2=19000 千卡 /千克 分子。以 P=1atm， t=25℃為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計算式為： HT=△ H0298=Cpdt 式中 HT —— 氣體在 ?T298在 298K 的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol()； 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 9 △ H0298 ——該氣體在 25℃ 下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol()； T——絕對溫度， K； PC ——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)驗式： PC =A0+A1T+A2T2+A3T3+…… 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)焓的計算通式： Ht=a0+a1T+a2T 2+a3T 3+a4T 4 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－ a 3－ a 4 采用氣體的統(tǒng)一 基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。 中變的平均溫距為 436℃ 410℃ =26℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 5 2 變換工段物料及熱量衡算 中溫變換物料衡算及熱量衡算 確定轉(zhuǎn)化氣組成 已知條件中變爐進(jìn)口氣體組成 如表 ： 表 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） =(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 3100 m3(標(biāo) ) 日生產(chǎn)量： 100000/3100=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO 小于 3% 進(jìn)中變爐的變換氣干組分如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計 含量， % 100 m3(標(biāo) ) 1720.2 3100 假設(shè)入中變爐氣體溫度為 380℃ ，取出爐與入爐的溫差為 30℃ ，則出爐溫度為 410℃ 。 本設(shè)計也有許多不足的地方：壓力選取過高、在設(shè)備計算中氣體在高壓下取的流速不太準(zhǔn)確。設(shè)計中一共有中溫廢熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調(diào)溫水換熱器，低變爐幾個主要設(shè)備。 對本設(shè)計評述 合成氨變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的重要一步，也是較為關(guān)鍵的一步，是后面的所有工序正常運轉(zhuǎn)的前提條件。本設(shè)計參考河南金大地化工有限責(zé)任公司的生產(chǎn)工藝，選用 中串低工藝。 汽氣比 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽 /干原料氣 .改變水蒸汽比例是工業(yè)變換反應(yīng)中最主要的調(diào)節(jié)手段。一般小型氨廠操作壓力為 ,中型氨廠為 ～ 。但從動力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。 一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。在中變串低變流程中，由于寬變催化劑的串入，操作條件發(fā)生了較大的變化。 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。合成氨的生產(chǎn)主要分為：原料氣的制取；原料氣的凈化與合成。 關(guān)鍵詞：中 低 溫 變換；一氧化碳；變換爐； 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 摘要 2 Abstract Section of synthetic ammonia transformation process is an important step in ammonia production, is more crucial step, because a normal production of qualified pressed air, is all the processes behind the prerequisite for the normal operation. Therefore, certain conditions must be controlled so that the position of transformation of gas to meet the requirements of the production process. In this design, first introduced in the low temperature shift of meaning, then according to the known gas position, operating conditions, using variable string line of lowchange process. First of all, the low variable for the material and heat balance, determine the optimal temperature curve of the catalyst, catalyst amount, height, according to the results of major equipment selection, the final pletion of the purpose of this design. Design of a total, in the temperature shift, the main heat exchanger, lowtemperature shift of several major equipment. And also on the temperature shift to the mechanical strength of calculation and checking. Finally, design results, drawing out the ammonia in the low shift process control points with the process and major equipment plan. Key words: midlow temperature transformation。 在本設(shè)計中，首先介紹中低溫變換的意義，然后根據(jù)已知的氣體組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。最后根據(jù)設(shè)計結(jié)果，繪制出合成氨中 低變換工藝的帶控制點的流程和主要設(shè)備圖。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化 工生產(chǎn)工藝。最后，少量的 CO 用液氨洗滌法，或是低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除。 所謂中變串低變流程，就是在 B107 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo系寬溫變換催化劑。 工藝原理 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q (11) CO+H2 = C+H2O (12) 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)上采用對式反應(yīng)（ 1—1）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。單就平衡而言，加壓并無好處。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機 投 各段壓力的合理配置而定。因而存在著最佳反應(yīng)溫對一定催化劑及氣相組成，從動力學(xué)角度推導(dǎo)的計算式為 ： Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 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。但是，水蒸氣用量是變換過程中最