【正文】 速度， m/s； μL — 液體粘度， m?Pa?s φ— 填料因子， m1 ? — 液體校正系數(shù) 38 結(jié)束語(yǔ) 在本設(shè)計(jì)中，我們選擇了生產(chǎn)能力為 8 萬(wàn)噸 /年的合成氨生產(chǎn)線中的 CO 中溫變換工序?yàn)閷?duì)象。 經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，使我們對(duì)化工工藝計(jì)算由了初步了解和深刻體會(huì)，也鍛煉了我們查閱文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的能力，為我們接下來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。 經(jīng)過(guò)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)三段出來(lái)的變換氣中的 CO%=%，沒(méi)有達(dá)到出口氣 CO%=4%的要求，可以看出單純的中溫變換已難以完成 工藝要求，故越來(lái)越多的企業(yè)選擇中串低的流程。 利用表中數(shù)據(jù)及操作線數(shù)據(jù)分別在圖中作出熱水塔的平衡線及操作線，并作梯級(jí)得理論塔板數(shù)為 1 塊 （如圖 ）。 22 3 . 5 ( ) / (p m m H O m?? 填料） 總阻力降 22 3 . 5 5 1 1 7 . 5 ( ) 1 . 1 5 3p m m H O k P a? ? ? ? ? (2) 熱水塔計(jì)算 已知條件 塔型：填料塔， 50 瓷矩鞍環(huán) 中變氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 V% 平均操作壓力 [(絕 )] 入塔氣體溫度 110℃ 出塔氣體溫度 100℃ 入塔水溫 ℃ 出塔水溫 ℃ 變換氣平均分子量 入塔干氣量 51 8 1 2 . 3 1 4 9 . 1 3 2 1 6 5 5 0 . 0 5 1 / 3 . 0 1 0 /k m o l h k g h? ? ? ? 入塔蒸汽量 7 6 3 . 0 3 9 9 . 1 3 2 1 8 1 2 5 4 2 5 . 3 0 /k g h? ? ? 進(jìn)口氣中濕含量 7 6 3 .0 3 9 1 8 1 0 .4 1 9 4 ( /1 8 1 2 .3 1 4 1 8 .0 7 k g k g? ?? 汽 ） （ 干 氣 ） 出口氣中濕含量 7 4 2 .1 1 2 1 8 1 0 .4 0 7 9 ( /1 8 1 2 .3 1 4 1 8 .0 7 k g k g? ?? 汽 ） （ 干 氣 ） 進(jìn)水流量 2 1 3 5 6 9 .1 3 2 1 9 5 0 2 3 /kg h?? 出水流量 （不包括補(bǔ)充水） ( 2 1 3 5 6 6 0 ) 9 .1 3 2 1 9 9 5 7 1 /k g h? ? ? a. 塔徑計(jì)算 32 因熱水塔進(jìn)口溫度最高，濕含量最大，塔徑按進(jìn)口條件計(jì)算。 d. 塔板數(shù)計(jì)算 利用平衡曲線表中的數(shù)據(jù)，在 it 圖中畫(huà)出平衡線和操作線，由此可得到理論塔板數(shù)為 3 塊 。要求填料 阻力 (即 15mmH2O)/m填料 氣體流量 28 3029 43 .7 21 0. 81 8 /36004 4 0. 81 8 2. 083. 14 0. 24 1V m sVDm?????? ? ? ?? 為了與熱水塔直徑一致，取塔徑為 。 一段 氣體重量流速（濕） ? ?32197 96 1 242 / ( )4G k g m h??? ? ? ?? b. 一段催化劑層高 21. 9821 1. 1 ( )4 ( ) 1 10 / ( ) LmP k gf m k Pa???????? ? ? ? ? ? ? ? ?? 3（ ） c. 二段催化劑層阻力 二段氣體 操作狀態(tài)下的密度 2 /273 400 273 400k g m? ?????式 中 ： 為 二 段 氣 體 的 平 均 溫 度 值 。3339。3139。 370 380 390 400 410 4202 6 .82 7 .22 7 .62 8 .02 8 .4 變化率xp,%溫度，℃平衡線最適宜溫度曲線操作線 22 圖 三段操作的平衡曲線、最適宜溫度曲線及操作線 典型設(shè)備計(jì)算 計(jì)算基準(zhǔn) ：以產(chǎn)氨 。 e. 三 段催化劑平衡曲線計(jì)算 100%2p UqAWx ??? 計(jì)算各溫度下的平衡變換率列于下表 t /℃ 400 402 404 406 408 410 412 414 416 pK px 式中 pK 由資料 [2]查的，用表中數(shù)據(jù)作圖即得平衡曲線 （如圖 ） ，氣體組分及蒸汽比不同時(shí)，則計(jì)算的平衡變換率亦不相同。 f. 最適宜溫度曲線計(jì)算 最適宜溫度曲線由下式作出 22 1 1121 l nememeTTRT EE E ET T KE E k J k m ol???式 中 、 分 別 為 最 佳 溫 度 及 平 衡 溫 度 ,、 為 正 、 逆 反 應(yīng) 的 活 化 能 ， 以 B109 催化劑的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。由于 B109 催化劑 41 9 .3 3 1 0E kJ km ol?? CO 變換的逆反應(yīng)活化能 2E 為： 21=r( )RE E H? ?? 對(duì)于變換反應(yīng) r=1，則 21()RE H E? ?? ? RH? 為反應(yīng)熱，取其平均溫度 403℃ 下的值，即 3 8 5 0 0 ,RH kJ km ol?? ? 則 52 1 .3 1 8 1 0E kJ km ol?? 求得不同 eT 下的 mT 值如下表 /eTK mT px 以上面的數(shù)據(jù)作出最適宜溫度曲線（如圖 ） g. 操作線計(jì)算 由一段催化劑變化率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知 一段入口氣體溫度 320℃ 一段出口氣體溫度 485℃ 一段入口 CO 變換率 0 14 一段出口 CO 變換率 % 由此可作出一段催化劑反應(yīng)的操作線 （如圖 ） 圖 一段操作的平衡曲線、最適宜溫度曲線及操作線 (4) 中變爐 二 段催化劑層物料及熱量計(jì)算 設(shè)中變 一段爐出口氣體經(jīng)過(guò) 30%的半水煤氣 冷激后溫度為 400℃ 中變二段爐進(jìn)口氣體溫度為 370℃ 則 氣體從 400℃ 降到 370℃ 的平均溫度為 385℃ ，查 得 385℃ 的比熱容為 （ kmol 且 70%的 O2 在一段催化劑層與氫完全燃燒生成水，則 CO 反應(yīng)量為： 331 3 2 . 5 5 6 . 2 2 % 1 8 . 2 7 2 1 0 0 (COCO y x Nm Nm? ? ? ? ? 干 半 水 煤 氣 ） CO 總反應(yīng)量為 3,7 0 % C O 7 0 % 3 3 0 0 0 / 1 0 0 1 9 . 2 0 1 4 2 2 0 . 8 3 2 1 8 8 . 4 3 0C O C OV V N m n k m o l? ? ? ? ? ? ? ?總 反 總 反，設(shè)中變一段變換爐出口氣體溫度為 485℃ ，平均溫距取 15℃ ， t = 485 + 15 = 500℃ ， 11 查手冊(cè) [1]， 知 500℃ 時(shí) ， ? 則 ? ? ? ?? ? ? ?2 2 2 222222 4 . 9 0 3 52C O H C O HpC O H O C O H OP P y y c C O d C O OK P P y y a C O b C O O?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?33a c d b = 3 8 . 1 4 0 N m 1 0 0 N m ( 0 . 3 8 1 4將 、 、 值 代 入 上 式 解 的 干 半 水 煤 氣 ） ， 汽 氣 比 為入爐蒸汽量： 33 8 . 1 4 0 7 0 % 3 3 0 0 0 / 1 0 0 8 8 1 0 . 3 4 0 3 9 3 . 3 1 9V N m n k m o l? ? ? ? ?蒸 汽 蒸 汽， 則入爐濕氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計(jì) /%V 3Nm kmol c. 出一段催化劑層氣體組成 ① 出一段 催化劑層干氣組成 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) /%V 3Nm kmol ② 出一段 催化劑層濕氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) /%V 3Nm kmol d. 熱量計(jì)算 計(jì)算 CO 變換反應(yīng)氣體溫升 12 ① 入熱 CO 反應(yīng)放熱 Q1 設(shè)氣體由 320℃ 升至 485℃ ，反應(yīng)取平衡溫度 403℃ 時(shí)的熱效應(yīng)，查 資料 [2]圖 421的反應(yīng)熱效應(yīng) 3 8 5 0 0 /H kJ kmol? ? ? 。 39。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進(jìn)入熱水塔進(jìn)一 步冷卻、減濕，溫度降到 100～ 110℃ 。 工藝流程簡(jiǎn)述 含 % CO、溫度為 40℃ 的半水煤氣，加壓到 ，經(jīng)熱水洗滌塔除去氣體中的油污、雜質(zhì)，進(jìn)入飽和塔下部與上部噴淋下來(lái)的 120～ 140℃ 的熱水逆流接觸，氣體被加熱而又同時(shí)增濕。一般中變溫度為 300～ 500℃ ③ 此為一可逆反應(yīng)：增加反應(yīng)物濃度可促進(jìn)正反應(yīng)進(jìn)行，故增加反應(yīng)物蒸汽的量可以使反應(yīng)向右進(jìn)行，有利于提高變換率， 且過(guò)量的水蒸氣還起到熱載體的作用。因此，在合成前必須將它除掉。但 加壓對(duì)析碳等副反應(yīng)卻是有利的。 原理 一氧化碳變換的反 應(yīng)式為 2 2 2C O + H C O + H + 4 1 k J k m o l催 化 劑 一氧化碳變換為可逆反應(yīng)，因此應(yīng)盡可能使反應(yīng)向有利于生成氫和二氧化碳的方向進(jìn)行，而殘余的一氧化碳則在以后的工序中用銅氨液洗滌去等除去。同時(shí)，經(jīng)過(guò)回收后可以作為生產(chǎn)尿素、純堿等的原料，因此，一氧化碳變換反應(yīng)在合成氨工業(yè)中具有重要的意義。 一氧化碳與水蒸氣在催化劑上變換生成氫和二氧化碳的過(guò)程為一氧化碳的變換，這一過(guò)程很早就用于合成氨工業(yè)，在合成氨生產(chǎn)中，由于制取氣的生產(chǎn)成本中占加大的比重。 CO 變換流程，對(duì)與固定層煤氣化裝置配套時(shí)，所用設(shè)備較多。 CO 變換，視其原料和所采取的生產(chǎn)方法不同，也有不同的工藝流程。最好的辦法使提高 CO 變換率。 當(dāng)今世界新技術(shù)革命深入發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異，科技更新進(jìn)一步加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展從主要依靠物質(zhì)資源逐漸向主要依靠科學(xué)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的時(shí)代過(guò)渡。據(jù)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)化工防治污染技術(shù)協(xié)會(huì)介紹 ， 我國(guó)氮肥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力雖然有了很大提高 ， 但是氮肥工業(yè)仍然是我國(guó)耗能和用水大戶 ， 全行業(yè)年耗天然氣高達(dá) 110 5 億立方米 ， 占全國(guó)總消費(fèi)量的 22%， 耗標(biāo)準(zhǔn)煤 ， 占全國(guó)耗煤總量的 %，耗電 ， 占全國(guó)耗電總量的 %， 耗水 27億噸 ， 平均噸氨耗水達(dá) 58噸 ， 因此在降耗節(jié)能和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)上 ， 仍有巨大 潛力可挖。從召開(kāi)的全國(guó)化工行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)上獲悉 ， 我國(guó) 2020 年共生產(chǎn)合成氨 ， 生產(chǎn)氮肥 (折純氮 )， 其中尿素 (實(shí)物量 ) ， 已成為全球最 大 的氮肥生產(chǎn)國(guó)和最大的尿素生產(chǎn)國(guó) ， 并實(shí)現(xiàn)了氮肥的自給。 合成氨生產(chǎn)的新進(jìn)展 世界需求氮肥（折氮量） 2020 年 1112108t 增加到 2020 年 1250108。即今后 10 年間將增加到現(xiàn)在的 倍。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)： 1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá) 。作為生產(chǎn)氨的原料 CO+H2 合成氣，可進(jìn)行綜合利用，以聯(lián)產(chǎn)甲醇及羰基合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列化工產(chǎn)品。氨本身是重要的氮素肥料，除石灰石氮外，其它氮素肥料都是先合成氨，然后再加工成各種銨鹽或尿素。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進(jìn)入熱水塔進(jìn)一步冷卻、減濕，溫度降到 100～ 110℃ 。 2. 工藝流程 含 % CO、溫度為 40℃ 的 半水煤氣 ，加壓到 ，經(jīng)熱水洗滌塔 除 去氣體中的油污、雜質(zhì)，進(jìn)入飽和塔下部與上部噴淋下來(lái)的 120～ 140℃ 的 熱水 逆流接觸，氣體被加熱而又同時(shí)增濕。溫度升高，放熱反應(yīng)即上述反應(yīng)速度增加得慢，逆反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）速度增加得快。 要求 ： 1. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 2. 系統(tǒng)物料、能量衡算 3. 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算 4. 該工段設(shè)備多，工藝計(jì)算復(fù)雜，分變換爐能力及觸媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算。 要求： 1. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 2. 系統(tǒng)物料、能量合算 3. 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算 4. 該工段設(shè)備多，工藝計(jì)算復(fù)雜，分變換爐能力及觸媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系 統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算 課題進(jìn)度 按化工設(shè)計(jì)要求進(jìn)度進(jìn)行 基本條件要求 1. 入工序氣體流量： 33000Nm3/h（ 干基 ） 壓力： 溫度： 40℃ 2. 入