合成氨變換工段設(shè)計(doc畢設(shè)論文)-全文預(yù)覽
【正文】 =熱損失Q5:Q5=*(Q1+ Q2)熱量平衡：*(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 （ +）=+ X=：要使H2O/CO=： （）247。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容：物質(zhì)abcdCH4計算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4Cp Cpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**（203181）=熱損失Q3=Q1Q2== kJ4．低變爐催化劑平衡曲線根據(jù)公式XP=100％V=KPABCDq=U=KP（A+B）+（C+D）W=KP1其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度t160180200220240260T433453473493513533Xpt280T553Xp低變爐催化劑平衡曲線如下：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/公斤分子，E2=19000千卡/公斤分子。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)驗式：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+…… 式中A0、AAA3……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+a2T2+a3T3+a4T4 式中常數(shù)a0、aaaa4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=A3/4a0=△H0298－－a2－a3－a4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397℃365℃=32℃中變的平均溫距合理，故取的H2O/CO可用。 由于天然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多，在本設(shè)計中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》和《合成氨工藝學(xué)》這兩本書。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。 主要設(shè)備的選擇說明 中低變串聯(lián)流程中，主要設(shè)備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。工藝流程確定目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中低低4種工藝。1． 汽氣比：水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/。,~。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。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=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主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加；CO停留時間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時適宜的水蒸氣比例一般為：H2O/CO=3～5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中H2O/CO可達(dá)15以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到180℃左右，%以下，再進(jìn)入甲烷化工段。對本設(shè)計評述天然氣變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關(guān)鍵的一步，因為能否正常生產(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運轉(zhuǎn)的前提條件。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。進(jìn)中變爐干氣壓力=.2．水汽比的確定：考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取H2O/CO=故V（水）=(標(biāo)) n(水)=因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分:組 分CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量％100M3(標(biāo))474koml中變爐CO的實際變換率的求取：假定濕轉(zhuǎn)化氣為100mol，％，要求變換氣中CO含量為2％，故根據(jù)變換反應(yīng)：CO+H2O＝H2+CO2，則CO的實際變換率為：％=100=74％式中Ya、分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率（濕基）則反應(yīng)掉的CO的量為：74％=則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O％=％％+％=23％CO％=％ ％=％H2％ =％+％％=％CO2％=％+％=％中變爐出口的平衡常數(shù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）=12查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知K=12時溫度為397℃。為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計算。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）查表可得：物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105Cpm=∑Yi*Cp= KJ/（kmol.℃）所以氣體吸熱Q3=**(415330)=假設(shè)熱損失Q4根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4Q4= kJ5．中變爐催化劑平衡曲線
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