年產(chǎn)4萬噸合成氨變換工段工藝步設(shè)計方案-預(yù)覽頁
【正文】 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= kJ根據(jù)H2O/CO=，與公式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t300 320 340 360 380400T573593613633653673Xpt 420 440 460T693713733Xp由于中變爐選用C6型催化劑，最適宜溫度曲線由式 進行計算。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=**（365353）=熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 低變爐的物料與熱量計算：進低變爐的濕組分:組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml進低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)koml：要將CO％％（濕基）以下，則CO的實際變換率為： ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標)= koml出低溫變換爐CO的量：= M3(標)=出低溫變換爐H2的量： += M3(標)= koml出低溫變換爐H2O的量：= M3(標)=出低溫變換爐CO2的量: += M3(標)=出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml出低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)koml對出低變爐的變換氣溫度進行估算：根據(jù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計算得K=查《小合成氨廠工藝與設(shè)計手冊》知當K==223℃設(shè)平均溫距為20℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22320=203℃：以知條件：進低變爐催化床層的變換氣溫度為：181℃ 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203℃變換氣反應(yīng)放熱Q1:在203℃時，T=476K計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣，平均溫度為：476K,計算結(jié)果如下：組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kgQ1=*= kJ/kg氣體吸熱Q2：氣體吸熱時的平均溫度：（181+203）/2=℃，T=根據(jù)《物理化學》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。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COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**（920+273）=（2）出熱：轉(zhuǎn)化氣的帶出熱：Q3=（330+273）=轉(zhuǎn)化氣在335℃時T=608K根據(jù)《物理化學》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。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COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q1=**（365+273）=水的帶入熱Q2:水在20℃時Cp= kJ/（kmol.℃）Q2=X*(20+273)*=*X出熱：變換氣在出口溫度為250℃，T=523K時根據(jù)《物理化學》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。取其平均值為5=，即轉(zhuǎn)化為球形粒徑，dp== , 則： E=+氣體平均分子量M=氣體在進入低變催化劑層中的重度γγ== 式中：200為氣體的平均溫度值 氣體質(zhì)量流量G==()L== m 所以：ΔP= =396Kgf/m2=(396mmH2O) 計算結(jié)果符合要求ΔP＜, 中變廢熱鍋爐取中變廢熱鍋爐入口熱水溫度為80℃,假定出口熱水溫度為150℃,查飽和水蒸氣表得150℃時的焓值IH2O=㎏, IH2O(g)= KJ/㎏, KJ/㎏ 已知條件: 氣體流量及組成(不考慮水蒸氣冷凝量)進氣流量:=出氣流量:= kmol/h氣體組成:同中變氣體出口組成(略) =操作狀況:操作狀況進口溫度℃出口溫度℃操作壓力,mPa(絕)中 變 氣430280熱 水80150蒸汽壓 換熱器熱負荷:擬采用單程換熱器,并使熱氣體走管內(nèi),冷氣體走管間,故以熱氣體放出熱量為計算熱負荷: Q=(Q放 Q損) =() = 設(shè)備直徑與列管數(shù)量確定:為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,減少熱量損失,提高單位面積換熱能力,擬采用φ25,單程結(jié)構(gòu),并使熱氣體走管內(nèi),冷氣體走管程.列管數(shù)量估算:管內(nèi)氣體重量流量為: G== 為使管內(nèi)雷諾準數(shù)大于10000，估計重量流速為25Kg/(),則需要列管數(shù)為：n=(根) 管板直徑估算： 采用正六角形排列，取充填系數(shù)η=，管間距取t=19mm. D==30= 設(shè)備規(guī)格選定： 中變廢熱鍋爐內(nèi)徑取940mm,列管φ25，采用正六角形排列，管間距取30mm, 管壁與殼壁凈距不小于15mm。M/181。通過本次試驗，我了解到變換工段工藝的重要性與好處，這是對合成氨有著十分重要影響的步驟，其中換熱器與催化劑尤其重要，其中催化劑直接影響了生產(chǎn)流程，該法對降低蒸汽比和CO濃度有良好作用，利于氫氣的生成，直接有利于合成氨。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計能力。 39
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