年產(chǎn)三萬噸合成氨廠變換工段工藝設(shè)計(jì)-預(yù)覽頁
【正文】 進(jìn)二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)中變換爐一段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJCO反應(yīng)：O2反應(yīng)：總熱量：中變換爐二段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ已知條件：進(jìn)低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol所以進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol要將CO％％（濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為：p ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐CO的量： = M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐H2的量： += M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐H2O的量：= M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐CO2的量: += M3(標(biāo))= kmol出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=++++= M3(標(biāo))= kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO％==%同理得：CO2％==%H2％==%N2％==%CH4％==%出低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（干）=+++++= M3(標(biāo))= kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO％==%同理： CO2％==% H2％==% N2％==% CH4％==% H2O％==%所以出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol對(duì)出底變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：Kp=（H2％CO2％）/（H2O％CO％）計(jì)算得Kp=查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng)Kp==223℃設(shè)平均溫距為20℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=223－20=203℃．低變爐的熱量衡算以知條件：進(jìn)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(shí)，T=476K，計(jì)算變換氣中各組分的生成焓原理與計(jì)算一段床層一樣。熱量衡算：（1） 入熱：水的帶入熱Q1水在20℃時(shí) Cp= kJ/（）所以：Q1=X（20+273） =轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2：轉(zhuǎn)化氣在920℃時(shí)T=1193K根據(jù)《物理化學(xué)》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容。溫度：變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度：365℃變換氣出設(shè)備的溫度：250℃水進(jìn)設(shè)備的溫度： 20℃水出設(shè)備的溫度： 90℃熱量計(jì)算：（1） 入熱： 變換氣帶入熱:Q1 變換氣在365℃時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容。U=Kp(A+B)+(C+D)。（2）= M3(標(biāo))/h出第一段床層變換氣中CO%=%進(jìn)第一段床層的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))komln=%%=%℃時(shí)，查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》Kp=則： W==U=(+)+(+)=V==q===所以： V01 =T0*V0 ==7 M3 備用系數(shù)取：所以：V0 1=7= M3 第二段床層觸媒用量已知條件：第二段床層變換氣進(jìn)口溫度為：353℃，第二段床層變換氣出口溫度為：365℃平均溫度為：（353℃+365℃）/2=359℃由《3000噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》得到在375℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，在317℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k2=2130。f ——摩擦系數(shù),。L——觸媒床高度,米。=（2）中變爐第一段催化床層的阻力降:第一段催化床層變換氣的平均溫度：℃第一段催化床層變換氣的壓力:1750kp第一段催化床層變換氣的平均分子量：M=∑YiMi=第一段催化床層變換氣的重度：r= =氣體重度流量(濕)G：G= = kg/m3 *h第一段催化床層的高度:L= =第一段催化劑床層阻力降: △P = =（3） 中變爐第二段催化床層的阻力降:第二段催化床層變換氣的平均溫度359℃第二段催化床層變換氣的平均分子量:M=∑YiMi=第二段催化床層變換氣的重度:r= =氣體重度流量(濕)GG= = kg/m3 *h第二段催化床層的高度:L= =第二段催化劑床層阻力降: △P = =中變爐催化劑的總阻降： △P總=+ = kgf/m3 =所以計(jì)算得中變爐催化劑的總阻降符合要求，.(4) 中變爐進(jìn)口直徑的計(jì)算：查《化工原理》得到氣體的組分在0℃，組分O2N2H2COCO2CH4密度（kg/m3） kg/m3對(duì)密度進(jìn)行校核得在330℃，1750kP時(shí)密度為： kg/m3查《化工原理》得到H2O的組分在330℃， kg/m3對(duì)水的密度進(jìn)行校核得在330℃，1750kP時(shí)密度為： kg/m3所以氣體密度為：+ kg/m3 Vs===取氣體流速為50m/s d==(5) 中變爐出口直徑的計(jì)算查《化工原理》得到氣體的組分在0℃，組分N2H2COCO2CH4密度（kg/m3） kg/m3對(duì)密度進(jìn)行校核得在365℃，1015kP時(shí)密度為： kg/m3查《化工原理》得到H2O的組分在365℃， kg/m3對(duì)水的密度進(jìn)行校核得在365℃，1015kP時(shí)密度為： kg/m3所以氣體密度為：+ kg/m3 Vs===取氣體流速為50m/s d==（6） 中間冷凝水進(jìn)口直徑：查《化工原理》得到H2O的組分在20℃，1750kP時(shí)的密度為998 kg/m3此時(shí)壓力對(duì)水的影響不大，不需要校核Vs===取氣體流速為5m/s d==已知條件：水進(jìn)主換熱器的溫度：20℃水出主換熱器的溫度：90℃變換氣進(jìn)主換熱器的溫度：365℃變換氣進(jìn)主換熱器的溫度：250℃以水的吸熱來計(jì)算從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為：Q4Q2則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為：Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm= =℃取K=250 kJ/(m2*h*℃)傳熱面積：S=Q/(K*tm)=設(shè)富裕傳熱面積為：30%S實(shí)=*=選擇固定管板式換熱器：公稱直徑：600 mm ,公稱面積：120 M2,管子總數(shù)：254，管長(zhǎng)：6m管程數(shù)：2，殼程數(shù)：1，管子：￠，管子排列方式：三角形管板直徑的計(jì)算公式：D=(n/)n——管數(shù)——管板填充系數(shù)，t——管子中心距，所以D= =官板直徑選用￠，設(shè)備外徑為￠管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算公式如下：a內(nèi)=Re=G*d/uPr=u*Cm/u=粘度的計(jì)算：查《化工原理》℃時(shí)，各氣體的u值如下：組分CO2COH2CH4N2H2Ou(mp*s)根據(jù)公式得： =*s=(m*h)導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算：查《化工原理》℃時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下：組分CO2COH2CH4N2H2O根據(jù)公式得： =(h*℃)熱容的計(jì)算：℃時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+。分析出了氣體組分對(duì)溫度的影響變化。由于合成氨的變換工段是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多，在本設(shè)計(jì)中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《3000噸合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》這兩本書。
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