【正文】 分的量分別為：H2O％=％％+％=23％CO％=％ ％=％H2％ =％+％％=％CO2％=％+％=％中變爐出口的平衡常數(shù)：Kp= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）=12查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》可知Kp=12時(shí)溫度為397 ℃。計(jì)算結(jié)果列于下表(24)。查《小型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》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[15]。進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分如表26所示。表27 出中變爐一段的變換氣干組分列表組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100m3(標(biāo))kmol剩余的H2O的量為：+2= m3(標(biāo))= kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（濕）=+++++= m3(標(biāo))= kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中H2O的含量： H2O％= =%故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中CO2的含量： CO2％==％同理可得： CO％==％ H2％==％ N2％==％ CH4％==％所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分如表28所示：表 28出中變爐一段的變換氣濕氣組分列表組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100m3(標(biāo))koml 對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行估算已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量如表28所示。 中變爐一段催化床層的熱量衡算以知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣溫度：330 ℃。以P=1 atm，t=25 ℃為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計(jì)算式為：HT=△H0298=Cpdt (27)式中： HT —— 氣體在在T K的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol( kJ/kmol)。氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式[8]：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+……注：式中A0、AAA3……氣體的特性常數(shù)。Hi ——始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓,單位：kcal。表 210 變換氣各組分的基準(zhǔn)焓組分O2H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）反應(yīng)放熱： CO +H2O=CO2+H2 （7） 反應(yīng)焓變：△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =+++= kJ/kmolQ1=（）= kJO2 + 2H2= 2 H2O （8）反應(yīng)焓變：Q2=△H2=（∑niHi）始－（∑niHi）末= kJ氣體反應(yīng)共放熱：Q=Q1+Q2=+= kJ氣體吸熱Q3：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(lái)計(jì)算熱容，熱容的單位為kJ/（）表211 變換氣組分的a、b、c常數(shù)列表物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105表 212 甲烷的的a、b、c、d常數(shù)列表物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容。 中變爐出口氣體溫度415 ℃。以知條件：變換氣的流量： koml。 進(jìn)二段催化床層的溫度：353 ℃。表 214 溫度、壓強(qiáng)與焓值的關(guān)系表 T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷凝水要升溫到353 ℃，所以設(shè)在353 ℃, 626 K,1750 kpa時(shí)的焓值為H。Q2=(415353)= kJ。所以在CO的變化量為：= m3(標(biāo)) = kmol在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的CO的量為：（）= m3(標(biāo))= kmol出中變爐二段催化床層的CO的量為：= M3(標(biāo)) = kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：+= m3(標(biāo)) = kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：+= m3(標(biāo)) = kmol所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量：V總（干）=++++ = m3(標(biāo)) = kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分如表217所示。 出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365 ℃。表 220 各組分的a、b、c常數(shù)列表物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容。表229 變換氣出低變爐時(shí)的干氣組分及含量組 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如表230所示。 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203 ℃。已知CO，H2，H2O，CO2，N2等氣體的熱熔可用公式：Cp=a+b+cT2來(lái)計(jì)算。表236 低變爐中CO在不同溫度下的轉(zhuǎn)換率t160 180 200 220 240260 280T433453473493513533553Xp 低變爐催化劑平衡曲線如圖24：圖24 低變爐催化劑平衡曲線 最佳溫度曲線的計(jì)算由于低變爐選用C6型催化劑。進(jìn)出設(shè)備的水溫：20 ℃。在設(shè)備里無(wú)物料的變化。表239 變換氣各組分的a、b、c常數(shù)物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+cT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容:表240 甲烷的a、b、c、d常數(shù)物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4計(jì)算熱熔所得結(jié)果如表241所示。表242 T=603 K時(shí)變換氣各組分的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以：Cpm=∑YiCp= kJ/（）。= kmol。溫度：變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度：365 ℃。熱量計(jì)算：入熱： 變換氣帶入熱：Q1。所以： Q1=（365+273）= kJ水的帶入熱Q2：水在20℃時(shí)Cp= kJ/（）所以得： Q2=X(20+273)=X出熱：變換氣在出口溫度為250 ℃，T=523 K時(shí)用公式：Cp=a+b+cT2來(lái)計(jì)算熱容。根據(jù)熱量平衡：（Q1+Q2）=Q3+Q4X= kmol表246 主換熱器熱量平衡表帶入熱/kJ帶出熱/kJ熱損失/kJ轉(zhuǎn)換氣————————水————————∑Q 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量衡算以知條件：入設(shè)備的變換氣溫度：250 ℃。變換氣帶出的熱Q2：變換氣在181℃時(shí)T=454K時(shí)用公式：Cp=a+b+cT2來(lái)計(jì)算熱容。變換氣放出的熱量：Q=Q1Q2Q3= kJ 第3章 設(shè)備的選型 中變爐的計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)《小型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》可知：Vr=T0*V0 （31）注：式中 Vr ——觸媒體積，m3(標(biāo))。其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度[13]。平均溫度為：（330℃+415℃）/2= ℃由《小型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》 ℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，加壓時(shí)取校正系數(shù)：，則：k1=4600=12880。表31 進(jìn)第一段床層得變換濕氣組分列表組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100m3(標(biāo))komln=%%=%。第二段床層變換氣出口溫度為：365 ℃。n=%%=%。催化劑床層阻力降公式：△P= （33）注： △P——?dú)怏w通過(guò)觸媒床的壓力降。dp——顆粒直徑,米。C6型觸媒外型尺寸為￠98毫米圓柱體dp=(6Vp) 247。第二段催化床層變換氣的重度：r= = kg/m3 氣體重度流量(濕)G：G= = kg/第二段催化床層的高度：L= = m第二段催化劑床層阻力降：△P = = kgf/m3中變爐催化劑的總阻降： △P總=+= kgf/m3 = Kp所以計(jì)算得中變爐催化劑的總阻降符合要求， m可用。變換氣進(jìn)主換熱器的溫度：365 ℃。平均溫差：tm= （35） = ℃。選擇固定管板式換熱器。表35 ℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)組分CO2COH2CH4N2H2O根據(jù)公式得： = kcal/(h.℃)熱容的計(jì)算： ℃時(shí)用公式：Cp=a+b+cT2來(lái)計(jì)算熱容。導(dǎo)熱系數(shù)： = kcal/(mh℃)。則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為：Q= (Q4Q2)= kJ/h。 其他主設(shè)備 其他主設(shè)備見(jiàn)表37所示。本設(shè)計(jì)選擇了合適的工藝流程；通過(guò)計(jì)算和繪圖分析出了溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率的影響變化，確定良好的工藝條件；通過(guò)熱量衡算，選擇合適的換熱器，合理的利用和回收了熱量；選擇了合適的催化劑，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成，離不開(kāi)指導(dǎo)老師張廷紅老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的悉心指導(dǎo)并在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中提出了寶貴意見(jiàn)，使本次設(shè)計(jì)得以順利完成，在此表示最衷心