【正文】 M/181。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 表 物質(zhì) a b c d CH4 計算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q3=*523*= 水的帶出熱 Q4: 水在 90℃時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X**(90+273)=*X 熱損失 Q5:取 根據(jù)熱量平衡： *（ Q1+Q2） =Q3+Q4 X= 第五節(jié) 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計算 ： 入設(shè)備的變換氣溫度： 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度： 181℃ 進(jìn)設(shè)備的濕變換氣的量： 變換氣帶入的熱量： Q1= 變換氣帶出的熱 Q2： 變換氣在 181℃時 T=454K 時根據(jù)《物理化學(xué)》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.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 表 物質(zhì) a b c d CH4 計算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**（ 203181） = 熱損失 Q3=Q1Q2== kJ 4．低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) 公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D） W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 CO CO2及 H2的起始濃度 t 160 180 200 220 240 260 T 433 453 473 493 513 533 Xp t 280 T 553 Xp 低 變爐催化劑平衡曲線如下： 01160 180 200 220 240 260 280溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp低變爐平衡曲線 由于低變爐選用 B302 型催化劑。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 ?T298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+A 2T 2+A3T 3+?? 式中 A0、 A A A3?? 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+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 式中常數(shù) a0、 a a a a4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=A3/4 a0=△H 0298－ － 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。由于時間有限，設(shè)計可能不完善，請各位老師指出。低變爐選用 C6 型催化劑，計算得低變催化劑實際用量 。增加水蒸汽用量，提高了 CO 的平衡變換率，從而有利于降低 CO殘余含量，加速變換反應(yīng)的進(jìn)行。從能量消耗上看，加壓也是有利。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中的 CO 含量也大幅度降低。粗原料氣中常含有大量的 C，由于 CO 是合成氨催化劑的毒物，所以必須進(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過 CO 變換反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為易于清除的 CO2和氨合成所需要的 H2。 計算部分 包括物料衡算，熱量衡算，有效能利用率計算，主要設(shè)備計算 。 目 錄 1. 前言?????????????????????????????? 4 2. 工藝原理 ???????????????????????????? 4 3. 工藝條件 ???????????????????????????? 5 4. 工藝流程的確定 ????????????????????????? 6 5. 主要設(shè)備的選擇說明 ??????????????????????? 6 6. 對本設(shè)計的綜述????????????????????????? 6 第一章 變換工段物料及熱量衡算 ????????????????? 8 第一節(jié) 中變物料及熱 量衡算????????????????????? 8 1．確定 轉(zhuǎn)化氣組成 ????????????????????????? 8 2．水汽比的確定 ?????????????????????????? 8 3． 中變爐一段催化床層的物料 衡 算 ???????????????? ?? 9 4． 中變爐一段催化床層的熱量 衡 算 ???????????????? ? ? 11 5．中變爐催化劑平衡曲線 ?????????????????????? 13 6. 最佳溫度曲線的計算 ??????????????????????? 14 7．操作線計算 ?? ?????????????? ??????????1 5 8．中間冷淋過程的物 料 和熱量計算 ???????????????? ? 16 9．中變爐二段催化床層的物 料衡 算 ???????????????? ? 17 衡 算 ???????????????? ? 18 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計算 ????????????????? ? 19 第三節(jié) 廢熱鍋爐的熱量和物料計算???????????? ? ??? ? 24 第四節(jié) 主換熱器的物 料 與熱量的計算 ??????????????? ? 26 第五節(jié) 調(diào)溫水加熱器的物 料 與熱量計算 ?????????????? 28 第二章 設(shè)備的計算???????????????????????? 29 1. 低溫變換爐計算 ???????????????????????? 29 2. 中變廢熱鍋爐???????????????????????? ? 31 參考文獻(xiàn)及致謝???????????????????????? ? 35 前 言 氨是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于化學(xué)肥料的生產(chǎn)。 目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從 80 年代中期發(fā)展起來的。但是提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。從反應(yīng)動力學(xué)的角度來看，溫度升高，反應(yīng)速率常 數(shù)增大對反應(yīng)速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 CO平衡含量增大，反應(yīng)推動力變小，對反應(yīng)速 率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。轉(zhuǎn)化氣從 轉(zhuǎn)化爐進(jìn)入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中變換氣從 920℃降到 330℃，在廢熱鍋爐出口加入水蒸汽使汽氣比達(dá)到 3 到 5 之間，以后再進(jìn)入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 3%以下。首先對中，低變進(jìn)行了物料和熱量衡算，在計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計的宗旨。 假設(shè) CO 在一段催化床層的 實際變換率為 60％。 最適宜溫度計算列于下表中： Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444溫度（℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度線7．操作線計算 有中變催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 335℃ 中變爐出口氣體溫度 415℃ 中變爐入口 CO變換率 0 中變爐出口 CO變換率 60% 由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下： 010203040506070330 415溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp操作線 8．中間冷淋