【正文】 ）同上）變換氣中的濕含量（干氣）===???氣體在 101℃時查資料 [2]附錄八飽和蒸汽壓 101℃時變換氣的飽和濕含量 ===(??干 氣 )蒸汽在 101℃及 107℃的焓分別為 及 資料 [1]式（465）等號左邊 101 504+=pssCtXi???資料 [1]式（465）等號右邊 11().?????（ ）?等號左右兩邊相差不大，可不再假設試算，絕熱飽和溫度可認為是 101℃。CO=%CO 的總變換率為 ()0%?????則 3380(.)?變CO 變換總量為 3754.%?最終變換氣中 CO 量為 . ?? 總蒸汽比（汽/氣）的計算設低溫變換爐出口變換氣溫度為 230℃，平衡溫距取 24℃，平衡溫度為 254℃，CO變換反應式 + 2HO ? 2C + 設 a b c d則 a=；c=；d=反應量 %???干 半 水 煤 氣由資料 [1]，表（426 ）查得 254℃時， = 2 2(CO)()???????????將 a, c, d, 值代入上式畢業(yè)設計說明書15????????????解得 b= 即汽氣比為 上式中 2O為煤氣中氧的濃度需總蒸汽量（包括噴的冷凝水量） ?? 中變爐一段催化劑層物料及熱量衡算1．入爐蒸汽比（汽/氣）計算 設 CO 在一段催化劑層轉化 60%，且 O2 在一段催化劑層與氫氣完全燃燒而生成水，則 CO 反應量為 33CO60Nm/10????????????干 半 水 煤 氣CO 總反應量 ?設氣體出一段催化劑層溫度為 420℃，平衡溫距取 28℃，出口氣平衡溫度為 448℃，由資料 [1]表（ 426）得 448℃時 ?2 2(CO)()?????? ?????將 a、c、d 及 O2 等代入式，得??????????解得 b= 即汽/氣＝入爐蒸汽量 ???入爐濕氣組成畢業(yè)設計說明書16表 入爐濕氣組成組分 CO CO2 H2 N2 CH4 O2 H2O 合計% 100Nm3 kmol 2．平衡變換率計算及出一段催化劑層氣體組成設 420℃的 CO 平衡變換率為 ，查資料 [1]表（426）得 420℃? 2 2(CO)()?????? ??????將入爐氣有關組分代入上式得 ?????? ?????解得 =%PX實際變換率為平衡變換率的 0%??出一段催化劑層干氣體量 CO??????????????PVyX干 式中: 3Nm為 入 催 化 劑 層 的 干 氣 量 ， COy為 混 合 氣 中 體 積 ， % PX為 一 氧 化 碳 在 一 段 催 化 劑 層 轉 化 率 NV????干 ＝表 出一段催化劑層干氣組成組分 CO CO2 H2 N2 CH4 合計% 100畢業(yè)設計說明書17Nm3 4370kmol 出一段催化劑層剩余蒸汽量+2==表 出一段催化劑層濕氣組成組分 CO CO2 H2 N2 CH4 H2O 合計% 100Nm3 kmol 3．熱量衡算計算 CO變換反應氣體溫升入熱反應放熱 1Q設氣體由 320℃升至 420℃ ，反應取平均溫度 360℃時的熱效應， 由資料 [1]圖（421 ）查得 3860kJ/molH???????(34302)??合計 ??出熱氣體溫升吸熱 3Q設氣體溫升為 ，氣體在平均溫度 360℃下查資料 [1]，圖（461 ）～(468)計算平?t均比熱容為 =?J/(℃ ) ?????畢業(yè)設計說明書18熱損失 4Q設 = kJ合計 ?????熱平衡 +12Q4℃ C????氣體出口溫度為 =300+123=423℃與前面所設溫度基本一致4．一段催化劑平衡曲線計算根據中變爐一段入口氣體中蒸汽比(汽／氣)為 ,由資料 [1]，式 (433) 計算各溫度下的平衡變化率:2PuqXAw??A=% B=% C=% D=%A﹑ B﹑ C﹑ D 分別為 O﹑ 2H﹑ 2C及 的起始濃度 ， ， ，1pK??puABD??（ ） pvKABCD???（ ） 24quwv??由 計算各溫度下的平衡變換率列于下表2PqXw表 平衡變換率，℃t300 320 340 360 380 400pK ，℃t420 440 460 480 500pK 由表中數據作圖即得平衡曲線（見附錄 1） ，氣體組分及蒸汽比不同時，根據資料[1]式 (433)計算平衡變換率也不同。 設備布置說明1．遵循生產工藝流程的自然順序的原則，確保工藝流程路線最短；2．對常聯系的設備應盡量靠近，以方便操作；3．布置設備時盡量創(chuàng)造良好的環(huán)境，給操作人員留有必要操作空間和安全距離，留有必要設備的檢修空間；4．對重型設備或易震動設備應布置在廠房的地表層；5．布置設備要盡量利用工藝特點，讓物料自動壓送，一般升降設備布置在最高層，主要設備及反應器等布置在中層，貯槽設備布置在最底層；6．本工段設備布置均采用露天成列布置，塔間中心距均以 6m 為準，設備布置利用工藝特點，讓物料自動壓送，節(jié)省能量，油分離器布置在最高層，冷凝液貯槽布置在最低層，其余設備布置在中層；7．廠房布置以 6——6m 型布置，分兩層設計，泵房布置在靠近設備的一側，泵與泵、泵與墻間距不小于 ，并且成排布置。出中變爐的變換氣依次進入主熱交換器，調溫水加熱器，降溫后，進入低溫變換爐。其次，根據進入系統(tǒng)的原料氣溫度及濕含量，當溫度及水蒸氣含量低，則應考慮氣體的預熱及增濕，合理利用余熱。 一氧化碳寬溫耐硫變換催化劑鈷鉬系寬溫變換催化劑于 20 世紀 70 年代初問世，我國于 1985 年開始在合成氨廠使用此類催化劑。(2)壓力 變換反應是等分子可逆反應，壓力對其化學平衡沒有影響。按照主要化學組分來區(qū)分這些催化劑，可分為鐵鉻系、銅鋅系和鈷鉬系催化劑。變換過程中還包括下列反應式： 22HOQ?? 式 13CO 的變換反應是一個可逆放熱反應。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。對農業(yè)生產有重要意義。它使入爐煤氣的蒸汽比有較大幅度的降低，而且使一氧化碳含量降低。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。一氧化碳變換是指一氧化碳與水蒸氣反應生產二氧化碳和氫氣的過程。本次設計采用中變串低變的工藝流程，在本流程中使用寬變催化劑可使操作條件有較大變化。氨是氮肥生產的主要原料，可生產尿素，硫酸銨，碳酸氫銨等。所謂中變串低變流程，就是在 B109 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo 系寬溫變換催化劑。畢業(yè)設計說明書3一氧化碳與水蒸氣的反應是一個可逆的放熱反應，反應熱是溫度的函數。為了提高一氧化碳反應的速度，防止或減少副反應，許多國家研究并生產了大量的變換催化劑。因此，中變催化劑的操作溫度通常應遵循如下原則：只要能穩(wěn)定達到指標——最終出口變換氣 低于或等于某一濃度，催化劑的操作溫度（通常指進口溫度CO或操作溫度）應盡可能在較低溫度下操作，不輕易提高。2．中變催化劑的優(yōu)點在 350～450℃時具有較高的活性；機械強度較高，不宜粉碎；對 的毒害不如2S銅鋅系催化劑那樣敏感，即使中毒，也很易再生；耐熱性能較好；對 分解和生成CO甲烷的副反應具阻抑作用；使用壽命一般可達 3～4 年。大多數合成氨原料氣中的 CO 均高于 10%，故應通過中溫變除去大部分 CO，根據系統(tǒng)反應的絕熱溫升，為使催化劑在允許的活性溫度范圍內操作，對 CO 含量高于 15%者，一般應考慮將反應器分為二段或三段。在兩段催化劑層中間加有增濕裝置，以增加變換氣的濕含量，并降低變換氣的溫度。2．設備結構上的要求（1）必須符合化工機械設備規(guī)范要求；（2）密封性要好；（3）防腐性能好,使用年限長；（4）便于操作檢查。 CO%coV?變 換 前 煤 氣 中 體 積 ， 變 換 氣 中 體 積 ， 其中 : ???由設計任務書知出低變爐變換氣（干）中 COV≤%,故取39。畢業(yè)設計說明書29 熱水塔出口排水溫度因為熱水出熱水塔的極限溫度是變換氣的絕熱飽和溫度，且變換氣入熱水塔的溫度比露點溫度高的不多，因此絕熱飽和溫度可設在變換氣的露點溫度附近。 出熱交換器的變換氣溫度計算入熱變換氣帶入熱 1Q變換氣在 362℃時的比熱容為 ?kmol?J/(℃ ) 362 30456821??半水煤氣帶入熱 2Q濕半水煤氣在 140℃時的比熱容為 ?kol?J/(℃ ) 140 10616112??合計 畢業(yè)設計說明書35410729312Q??kJ出熱半水煤氣帶出熱 3Q半水煤氣在 260℃時的比熱容為 ?kmol?J/(℃ ) 260 19420573??變換氣帶出熱 4Q設變換氣出口溫度 273℃，在 273℃時變換氣的比熱容為 ，且設變換氣出設備實際溫度為 。3= 114=59042939。39。?3考慮到一段催化劑床層操作條件比較惡劣，油污、雜質較多，備用系數取 ，則催化劑實際用量為 = = = 39。39。39。=2559 18 =5034639。t??出飽和塔半水煤氣溫度取 114℃。5?(8) 二段催化劑床層操作線計算根據第二段催化劑床層的變換率及熱平衡計算結果得：入二段催化劑床層的氣體溫度為 335℃出二段催化劑床層氣體溫度 360℃二段催化劑床層內 變換率為 %入二段催化劑床層 變換率（總變換率）出二段催化劑床層 變換率(總變換率) 由此即可作出二段催化劑的操作線（見附錄 2） 低溫變換爐物料及熱量計算 物料計算低變氣進口物料及組成 同中變爐二段出口物料及組成 ，mTK ，mt℃ 畢業(yè)設計說明書26低變爐出口干氣量變換量 ==?kmol出口干氣總量 += = = += = += = = =表 干低變氣組成表 濕低變氣組成組分 CO CO2 H2 N2 CH4 H2O 合計% 100Nm3 kmol 熱量衡算反應放熱CO1Q設氣體出催化劑床層的溫度為 232℃，平均溫度為 =℃，反應熱由185+23資料 [1]，圖（ 421）查得組分 CO CO2 H2 N2 CH4 合計% 100Nm3 1371．933 kmol 畢業(yè)設計說明書27=401H??kJmol?=(） 40100=?kJ氣體吸熱 2氣體由 185℃升至 232℃平均比熱容為 ，設氣體實際溫升為 ，kol?J/(℃ )t?則 = =?t熱損失 =43913kJ熱平衡 123??即 = +4391t?℃???氣體出催化劑層溫度=185+=℃t平衡溫距核算=39。合理有效利用各種資源和能源，防止污染物和其他有害物質，保護人類的生存環(huán)境。系統(tǒng)中的熱水在飽和熱水塔、水加熱器、調溫水加熱器中循環(huán)，定期排污及加水，保持循環(huán)水的質量和水平衡。在此設計中，原料氣中 CO 含量為 27%，殘余 CO 含量為 %，故在設計中采用中變串低變的工藝流程。MPa寬變催化劑同其他類型的化肥催化劑一樣，出廠產品為氧化態(tài)，需要經過硫化方可使用。由此可見壓力對催化劑的活性有顯著影響，由于加壓下反應速1h度加快，變換催化劑的用量少于同規(guī)模下常壓變換的用量。為提高催化劑的性能，一些型號的催化劑中還添加了 、 、 或 等助劑。平衡常數隨溫度的升高而降低，因此，降低溫度2C有利于變換反應向右進行，在同一氣體組成和汽氣比的條件下，選擇適宜的溫度，使它既有利于 CO 平衡變換率的提高，又能使反應速度加快，以達到最佳反應效果及最合理的催化劑用量。畢業(yè)設計說明書2第一章 一氧化碳變換的工藝說明 設計依據內蒙古科技大學化學與化工學院下達的畢業(yè)設計任務書。也用于國防工業(yè)中生產三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纖維等各種硝化炸藥；導彈、火箭的助推劑和氧化劑等。設計說明書包括三部分：工藝設計說明、變換工段的工藝計算及主要設備的工藝計算。一氧化碳會使催化劑中毒，而合成氨工藝中所需的氫氣則是一氧化碳和水反應制得。畢業(yè)設計說明書I68t 氨/d 合成氨廠 CO 變換工藝設計摘 要氨是一種重要的化工產品，主要用于化學肥料的生產。因此在氨合成過程中必須進行一氧化碳變換。另外，附有四張設計圖紙：一張管道及儀表流程圖，一張平面布置圖，一張物料流程圖及一張設備一覽表。以煤為原料生產的半水煤氣中含有硫化物，經一氧化碳變換后，含有大量的二