【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(shè)試算，絕熱飽和溫度可認(rèn)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(jì)算設(shè)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(yīng)式 + 2HO ? 2C + 設(shè) a b c d則 a=；c=；d=反應(yīng)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(shè)計(jì)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(jì)算 設(shè) CO 在一段催化劑層轉(zhuǎn)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(yīng)量為 33CO60Nm/10????????????干 半 水 煤 氣CO 總反應(yīng)量 ?設(shè)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(shè)計(jì)說明書16表 入爐濕氣組成組分 CO CO2 H2 N2 CH4 O2 H2O 合計(jì)% 100Nm3 kmol 2．平衡變換率計(jì)算及出一段催化劑層氣體組成設(shè) 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(guān)組分代入上式得 ?????? ?????解得 =%PX實(shí)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(zhuǎn) 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(jì)% 100畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)% 100Nm3 kmol 3．熱量衡算計(jì)算 CO變換反應(yīng)氣體溫升入熱反應(yīng)放熱 1Q設(shè)氣體由 320℃升至 420℃ ，反應(yīng)取平均溫度 360℃時的熱效應(yīng)， 由資料 [1]圖（421 ）查得 3860kJ/molH???????(34302)??合計(jì) ??出熱氣體溫升吸熱 3Q設(shè)氣體溫升為 ，氣體在平均溫度 360℃下查資料 [1]，圖（461 ）～(468)計(jì)算平?t均比熱容為 =?J/(℃ ) ?????畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書18熱損失 4Q設(shè) = kJ合計(jì) ?????熱平衡 +12Q4℃ C????氣體出口溫度為 =300+123=423℃與前面所設(shè)溫度基本一致4．一段催化劑平衡曲線計(jì)算根據(jù)中變爐一段入口氣體中蒸汽比(汽／氣)為 ,由資料 [1]，式 (433) 計(jì)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(jì)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(shù)據(jù)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(jù)資料[1]式 (433)計(jì)算平衡變換率也不同。 設(shè)備布置說明1．遵循生產(chǎn)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(lián)系的設(shè)備應(yīng)盡量靠近，以方便操作；3．布置設(shè)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(shè)備的檢修空間；4．對重型設(shè)備或易震動設(shè)備應(yīng)布置在廠房的地表層；5．布置設(shè)備要盡量利用工藝特點(diǎn)，讓物料自動壓送，一般升降設(shè)備布置在最高層，主要設(shè)備及反應(yīng)器等布置在中層，貯槽設(shè)備布置在最底層；6．本工段設(shè)備布置均采用露天成列布置，塔間中心距均以 6m 為準(zhǔn)，設(shè)備布置利用工藝特點(diǎn)，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(shè)備布置在中層；7．廠房布置以 6——6m 型布置，分兩層設(shè)計(jì)，泵房布置在靠近設(shè)備的一側(cè)，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(jìn)入主熱交換器，調(diào)溫水加熱器，降溫后，進(jìn)入低溫變換爐。其次，根據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)的原料氣溫度及濕含量，當(dāng)溫度及水蒸氣含量低，則應(yīng)考慮氣體的預(yù)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(jì) 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(yīng)是等分子可逆反應(yīng)，壓力對其化學(xué)平衡沒有影響。按照主要化學(xué)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(yīng)式： 22HOQ?? 式 13CO 的變換反應(yīng)是一個可逆放熱反應(yīng)。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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(yīng)生產(chǎn)二氧化碳和氫氣的過程。本次設(shè)計(jì)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(chǎn)的主要原料，可生產(chǎn)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(shè)計(jì)說明書3一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。為了提高一氧化碳反應(yīng)的速度，防止或減少副反應(yīng)，許多國家研究并生產(chǎn)了大量的變換催化劑。因此，中變催化劑的操作溫度通常應(yīng)遵循如下原則：只要能穩(wěn)定達(dá)到指標(biāo)——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(jìn)口溫度CO或操作溫度）應(yīng)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(diǎn)在 350～450℃時具有較高的活性；機(jī)械強(qiáng)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(yīng)具阻抑作用；使用壽命一般可達(dá) 3～4 年。大多數(shù)合成氨原料氣中的 CO 均高于 10%，故應(yīng)通過中溫變除去大部分 CO，根據(jù)系統(tǒng)反應(yīng)的絕熱溫升，為使催化劑在允許的活性溫度范圍內(nèi)操作，對 CO 含量高于 15%者，一般應(yīng)考慮將反應(yīng)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(shè)備結(jié)構(gòu)上的要求（1）必須符合化工機(jī)械設(shè)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(shè)計(jì)任務(wù)書知出低變爐變換氣（干）中 COV≤%,故取39。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書29 熱水塔出口排水溫度因?yàn)闊崴鰺崴臉O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(diǎn)溫度高的不多，因此絕熱飽和溫度可設(shè)在變換氣的露點(diǎn)溫度附近。 出熱交換器的變換氣溫度計(jì)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(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)變換氣出口溫度 273℃，在 273℃時變換氣的比熱容為 ，且設(shè)變換氣出設(shè)備實(shí)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(zhì)較多，備用系數(shù)取 ，則催化劑實(shí)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(jì)算根據(jù)第二段催化劑床層的變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)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(nèi) 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(jì)算 物料計(jì)算低變氣進(jìn)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(shè)計(jì)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(jì)% 100Nm3 kmol 熱量衡算反應(yīng)放熱CO1Q設(shè)氣體出催化劑床層的溫度為 232℃，平均溫度為 =℃，反應(yīng)熱由185+23資料 [1]，圖（ 421）查得組分 CO CO2 H2 N2 CH4 合計(jì)% 100Nm3 1371．933 kmol 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)氣體實(shí)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(zhì)，保護(hù)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(diào)溫水加熱器中循環(huán)，定期排污及加水，保持循環(huán)水的質(zhì)量和水平衡。在此設(shè)計(jì)中，原料氣中 CO 含量為 27%，殘余 CO 含量為 %，故在設(shè)計(jì)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(chǎn)品為氧化態(tài)，需要經(jīng)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(yīng)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(shù)隨溫度的升高而降低，因此，降低溫度2C有利于變換反應(yīng)向右進(jìn)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(yīng)速度加快，以達(dá)到最佳反應(yīng)效果及最合理的催化劑用量。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2第一章 一氧化碳變換的工藝說明 設(shè)計(jì)依據(jù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。也用于國防工業(yè)中生產(chǎn)三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纖維等各種硝化炸藥；導(dǎo)彈、火箭的助推劑和氧化劑等。設(shè)計(jì)說明書包括三部分：工藝設(shè)計(jì)說明、變換工段的工藝計(jì)算及主要設(shè)備的工藝計(jì)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(yīng)制得。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書I68t 氨/d 合成氨廠 CO 變換工藝設(shè)計(jì)摘 要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)。因此在氨合成過程中必須進(jìn)行一氧化碳變換。另外，附有四張?jiān)O(shè)計(jì)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?jiān)O(shè)備一覽表。以煤為原料生產(chǎn)的半水煤氣中含有硫化物，經(jīng)一氧化碳變換后，含有大量的二