【正文】 100 M3(標(biāo) ) koml 對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計(jì)算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量（％）： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對(duì)出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=445℃ 設(shè) 平均溫距為 30℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445℃ 30℃ =415℃ 4． 中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐溫度： 335℃ 出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 415℃ 反應(yīng)放熱 Q：在變化氣中含有 CO， H2O， O2， H2 這 4 種物質(zhì)會(huì)發(fā)生以下 2種反應(yīng)： CO +H2O=CO2+H2 （ 11） O2 + 2H2= 2 H2O （ 12） 這 2 個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。設(shè)計(jì)中一共有中溫廢熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調(diào)溫水換熱器，低變爐幾個(gè)主要設(shè)備。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到 180℃左右，進(jìn)入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進(jìn)入甲烷化工段。因而存在著最佳反應(yīng)溫對(duì)一定催化劑及氣相組成，從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)算式為 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 式中 Tm、 Te— 分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。單就平衡而言，加壓并無好處。所謂中變串低變 流程，就是在 B107 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo系寬溫變換催化劑。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 年產(chǎn)五萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計(jì) 系 別 化 學(xué) 工 程 與 工 藝 專 業(yè) 無 機(jī) 化 工 011 指導(dǎo)教師 教研室主任 學(xué)生姓名 接受任務(wù)日期 2021 年 2 月 28日 完成任務(wù)日期 2021 年 6 月 1 日 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書 材 料 與 化 學(xué) 工 程 系 無 機(jī) 化 工 專業(yè) 20211 班 題 目 年產(chǎn)五萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計(jì) 起迄日期 2021 年 2 月 25 日起至 2021 年 6 月 1 日止 指 導(dǎo) 老 師 教研室主任 （簽名） 系 主 任 （簽名） 學(xué) 生 姓 名 批 準(zhǔn) 日 期 2021 年 2 月 25 日 接受任務(wù)日期 2021 年 2 月 25 日 完成任務(wù)日期 2021 年 6 月 1 日 一、設(shè)計(jì)（論文）的要求： 說明書 包括前言，合成氨變換工段工序原理，工藝條件及工藝流程確定，以及主要設(shè)備的選擇說明 ， 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述 。合 成氨的生產(chǎn)主要分為：原料氣的制取；原料氣的凈化與合成。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。但從動(dòng)力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。 1． 汽氣比： 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽 /干原料氣 .改變水蒸汽比例是工業(yè)變換反應(yīng)中最主要的調(diào)節(jié)手段。 主要設(shè)備的選擇說明 中低變串聯(lián)流程中，主要設(shè)備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。 由于天 然氣變換工段工序是成熟工藝，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《合成氨工藝學(xué)》這兩本書。 為簡(jiǎn)化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。 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(jì)算熱容： 物質(zhì) a b c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**（ 365353） = 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計(jì)算 ： 進(jìn)低變爐的濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1113.9 7105.6 koml 2 進(jìn)低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 2． 低變爐的物料衡算： 要將 CO％降到 ％（濕基）以下，則 CO 的實(shí)際變換率為： X ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=％ 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： ％ = M3(標(biāo) )= koml 出低溫變換爐 CO的量： = M3(標(biāo) )= 出低溫變換爐 H2的量： += M3(標(biāo) )= koml 出低溫變換爐 H2O 的量： = M3(標(biāo) )= 出低溫變換爐 CO2 的量 : += M3(標(biāo) )= 出低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 出低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對(duì)出低 變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=223℃ 設(shè) 平均溫距為 20℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22320=203℃ 3．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，平均溫度為： 476K,計(jì)算結(jié)果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= （ ∑ Hi） 始 － （∑ Hi） 末 = kJ/kg Q1=*= kJ/kg 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時(shí)的平均溫度：（ 181+203） /2=℃， T= 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。 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(jì)算熱容： 表 物質(zhì) a b c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q1=**（ 365+273） = 水的帶入熱 Q2: 水在 20℃時(shí) Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q2=X*(20+273)*=*X 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃， T=523K 時(shí)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。M/λm)1/3(181。W) 式中 : de=0202ndD ndD??= 22 ?? ?? = d0G/181。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表