年產(chǎn)12萬噸合成氨變換段工藝設(shè)計(完整版)
【正文】 變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下：：此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容：物質(zhì)AbCDCH4計算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4ArCpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**（920+273）=（2）出熱：轉(zhuǎn)化氣在370℃時T=643K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。V=KPABCD。L——觸媒床高度,米。（2）=(標(biāo))/h出低變爐變換氣中CO%=%進(jìn)低變爐的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2OAr合計含量％100M3(標(biāo))1955Kmoln=%%=%在190℃時，Kp=則： W==U=(+)+(+)=V==q===所以： V01 =T0*V0 == M3 備用系數(shù)?。核裕篤0 1== M3 觸媒直徑的計算（1）計算觸媒直徑的公式:催化劑床層阻力降:△P=△P——?dú)怏w通過觸媒床的壓力降。=（2）低變爐催化床層的阻力降:催化床層變換氣的平均溫度：190℃催化床層變換氣的壓力:1800kp催化床層變換氣的平均分子量：M=∑YiMi=催化床層變換氣的重度：r= =氣體重度流量(濕)G：G= = kg/m3 *h催化床層的高度:L= =催化劑床層阻力降: △P = =已知條件：水進(jìn)主換熱器的溫度：20℃水出主換熱器的溫度：100℃變換氣進(jìn)主換熱器的溫度：390℃變換氣進(jìn)主換熱器的溫度：250℃以水的吸熱來計算從前面主換熱器的計算中可知水吸熱為：Q4Q2則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為：Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm===℃取K=250 kJ/(m2*h*℃)傳熱面積：S=Q/(K*tm)=設(shè)富裕傳熱面積為：30%S實(shí)=*=選擇固定管板式換熱器：公稱直徑：600 mm ,公稱面積： M2,管子總數(shù)：232，管長：管程數(shù)：2，殼程數(shù)：1，管子：￠25，管子排列方式：三角形管板直徑的計算公式：D=(n/)n——管數(shù)——管板填充系數(shù)，t——管子中心距，所以D= =管板直徑選用￠，設(shè)備外徑為￠管內(nèi)給熱系數(shù)的計算公式如下：a內(nèi)=Re=G*d/uPr=u*Cm/u=粘度的計算：查《化工原理》在320℃時，各氣體的u值如下：組分CO2COH2CH4N2H2OAru(mp*s)根據(jù)公式得： =*s=(m*h)導(dǎo)熱系數(shù)的計算：查《化工原理》在320℃時，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下：組分CO2COH2CH4N2H2OAr根據(jù)公式得： =(h*℃)熱容的計算：變換氣在320℃時根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+。dp——顆粒直徑,米。U=Kp(A+B)+(C+D)。f ——摩擦系數(shù),。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2A30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容：物質(zhì)ABcdCH4計算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4ArCpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q1=**（390+273）=水的帶入熱Q2:水在20℃時Cp= kJ/（kmol.℃）Q2=X*(20+273)*=*X出熱：變換氣在出口溫度為250℃，T=523K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。計算結(jié)果如下：組分H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =所以：Q1== kJ氣體吸熱Q2：氣體吸熱時的平均溫度：（180+200）/2=190℃，T=463K根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+bT+CT2來計算熱容。最適宜溫度計算結(jié)果列于下表中：XpT573593613633653673T272290308326344362 XpT693713733T380397414將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：已知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣的溫度為370℃進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2ArCH4H2O合計含量％100M3(標(biāo))kmol 中變爐一段催化床層的物料衡算假設(shè)CO在一段催化床層的實(shí)際變換率為60％故在一段催化床層反應(yīng)掉的CO的量為：60％= M3(標(biāo)) =出一段催化床層的CO的量為：= M3(標(biāo))=故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：+=(標(biāo))=故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：+= M3(標(biāo))=故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=+++++= M3(標(biāo))故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO％==%同理得：CO2％==%H2％==%Ar％==% N2％==%CH4％==%所以出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4Ar合計含量％100M3(標(biāo))Kmol剩余的H2O的量為：= M3(標(biāo))=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))=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％==％ Ar％==％所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％）：組 分CO2COH2N2CH4ArH2O合計含量％100M3(標(biāo))Kmol：已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％）組 分CO2COH2N2CH4
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