【正文】 同而變化。 中變的平均溫距為 397℃ 365℃ =32℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 計算結(jié)果列于下表： 表 313 不同溫度下的 XP t 300 320 340 360 380 400 420 440 460 T 573 593 613 633 653 673 693 713 733 XP 中變爐催化劑平衡曲線如下： 最佳溫度曲線的計算 由于中變爐選用 C6 型催化劑， 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 15 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTTmee??? 進行計算。 計算結(jié)果如下： 表 326 平均溫度為 476K 時的生成焓 組分 H2 H2O CO CO2 HT（ kcal/kmol） HT（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 △H1=（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 所以： Q1= = kJ 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時的平均溫度： （ 181+203） /2=℃ ， T= 根據(jù)《物理化學(xué)教程》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計算 熱容。 經(jīng)計算 得出以下結(jié)果： 表 331 T=1193K 各組分的 Cp 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故 Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以： Q2=（ 920+273） = （ 2） 出熱： 轉(zhuǎn)化氣的帶出熱 Q3： 轉(zhuǎn)化氣在 330℃ 時 T=603K 根據(jù)《物理化學(xué)教程》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計算 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 26 熱容。 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容， 結(jié)果同表 3–11。 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為： （ 20+90） /2=55℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ? = 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cp=(kg? ℃ ) 粘度 : ?=?105Pa? S 取 de= 所以殼側(cè)對流傳熱系數(shù)為： ? 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/? )*(Cp*? /? )1/3 =6423kcal/(m2? h? ℃ ) 總傳熱系數(shù)核算 管程、殼程污垢熱阻各取 由《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊 》可知總傳熱系數(shù)的計算公式為： K= ????? Raa 外內(nèi)111 則： K= kcal/(m2? h? ℃ ) = kJ/(m2? h? ℃ ) 傳熱面積的核算 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 則實際轉(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)=134m3 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 34 安 全系數(shù)： %54134134207 ? 第 五 章 車間設(shè)備布置設(shè)計 車間布置設(shè)計的原則 車間設(shè)備布置的原則 車間設(shè)備布置是按照加工件的工藝流程擺放加工中心并根據(jù)生產(chǎn)流程情況及各種有關(guān)因素，把各種工藝設(shè)備在一定的區(qū)域內(nèi)進行排列。 (2) 有效地利用車間建筑面積 (包括空間 )和土地。熱容的單位為 kJ/（ ），結(jié)果 :同表 310 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容， 結(jié)果同表 311 當 T=523K 時，計算結(jié)果如下： 表 335 T=523K 各組分熱容 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以得： Q3=523= 水的帶出熱 Q4: 水在 90℃ 時 Cp= kJ/（ ） 得： Q4=X**(90+273) =*X 熱損失 Q5:取 根據(jù)熱量平衡： *（ Q1+Q2） =Q3+Q4 X= kmol 表 336 主換熱器熱量平衡表 帶入熱 /kJ 帶出熱 /kJ 熱損失 /kJ 轉(zhuǎn)換氣 ———————— 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 28 水 ———————— ∑Q 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計算 已知：入設(shè)備的變換氣溫度： 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度： 181℃ 進設(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 可用式：Cp=a+b+cT2 來計算熱容。計算結(jié)果同上表 3–10。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容， 結(jié)果同 3–11 當 T= 時， 計算結(jié)果如下： 表 327 T= 各組分的 Cp 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 故： Q2=（ 203181） = 熱損失 ： Q3=Q1Q2= = kJ 低變爐催化劑平衡曲線 XP= AWqU2? 100％ ① V=KPABCD ② q= WVU 42 ? ③ U=KP（ A+B） +（ C+D） ④ W=KP1 ⑤ 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 H2O、 CO2 及 H2 的起始濃度 將 ② 、 ③ 、 ④ 、 ⑤ 式代入 ① 式并查的不同溫度下的 KP 值便可計算出 XP 值。 在中變爐催化劑平衡曲線上查的 Te 值，根據(jù)最適溫度計算式可算出最適溫度。 因為進中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 表 34 進中變爐一段催化床層的 變換氣濕組分 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M 3 kmol 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M 3 kmol 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 假使 O2 與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO 的量為： 60％ = Nm3= 出一段催化床層的 CO 的量為： = Nm3 = 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2 的量為： += = 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO2 的量為： += Nm3= 故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干 ） =VCO+VCO2+VH2+VN2+VCH4 =+ +++ = Nm3 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％ = =% N2％ = =% CH4％ = =% 所以 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分如下表： 表 35 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量 ％ 100 M 3 kmol 剩余的 H2O 的量為： +2= Nm3 = 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的總體積： V 總（濕） = VCO+VCO2+VH2+VN2+VCH4+VH2O 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 +++++ = = 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％ = 100=％ 同理可得： CO％ = 100=％ H2％ = 100=％ N2％ = 100=％ CH4％ = 100=％ 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量如下 表 ： 表 36 出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M 3 koml 對出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量如下表： 表 37 出 中變爐一段催化床層的變換氣濕組分 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M 3 koml 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當 K= 時 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℃ 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 中變爐一段催化床層的熱量衡算 已知條件：進中變爐一段催化床層的變換氣溫度： 330℃ 出中變爐一段催化床層的變換氣溫度： 415℃ 可知反應(yīng)放熱 Q：在變換氣中含有 CO， H2O， O2， H2 這 4 種物質(zhì)會發(fā)生以下 2種反應(yīng)： CO + H2O = CO2 + H2 （ 3–1） O2 + 2H2 = 2 H2O （ 3–2） 以上這 2 個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。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)的進行。由于干原料氣摩爾數(shù)小于干變換氣的摩爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進行變換的能耗，比常壓變換再進行壓縮的能耗底。轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化爐進入廢熱鍋爐，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到 3 到 5 之間，以后再進入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到3%以下。在生產(chǎn)過程中，一定要加強安全防范意識，嚴格按照化工行業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范來操作。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 3 本設(shè)計參考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產(chǎn)工藝，選用中串低工藝。國外合成氨的規(guī)模一般都比較大，不管是原料還是操作壓力的選擇都與我國的中小型氮肥廠大不相同 [2]。變換反應(yīng)既是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續(xù)過程。并且綜合各方面因素對車間設(shè)備布置進行了合理的設(shè)計，最終完成了 20 000 字的設(shè)計說明書及生產(chǎn)工藝流程圖、車間平立面布置圖及主體設(shè)備裝配圖的繪制。對本文研究做出重要貢獻的個 人和集體，均已在文中作了明確說明并表示了謝意。 指導(dǎo)教師簽名： 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者簽名： 年 月 日 年 月 日 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘 要 ................................................ 1 第一章 總 論 .................................... 2 概述 ............................................. 2 一氧化碳變換反應(yīng)的意義與作用 ..................... 2 國 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .................................. 2 設(shè)計依據(jù) .......................................... 2 設(shè)計規(guī)模與生產(chǎn)制度 ................................ 3 設(shè)計規(guī)模 ........................................ 3 生產(chǎn)制度 ........................................ 3 原料與產(chǎn)品規(guī)格 .................................... 3 原料規(guī)格 ........................................ 3 產(chǎn)品規(guī)格 ........................................ 3 第二