【正文】 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.℃ ） Q2=**454= 設(shè)備及管道損失取： 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 第二章 設(shè)備的計(jì)算 1. 低溫變換爐計(jì)算 已知條件：平均操作壓力 . 氣體進(jìn)口溫度 180℃ 氣體出口溫度 220℃ 氣體流量（干） =濕氣流量 = Nm3/h 進(jìn)低變爐催化劑氣體（干）組分 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 低變爐出口干氣中 CO 含量： CO%=% 入催化劑蒸汽比 R= 催化劑用量計(jì)算 B302 型低變催化劑的宏觀動力學(xué)方程為：r=1822exp 2410035 ?????????? ?? HCOOHco yyyyRT (1 OycoyHyHyco222 ) 根據(jù)低變催化劑的選用原則，故選 B302 型國產(chǎn)低變催化劑，當(dāng)變換氣中CO（干）為 %時(shí)，計(jì)算得催化劑床層空速為 2120（標(biāo)） /（ m3.． h）． 對于 B204 因動力學(xué)方程式中催化劑按體積計(jì) ,計(jì)算出的催化劑床層空速是以體積為單位的“空速” . 因此 ,催化劑理論用量： V 低 = 450 m? 在采用中變串低變的流程中，低變催化劑條件較好，故可以不考慮催化劑備用系數(shù)。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊 》 B302 型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43164kJ/koml CO變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能 E2 為： E2 E1=r*(△H ) 對于 CO 變換反應(yīng) r=1，則 E2=(△H ) + E1 △H 為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即： （ 181+203） /2=192℃ ， T=465K CO的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計(jì)算： △H =*T+ 103* 103T3 得： △H = kcal/kmol= kJ/kmol E2 =+43164= kJ/kmol 6．最適宜溫度曲線 由式 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 進(jìn)行計(jì)算 最適宜溫度計(jì)算列于下表中： Xp T 402 421 440 457 475 493 t 129 148 167 184 201 220 Xp T 510 t 237 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01129 148 167 184 201 220 237溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度曲線 第三節(jié)．廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算 1．已知條件： 進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份： 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計(jì) ％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 進(jìn)廢熱鍋爐的溫度為： 925℃ 出廢熱鍋爐的溫度為： 335℃ 進(jìn)出設(shè)備的水溫： 20℃ 出設(shè)備的水溫： 335℃ 進(jìn)出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： 進(jìn)出設(shè)備的水量： X koml 物量在設(shè)備里無物量的變化。 △ H=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 式中 △ H —— 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱，kcal；（ ） 。謝謝！ 第 一章 變換工段物料及熱量衡算 第一 節(jié) 中溫變換 物料 衡算及熱量衡算 1．確定轉(zhuǎn)化氣組成： 已知條件 中變爐進(jìn)口氣體組成 ： 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計(jì) % 100 計(jì)算 基準(zhǔn)： 1 噸氨 計(jì)算生產(chǎn) 1 噸氨需要的 變化氣量：（ 1000/17） （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物量可能回有消耗，因此變化氣量取 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 5 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 日生產(chǎn)量： 50000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％ 進(jìn)中變爐的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) 474 6 2750.68 1113.9 3 493 假設(shè)入中變爐氣體溫度為 335 攝氏度，取出爐與入爐的溫差為 30 攝氏度，則出爐溫度為 365 攝氏度。以上設(shè)備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換 氣中所要求的 CO 濃度。由于過量水蒸汽的存在，保證催化劑中活性組分 Fe3O4的穩(wěn)定 而不被還原，并使析炭及生成甲烷等副反應(yīng)不易發(fā)生。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(jìn)行變換的能耗，比常壓變換再進(jìn)行壓縮的能耗底。由于中變后串了寬變催化劑，使操作系統(tǒng)的操作彈性大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。 因此， CO變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。 圖紙 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。 三、參考資料及說明： 《 化工工藝設(shè)計(jì)手冊 》 （上、下冊）、《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊》理化數(shù)據(jù)、《化肥企業(yè)產(chǎn)品能平衡》、《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》、《合成氨工學(xué)》、《化工制圖》、《化工原理》、《化學(xué)工程》、《化工設(shè)計(jì)概論》以及關(guān)于氮肥的其他相關(guān)雜志。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。 變換過程中還包括下列反應(yīng)式： H2+O2=H2O+Q 工藝條件 ： 壓力對變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響。本設(shè)計(jì)的原料氣由小型合成氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化而來，故壓力可取 . ： 變化反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。本設(shè)計(jì)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。 在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)已知的天然氣組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。 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。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊 》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為E1=10000 千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q3=**（ 330+273） = 水的帶出熱 Q4: 水在 335℃， T=603K 時(shí)的熱容為： Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X**（ 330+273） = 熱損失 Q5: Q5=*(Q1+ Q2) 熱量平衡： *(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 （ +） =+ X= ： 要使 H2O/CO= 還要加入的水量為： （ ）247。共排 13層（ 553 根） 每個(gè)弓形內(nèi)布 23 孔，扣除拉桿 6 孔得： n=553+6236=685 根 傳熱系數(shù)計(jì)算 管內(nèi)給熱系數(shù)計(jì)算： 管內(nèi)給熱系數(shù)按下式計(jì)算 ： α 內(nèi) =d? 管內(nèi)氣體平均溫度 3552 280430 ??℃ 按溫度 355℃及壓力 壓力確定物性參數(shù)為： Cm=(㎏ .K) μ m= λ m=() 所以： Re= 22 ???? ???= Pr= ??? ? 內(nèi)? = ??? =(m.℃ )= =（ ） 管間給熱系數(shù)計(jì)算： 管間裝方形擋板 r=,方形板開口高度取直徑的 40%，即 h′ =,板間距取 ,此時(shí)流體橫過管束的流道截面積： S1=Hd(1d0/t)= ?????? ?30251= 擋板開口方 向截面積： Sa=? /180r2COS1( )39。 操作壓力≤ 2 中變換熱器 C202 1 U 型換熱器，列管： φ 25 2 3 淬冷器 F202 1 工作壓力： 工作溫度： 180℃ 4 低溫變換爐 D205 1 材質(zhì)： 16MnR 操作溫度 ≤ 260℃ 操作壓力 ≤ 5 中變廢熱鍋 爐 C201 1 型號： DG255010