【正文】 0378 380 382 384 386 388 390 392T(`C)Xp 0102030405060708090360 370 380 390 400 410 420 430T(`C)Xp 中變換爐物料量平衡表 組分 進(jìn)中變換爐的物料量 /m3 出一段催化床層的物料量 /m3 CO2 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計 組分 進(jìn)二段催化床層的物料量 /m3 出二段催化床層的物料量 /m3 CO2 CO H2 1955 N2 Ar CH4 H2O 合計 中變換爐一段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 中變換爐二段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 進(jìn)低變爐的濕組分： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 1348． 47 Kmol 進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 kmol 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 p ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=％ 取 X p=90% 則反應(yīng)掉的 CO的量為： 90％ =(標(biāo) )= 出低溫變換爐 CO 的量： = M3(標(biāo) )= kmol 出低溫變換爐 H2 的量： 1955+=(標(biāo) )= kmol 出低溫變換爐 H2O 的量： =(標(biāo) )= 出低溫變換爐 CO2 的量 : +=(標(biāo) )= kmol 出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干） =+++++=(標(biāo) )= kmol 故出低變爐催 化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 CO2％ = =% H2％ ==% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% 出低變爐的干組分： 組 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（濕 ） =+=(標(biāo) )= kmol 故出低變爐催化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理： CO2％ = =% H2％ = =% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% H2O％ = =% 所以出低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計 含 100 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 量％ M3(標(biāo) ) 7 kmol 對出低 變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： Kp=（ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 計算得 Kp= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng) Kp= 時 t=235℃ 設(shè)平均溫距為 35℃，則出中變爐段催化床層的變換氣溫度為： t=235－ 35=200℃ 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： 180 出低變爐催化床層的變換氣溫度為： 200℃ 變換氣反應(yīng)放熱 Q1: 在 200℃時， T=473K， 計算變換氣中各組分的生成焓原理與計算一段床層一樣，使用公式 51 及表 計算平均溫度為 476K 時的生成焓。 溫度： 變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度： 390℃ 變換氣出設(shè)備的溫 度： 250℃ 水進(jìn)設(shè)備的溫度： 20℃ 水出設(shè)備的溫度： 100℃ ： （ 1） 入熱： 變換氣帶入熱 :Q1 變換氣在 390℃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。（ 2） =(標(biāo) )/h 出第一段床層變換氣中 CO%=% 進(jìn)第一段床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo)) 2 kmol 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 30 n=%%=% 在 ℃時， Kp= 則： W== U= (+)+(+)= V= 3632= q= 25 .6 7 4 1 1 .3 2 0 .3 4 7? ? ? = ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V01 =T0*V0 = = M3 備用系數(shù)?。? 所以： V0 1= = M3 第二段床層觸媒用量 已知條件： 第二段床層變換氣進(jìn)口溫度為： 380℃，第二段床層變換氣出口溫 度為： 390℃ 平均溫度為：（ 380℃ +390℃） /2=385℃ 由《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計算》得到在 385℃時反應(yīng)速度常數(shù) k1=8150， 加壓時取校正系數(shù)： ，則： k1=8150*=22820 進(jìn)中變爐二段床層的組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 4 4654.67 Kmol 8 出中變爐二段床層的 CO 組分： % n=%%=% 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 31 在 385℃時反應(yīng)平衡常數(shù) Kp= 則： W== U= (+)+(+)= V= =0. 099 q= 24 .7 0 4 0 .0 9 9 1 2 .6 8? ? ?= ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V02=T0*V0 = = 備用系數(shù)?。? 所以： V02 = = M3 中溫變換爐觸媒用量 : V= V01+V02=+= QCS01型觸媒堆重度 : 觸媒直徑的計算 （ 1）假設(shè)觸媒直徑為 計算觸媒直徑的公式 : 催化劑床層阻力降 : △ P= LE Edpv Gf ??????? ? △ P—— 氣體通過觸媒床的壓力降 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 32 = （ 2）中變爐第一段催化床層的阻力降 : 第一段催化床層變換氣的平均溫度： ℃ 第一段催化床層變換氣的壓力 :1800kp 第一段催化床層變換氣的平均分子量： M=∑ YiMi=第一段催化床層變換氣的重度： r= 273 397 .5 101 . 273 180 0??? = 氣體重度流量 (濕 )G： G=216. 1 628 07. 22. 4 ??? = kg/m3 *h 第一段催化床層的高度 : L= 2 ? = 第一段催化劑床層阻力降 : △ P = LE Edpv Gf ??????? ? = （ 3） 中變爐第二段催化床層的阻力降 : 第二段催化床層變換氣的平均溫度 385℃ 第二段催化床層變換氣的平均分子量 :M=∑ YiMi=第二段催化床層變換氣的重度 : r = 273 385 101 .3322 .4 273 180 0??? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 33 =氣體重度流量 (濕 )G G=21 6 .1 6 2 8 0 7 .5 4 42 2 .4 4????????? = kg/m3 *h 第二段催化床層的高度 : L= 2 ? = 第二段催化劑床層阻力降 : △ P = LE Edpv Gf ??????? ? = 中變爐催化劑的總阻降： △ P 總 =+ = 所以計算得中變爐催化劑的總阻降符合要求，中變爐催化劑床層直徑 可用 . 22低變爐的計算 ．觸媒用量的計算 Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標(biāo) ) T0 —— 標(biāo)準(zhǔn)接觸時間， h* m3 / M3(標(biāo) ) V0—— 通過觸媒的氣體體積， M3(標(biāo) )/h 標(biāo)準(zhǔn)接觸時間的計算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 r —— 氣體在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤