【正文】 r —— 氣體在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤 /米 3。（ 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(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo)) 2 kmol 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 n=%%=% 在 ℃時(shí)， 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)取： 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(jì)算》得到在 385℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù) k1=8150， 加壓時(shí)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(jì) 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(jì) 31 在 385℃時(shí)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(jì)算 （ 1）假設(shè)觸媒直徑為 計(jì)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 。熱容的單位為 kJ/（ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 Ar 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/103 c/106 d/109 CH4 計(jì)算結(jié)果： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 390380） = 熱損失： Q3=Q1Q2= ．中變二段催化劑操作線計(jì)算 由中變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì) 算結(jié)果知： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 中變爐入口氣體溫度 380℃ 中變爐出口氣體溫度 390℃ 中變爐入口 CO 變換率 60% 中變爐出口 CO 變換率 % 所以中變爐的操作線如圖： 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(jì) 16 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計(jì) 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(jì) 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(jì) 17 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計(jì) 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(jì) 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(jì) 18 CO2％ = =% H2％ ==% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% 出低變爐的干組分： 組 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 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(jì) 含 100 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jì)算得 Kp= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) Kp= 時(shí) 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(shí)， T=473K， 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，使用公式 51 及表 計(jì)算平均溫度為 476K 時(shí)的生成焓。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 物料與熱量衡算 已知條件： 組 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合計(jì) 含量 ％ 100 計(jì)算基準(zhǔn)： 1 噸氨 計(jì)算生產(chǎn) 1噸氨需要的變換氣量： （ 1000/17） （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物料可能會有損失，因此變換氣量取 3000 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 10 萬噸合成氨生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn) 300 天）： 日生產(chǎn)量： 100000/300=要求出低 變爐的變換氣干組分中 CO％不大 于 ％。 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 =所以： Q1= = kJ 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時(shí)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(jì)算 熱容。 f —— 摩擦系數(shù) ,一般取 。 dp—— 顆粒直徑 ,米 。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時(shí) )。 17） 247。 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