【正文】 * = 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱 Q2： 轉(zhuǎn)化氣在 925℃時 T=1193K 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。 進中變爐干氣壓力 中P =. 2．水汽比的確定 ： 考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取 H2O/CO= 故 V（水） =(標(biāo) ) n(水 )= 因此進中變爐的變換氣濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 中變爐 CO的實際變換率的求?。? 假定濕轉(zhuǎn)化氣為 100mol，其中 CO基含量為 ％，要求變換氣中 CO含量為 2％，故根據(jù)變換反應(yīng)： CO+H2O＝ H2+CO2， 則 CO的實際變換率為： X ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=74％ 式中 Ya、 39。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加； CO 停留時間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時適宜的水蒸氣比例一般為： H2O/CO=3～ 5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中 H2O/CO 可達 15 以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q (11) CO+H2 = C+H2O (12) 其中反應(yīng) （ 1）是主反應(yīng)，反應(yīng)（ 2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn)物的方向進行，工業(yè)上采用對式反應(yīng)（ 1— 1）具有良好選擇性催化劑，進而抑制其它副反應(yīng)的發(fā)生。 二、設(shè)計（論文）的原始數(shù)據(jù)： 天然氣成分：以鴻化廠的實際工作數(shù)據(jù)為依據(jù)來進行。 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。一般小型氨廠操作壓力為 ,中型氨廠為 ~。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 查表可得： 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 Cpm=∑ Yi*Cp= KJ/（ kmol.℃ ） 所以氣體吸熱 Q3=**(415330)= 假設(shè)熱損失 Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 5．中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D）， W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 CO CO2及 H2的起始濃度 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp中變爐平衡曲線 由于中變爐選用 C6型催化劑， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTee?? 進行計算。 ，取其平均值為 5 =，即轉(zhuǎn)化為球形粒徑，即φ ， dp== 設(shè)催化劑床層直徑為 , 則： E=+ ????Dd p 催化劑床層阻力 氣體平均分子量 M= 氣體在進入低變催化劑層中的重度γ γ =12 7 32 0 02 7 ???= 式中： 200 為氣體的平均溫度值 氣體質(zhì)量流量 G=? ? 1??? =() 催化劑層高 L=??= m 所以：Δ P= ? ? ? ? ??????? ? =396Kgf/m2=(396mmH2O) 計算結(jié)果符合要求Δ P＜ ,故取催化劑直徑 2. 中變廢熱鍋爐 取中變廢熱鍋爐入口熱水溫度為 80℃ ,假定出口熱水溫度為 150℃ ,查飽和水蒸氣表得 150℃時的焓值 IH2O=㎏ , IH2O(g)= KJ/㎏ ,汽化熱為 KJ/㎏ 已知條件 : 氣體流量及組成 (不考慮水蒸氣冷凝量 ) 進氣流量 : =出氣流量 : = kmol/h 氣體組成 : 同中變氣體出口組成 (略 ) m = 操作狀況 : 操作狀況 進口溫度℃ 出口溫度℃ 操作壓力 ,mPa(絕 ) 中 變 氣 430 280 熱 水 80 150 蒸汽壓 換熱器熱負荷 : 擬采用單程換熱器 ,并使熱氣體走管內(nèi) ,冷氣體走管間 ,故以熱氣體放出熱量為計算熱負荷 : Q= (Q 放 Q 損 ) = () = 設(shè)備直徑與列管數(shù)量確定 : 為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊 ,減少熱量損失 ,提高單位面積換熱能力 ,擬采用φ 25 小列管 ,單程結(jié)構(gòu) ,并使熱氣體走管內(nèi) ,冷氣體走管程 . 列管數(shù)量估算 : 管內(nèi)氣體重量流量為 : G= = 為使管內(nèi)雷諾準(zhǔn)數(shù)大于 10000，估計重量流速為 25Kg/(),則需要列管數(shù)為： n= 6 9 33 6 0 9 5 9 52????? (根 ) 管板直徑估算： 采用正六角形排列，取充填系數(shù)η =，管間距取 t=19mm. D=?n= 30= 設(shè)備規(guī)格選定： 中變廢熱鍋爐內(nèi)徑取 940mm,列管φ 25 ，采用正六角形排列，管間距取 30mm, 管壁與殼壁凈距不小于 15mm。rhr? (rh’)(Dh’h’2) =? /180 （ ? ） （ ） ?? =2 開口弓形面積減去列管所占面積： S2=Sa=???????? ???????td=???????? ???????2= 2m 平均流通截面積： Sm= 0 9 8 5 0 ??SS = 2m 殼程熱水在壓力 ,溫度 t = 215080? =115℃時水的物性參數(shù)： CH2O=(㎏ .℃ ) μ = λ = 102W/（ m.℃） 管間給熱系數(shù)按下式 計算 α 外 =λm/de (d0G/181。 最適宜溫度計算列于下表中： Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444溫度（℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度線7．操作線計算 有中變催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 335℃ 中變爐出口氣體溫度 415℃ 中變爐入口 CO變換率 0 中變爐出口 CO變換率 60% 由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下： 010203040506070330 415溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp操作線 8．中間冷淋過程的物料和熱量衡算： 此過程采用水來對變換氣進行降溫。首先對中，低變進行了物料和熱量衡算，在計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計的宗旨。從反應(yīng)動力學(xué)的角度來看，溫度升高，反應(yīng)速率常 數(shù)增大對反應(yīng)速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 CO平衡含量增大，反應(yīng)推動力變小，對反應(yīng)速 率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。 目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從 80 年代中期發(fā)展起來的。 計算部分 包括物料衡算，熱量衡算，有效能利用率計算，主要設(shè)備計算 。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中的 CO 含量也大幅度降低。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。由于時間有限，設(shè)計可能不完善，請各位老師指出。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 表 物質(zhì) a b c d CH4 計算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.