年產(chǎn)4萬噸合成氨變換工段工藝步設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-05-22 22:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱，kcal；（）。ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol；Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下；I — 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol，（）現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表分子式 a0 a1 a2 a3 a4O2103 10–310–710–10H210310－410－710－11H2O10410－310－710－11N210310－410－710－11CO10410－410－910－11CO210－310－6計(jì)算O2的基準(zhǔn)焓：根據(jù)基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4在415℃時(shí)T=415+273=683K查表可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表：組分O2H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=(∑Hi)始（∑Hi）末=+++ =Q1=（）= O2 + 2H2= 2 H2O （2）Q2=△H2=（∑niHi）始－（∑niHi）末=氣體共放熱：Q=Q1+Q2=+=氣體吸熱Q3：根據(jù)《物理化學(xué)》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）查表可得：物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105Cpm=∑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 +Q4Q4= kJ根據(jù)H2O/CO=，與公式XP=100％V=KPABCDq=U=KP（A+B）+（C+D），W=KP1其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度t300 320 340 360 380400T573593613633653673Xpt 420 440 460T693713733Xp由于中變爐選用C6型催化劑，最適宜溫度曲線由式 進(jìn)行計(jì)算。查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》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。最適宜溫度計(jì)算列于下表中：XpT526t253XpT671t398XpTt 有中變催化劑變換率及熱平衡計(jì)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%：此過程采用水來對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。以知條件： 變換氣的流量： 設(shè)冷淋水的流量：X kg 變換氣的溫度：415℃ 冷淋水的進(jìn)口溫度：20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度：353℃ 操作壓力：1750kp熱量計(jì)算： 冷淋水吸熱Q1：據(jù)冷淋水的進(jìn)口溫度20℃查《化工熱力學(xué)》可知h1 =根據(jù)《化工熱力學(xué)》可知T/kP/kPaH/(kJ/kg)6001600600180070016007001800冷淋水要升溫到353℃，所以設(shè)在353℃, 615K,1750kp時(shí)的焓值為h對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法：1600kpa時(shí)(626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg1800kpa時(shí)(626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg對(duì)壓力用內(nèi)差法得353℃，615K，1750Kp時(shí)的焓值h為：(17501600)/()=(18001750)/()h= kJ/kgQ1= X( )變換氣吸熱Q2：物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以Cpm= ∑Yi*Cp = kJ/（kmol.℃）Q2=**(415353) Q2根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X=== M3(標(biāo))所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分：水的量為：+= M3(標(biāo))組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml：（總轉(zhuǎn)化率）*= M3(標(biāo))在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的CO的量為：（）=(標(biāo))=出中變爐二段催化床層的CO的量為：= M3(標(biāo))故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：+= (標(biāo))故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為： += (標(biāo))故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2O的量為：= (標(biāo))所以出中變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml對(duì)出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計(jì)算得K=查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng)K==409℃設(shè)平均溫距為48℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409℃44℃=365℃：以知條件：進(jìn)變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353℃ 出變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365℃變換氣反應(yīng)放熱Q1: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，平均溫度為：632K,計(jì)算結(jié)果如下：組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kgQ1=*= kJ/kg氣體吸熱Q2：根據(jù)《物理化學(xué)》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容：物質(zhì)abcdCH4計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4Cp Cpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**（365353）=熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 低變爐的物料與熱量計(jì)算：進(jìn)低變爐的濕組分:組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml進(jìn)低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml：要將CO％％（濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為： ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標(biāo))= koml出低溫變換爐CO的量：= M3(標(biāo))=出低溫變換爐H2的量： += M3(標(biāo))= koml出低溫變換爐H2O的量：= M3(標(biāo))=出低溫變換爐CO2的量: += M3(標(biāo))=出低變爐的濕組分：
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