年產(chǎn)三萬噸合成氨廠變換工段工藝設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-14 01:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 中變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)kmol對出中變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算：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Kp==409℃設(shè)平均溫距為44℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409℃44℃=365℃．中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353 出中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:計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣。計算結(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/kg所以得： Q1=*= kJ/kg氣體吸熱Q2：根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。熱容的單位為kJ/（）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容:物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4計算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4Cp 所以得：Cpm=∑Yi*Cp=（）故：Q2=（365353）=熱損失：Q3=Q1Q2= kJ9．中變二段催化劑操作線計算由中變二段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐入口氣體溫度 353℃ 中變爐出口氣體溫度 365℃ 中變爐入口CO變換率 60% 中變爐出口CO變換率 74%所以中變爐的操作線如圖：]中變換爐物料量平衡表組分進中變換爐的物料量/m3 出一段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2O2——————————CH4H2O合計 組分進二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O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/kJCO反應(yīng)：O2反應(yīng)：總熱量：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已知條件：進低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)kmol所以進低變爐催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)kmol要將CO％％（濕基）以下，則CO的實際變換率為：p ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標)= kmol出低溫變換爐CO的量： = M3(標)= kmol出低溫變換爐H2的量： += M3(標)= kmol出低溫變換爐H2O的量：= M3(標)= kmol出低溫變換爐CO2的量: += M3(標)= kmol出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=++++= M3(標)= 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：CO2％==%H2％==%N2％==%CH4％==%出低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)kmol出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（干）=+++++= M3(標)= 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％==% H2O％==%所以出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)kmol對出底變爐的變換氣溫度進行估算：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Kp==223℃設(shè)平均溫距為20℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=223－20=203℃．低變爐的熱量衡算以知條件：進低變爐催化床層的變換氣溫度為：181℃ 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203℃變換氣反應(yīng)放熱Q1:在203℃時，T=476K，計算變換氣中各組分的生成焓原理與計算一段床層一樣。計算結(jié)果如下：組分H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kg所以：Q1== kJ/kg氣體吸熱Q2：氣體吸熱時的平均溫度：（181+203）/2=℃，T=根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。熱容的單位為kJ/（） 物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容物質(zhì)ab/103c/106b/109CH4計算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以得：Cpm=∑Yi*Cp=（）故：Q2=（203181）=熱損失 ： Q3=Q1Q2== kJ低變換爐物料量平衡表組分進低溫變換爐的物料量/m3出低溫變換爐的物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O合計低變換爐熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ11．低變催化劑操作線計算有低變二段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 低變爐入口氣體溫度 181℃ 低變爐出口氣體溫度 203℃ 低變爐入口CO變換率 74% 低變爐出口CO變換率 %12． 低變爐催化劑平衡曲線根據(jù)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、H2O、CO2及H2的起始濃度t160 180 200 220 240260T433453473493513533Xpt 280T553Xp低變爐催化劑平衡曲線如下：13. 最佳溫度曲線的計算由于低變爐選用B302型催化劑。查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》B302型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43164kJ/ kmolCO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=465KCO的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 由《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知反應(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算：△H= kcal/ kmol得：△H= kcal/kmol= kJ/kmolE2 =+43164= kJ/kmol最適宜溫度曲線由式Tm= 進行計算最適宜溫度計算結(jié)果列于下表中：XpT402421440457475493t129148167184201220 XpT510t237將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：14．廢熱鍋爐的熱量和物料衡算以知條件：進廢熱鍋爐的
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