年產(chǎn)三萬噸合成氨廠變換工段工藝設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-14 01:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣溫度進(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(cè)》知當(dāng)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(jìn)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(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。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/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(jì)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(jì)算熱容:物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4計(jì)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(jì)算由中變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)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(jìn)中變換爐的物料量/m3 出一段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2O2——————————CH4H2O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/m3CO2COH2N2CH4H2O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/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(jìn)低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol所以進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol要將CO％％（濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為：p ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐CO的量： = M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐H2的量： += M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐H2O的量：= M3(標(biāo))= kmol出低溫變換爐CO2的量: += M3(標(biāo))= kmol出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=++++= M3(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：CO2％==%H2％==%N2％==%CH4％==%出低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（干）=+++++= M3(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％==% H2O％==%所以出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol對(duì)出底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(cè)》知當(dāng)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(jìn)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(shí)，T=476K，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。計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)算熱容物質(zhì)ab/103c/106b/109CH4計(jì)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(jìn)低溫變換爐的物料量/m3出低溫變換爐的物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)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(jì)算有低變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)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(jì)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(jì)手冊(cè)》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(duì)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(jì)手冊(cè)》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(jì)算：△H= kcal/ kmol得：△H= kcal/kmol= kJ/kmolE2 =+43164= kJ/kmol最適宜溫度曲線由式Tm= 進(jìn)行計(jì)算最適宜溫度計(jì)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(jìn)廢熱鍋爐的
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