【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。對本文的研究做出重。要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本。聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。摘要:本文是關(guān)于煤炭為原料年產(chǎn)10萬噸氨一氧化碳變換工段初步設(shè)計。氨的生產(chǎn)中，一氧化碳變換反應(yīng)是非常重要的反應(yīng)。毒害作用，必須在催化劑的催化作用下通過變換反應(yīng)加以除去。是原料氣的凈化過程，又是原料氣的制造過程。換熱器的物料衡算和熱量衡算以及設(shè)備選型等。最終完成了20000字的設(shè)計說明書。及生產(chǎn)工藝流程圖。

　　

【正文】 第三章 工藝計算 +++ = KJ/（ ） 所以氣體吸熱 Q3=(415330) = 假設(shè)熱損失 Q4（一般熱損失都小于總熱量的 10%） 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 中變一段催化劑 操作線的計算 中變一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 330℃ 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 ： 0102030405060708090100300 350 400 450溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 圖 3–3 中間 冷凝過程的物料和熱量計算 此過程采用水來對變換氣進行降溫。 以知條件：變換氣的流量： 設(shè)冷凝水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷凝水的進口溫度： 20℃ 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 進二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 冷凝水吸熱 Q1：據(jù)冷凝水的進口溫度 20℃查《化工熱力學(xué)》可知 h1 =根據(jù)《化工熱力學(xué)》可知： 表 3–17： T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷凝水要升溫到 353℃ ，所以設(shè)在 353℃ , 626K,1750kp 時的焓值為 h 對溫度進行 內(nèi)查法 ： 1600kpa 時 ： (626600 )/ ()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時 ： （ 626600） /（ h ） =(700626)/( ) h= kJ/kg 再對壓力使用內(nèi)查法得在 353℃ , 626K,1750kp時的焓值 h 為： (17501600)/()=(18001750)/() 故： h= kJ/kg Q1= X( ) 變換氣吸熱 Q2 根據(jù)表 3–7 和表 3–8 得 ： 表 3–18： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 Cpm= ∑Yi*Cp = kJ/（ ） Q2=(415353)= kJ 取熱損失為 Q2 根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X= = kmol = M3(標(biāo) ) 水的量為： += M3(標(biāo) ) = kmol 所以進二段催化床層的變換氣組分 如下表 ： 表 3–19： 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算 已知 進中變爐二段催化床層的變換氣干組分 如下表 ： 表 3–20： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量 ％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 中變 爐二段催化床層的物料衡算： 設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為 （總轉(zhuǎn)化率） 所以在 CO 的變化量為： =(標(biāo) ) = kmol 在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的 CO 的量為： （ ） = M3(標(biāo) ) = kmol 出中變爐二段催化床層的 CO 的量為： =(標(biāo) ) = kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO2的量為： += (標(biāo) ) = kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2的量為： += (標(biāo) ) = kmol 所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量： V 總（干） =++++=(標(biāo) ) = kmol 所以 出中變爐二段催化床層的變 換氣干組分 如下表 ： 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 表 3–21： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量 ％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2O 的量為： = (標(biāo) ) = kmol 故 出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： CO2％ = =% H2％ = =% N2％ = =% CH4％ = =% H2O％ = = 所以出中變爐的濕組分 如下表 ： 表 3–22： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 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(dāng) Kp= 時， t=409℃ 設(shè) 平均溫距為 44℃ ，則出中變爐 二 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，使用公式 33 及表 34 計算平均溫度為 632K 時的生成焓。 計算結(jié)果如下 如下 ： 表 3–23： 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 △ H1=（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 所以得： Q1==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/（ ） ，結(jié)果同 3–7。 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容 ，結(jié)果同 3–8。 則在 T=632K 時， 計算結(jié)果 如下 ： 表 3–24： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑Yi*Cp= 故： Q2=(365353) = J/kg 熱損失： Q3=Q1Q2= J/kg 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 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 75% 01020304050607080352 354 356 358 360 362 364 366溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 圖 3–4 所以中變爐的操作線如圖： 0102030405060708090100300 325 350 375 400 425溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 圖 3–5 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 中變換爐 一段 物料量平衡表 表 3–25： 組分 進中變換爐的物料量 /m3 出一段催化床層的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 中變換爐 二段 物料量平衡表 表 3–26： 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 /m3 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 中變換爐一段熱量平衡表 表 3–27： 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ CO 反應(yīng)： O2反應(yīng)： 總熱量： 中變換爐二段熱量平衡表 表 3–28： 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 主換熱器的物料與熱量的衡算 已知條件： 進出設(shè)備的變換氣的量： kmol 進出設(shè)備的水的量： X kmol 物料的量在設(shè)備中無變化。 溫度： 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 變換氣進設(shè)備的溫度： 365℃ 變換氣 出設(shè)備的溫度： 250℃ 水進設(shè)備的溫度： 20℃ 水出設(shè)備的溫度： 90℃ 熱量計算： （ 1） 入熱： 變換氣帶入熱 :Q1 變換氣在 365℃ 時根據(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/（ ） ，結(jié)果同表 3–7。 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容 ， 結(jié)果同表 3–8。 當(dāng) T=638K 時， 計算結(jié)果 如下 ： 表 3–29： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以： Q1=（ 365+273） = 水的帶入熱 Q2: 水在 20℃ 時 Cp= kJ/（ ） 所以得： Q2=X*(20+273)*=*X 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃， T=523K 時根據(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/（ ） ，結(jié)果同表 3–7。 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容 ， 結(jié)果同表 3–8。 當(dāng) T=523K 時， 計算結(jié)果 如下 ： 表 3–30： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以得： Q3=523= 水的帶出熱 Q4: 水在 90℃ 時 Cp= kJ/（ ） 得： Q4=X**(90+273) =*X 熱損失 Q5:取 根據(jù)熱量平衡： *（ Q1+Q2） =Q3+Q4 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 工藝計算 X= kmol 主換熱器熱量平衡表 表 3–31： 帶入熱 /kJ 帶出熱 /kJ 熱損失 /kJ 轉(zhuǎn)換氣 ———————— 水 ———————— ∑Q 調(diào)溫水加熱器 的物料與熱量衡算 以知：入設(shè)備的變換氣溫度： 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度： 181℃ 進設(shè)備的濕變換氣的量： 變換氣帶入的熱量： Q1= 變換氣帶出的熱 Q2： 變換氣在 181℃ 時 T=454K 時根據(jù)《物理化學(xué)》