【導(dǎo)讀】或者銅洗工段氣質(zhì)要求。量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算。CO2變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從化學(xué)平衡來看，降低反應(yīng)溫度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反應(yīng)向生成CO2和H2的方向移動，提高平衡變換率。加到一定值后，變換率增加幅度會變小。加快，因此，需降低反應(yīng)溫度，使逆反應(yīng)速度減慢，這樣可得到較高的變化率。氣體被加熱而又同時增濕。然后在混合器中與一定比例的300～350℃過熱蒸汽混合，25%～30%的氣體不經(jīng)熱交換器，作為冷激氣體。進(jìn)第一段催化反應(yīng)后溫度升高到460～500℃，冷激后依次通過。進(jìn)入熱水塔進(jìn)一步冷卻、減濕，溫度降到100～110℃。其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。預(yù)計(jì)2020年產(chǎn)量達(dá)。家預(yù)測2020年將增至45Mt。國和尿素生產(chǎn)國。近年來，在中央和各級。的50至60噸降到3至5噸，噸氨電耗降幅也達(dá)60千瓦時左右。億立方米，占全國總消費(fèi)量的22%，耗標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國耗煤總量的%，廢渣回用以及一些先進(jìn)節(jié)能技術(shù)等在這一行業(yè)的推廣。

　　

【正文】 3 . 9 /HOP P a i k c a l k g? ? ? 干半水煤氣在 115℃ 時的比熱容為 pc =（干氣） 22218 18 115 = / /HOpHOpI i c tp p Mk c al k gk J k g? ? ? ??? ? ? ? ? ???（ 干 氣 ） 進(jìn)水溫度 t1=120℃ 以 I t2 為一點(diǎn) (A)， I t1 為另一點(diǎn) (B)，連接兩點(diǎn)的直線即為飽和塔的操作線。 d. 塔板數(shù)計(jì)算 利用平衡曲線表中的數(shù)據(jù)，在 it 圖中畫出平衡線和操作線，由此可得到理論塔板數(shù)為 3 塊 。 e. 填料高度計(jì)算 ① 理論板當(dāng)量高度 由于矩鞍環(huán)是一種新型填料， 對于塔板當(dāng)量高度還未見到合適的計(jì)算公式，根據(jù)資料 [2]推薦的意見， 矩鞍形填料的高度 可粗略不計(jì)取為相應(yīng)條件下拉希環(huán)與鮑爾環(huán)高度的中值。 φ50 鮑爾環(huán)推薦的等板高度（ H、 E、 T、 P）為 700～ 750mm，考慮到飽和塔直徑較大，氣液分布不如小塔 或試驗(yàn)條件，取等板高度 。 ② 填料總高度 H=3= 實(shí)取 5m f. 全塔阻力降計(jì)算 由前面計(jì)算知 1 / 2( ) 0. 33 2GLGLWW ?? ? 31 實(shí)際空塔氣速224 4 8 1 / m sD? ???? ∴02 20 . 2 0 . 20 . 2 4 1 2 1 6 1 . 0 5 7 9 . 2 7 1( ) 0 . 2 5 0 . 0 1 0 09 . 8 1 9 4 6 . 3G LLg? ? ? ? ?? ?? ??? ? ????? 由資料 [5]圖 1114 得 39。 22 3 . 5 ( ) / (p m m H O m?? 填料） 總阻力降 22 3 . 5 5 1 1 7 . 5 ( ) 1 . 1 5 3p m m H O k P a? ? ? ? ? (2) 熱水塔計(jì)算 已知條件 塔型：填料塔， 50 瓷矩鞍環(huán) 中變氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 V% 平均操作壓力 [(絕 )] 入塔氣體溫度 110℃ 出塔氣體溫度 100℃ 入塔水溫 ℃ 出塔水溫 ℃ 變換氣平均分子量 入塔干氣量 51 8 1 2 . 3 1 4 9 . 1 3 2 1 6 5 5 0 . 0 5 1 / 3 . 0 1 0 /k m o l h k g h? ? ? ? 入塔蒸汽量 7 6 3 . 0 3 9 9 . 1 3 2 1 8 1 2 5 4 2 5 . 3 0 /k g h? ? ? 進(jìn)口氣中濕含量 7 6 3 .0 3 9 1 8 1 0 .4 1 9 4 ( /1 8 1 2 .3 1 4 1 8 .0 7 k g k g? ?? 汽 ） （ 干 氣 ） 出口氣中濕含量 7 4 2 .1 1 2 1 8 1 0 .4 0 7 9 ( /1 8 1 2 .3 1 4 1 8 .0 7 k g k g? ?? 汽 ） （ 干 氣 ） 進(jìn)水流量 2 1 3 5 6 9 .1 3 2 1 9 5 0 2 3 /kg h?? 出水流量 （不包括補(bǔ)充水） ( 2 1 3 5 6 6 0 ) 9 .1 3 2 1 9 9 5 7 1 /k g h? ? ? a. 塔徑計(jì)算 32 因熱水塔進(jìn)口溫度最高，濕含量最大，塔徑按進(jìn)口條件計(jì)算。 設(shè)塔內(nèi)填料阻力 (15mmH2O)/m（填料） 空塔速度計(jì)算 由 1/2()GLGLWW ?? 與 02 Lg???? 關(guān)聯(lián)式計(jì)算塔徑，上式各符號同飽和塔計(jì)算式中含義。 各有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 5531 9 9 5 7 1 /3 . 0 1 0 1 2 5 4 2 5 . 3 0 4 . 2 5 1 0 /9 5 9 /LGLk g hk g hk g m????? ? ? ? ?? 操作狀態(tài)下入口氣量 3532 7 3 1 1 0 1( 1 8 1 2 .3 1 4 7 6 3 .0 3 9 ) 2 2 .4 9 .1 3 22 7 3 8 .48 7 9 8 4 .7 7 /4 .2 5 1 0 4 .8 3 /8 7 9 8 4 .7 7GVmhk g m??? ? ? ? ? ????? 水的粘度 水在 99℃ 時 40 .2 8 9 2 .8 9 1 0L c P P a s? ?? ? ? ? 50 瓷矩鞍環(huán) 216?? 水的 1000 ? ?? 則 1 / 21 / 2 1 9 9 5 7 1 4 . 8 3( ) 0 . 0 3 3 34 2 5 0 0 0 9 5 9GLGLWW ?? ??? ? ????? 由文獻(xiàn) [5]圖 1111 查得 21 5 H OP mm?? 時 得 02 0 .2( ) 0 .0 1 3GLLg? ?? ? ?? ? 0000220 . 2 0 . 2 22021 6 1. 04 6 4. 83( ) 0. 28 9 0. 099. 81 95 90. 09 0. 01 30. 38 /GLLgms? ? ? ?? ???????? ? ? ????即 33 即空塔速度為 氣體流 量 3087 98 4. 77 2. 44 /36004 4 2. 44 2. 93. 14 0. 38V m sVDm?????? ? ?? 實(shí)取 b. 理論塔板數(shù) ① 平衡線計(jì)算 pI c t Xi? ? ?由 式 計(jì)算出 80～ 120℃ 變換氣（濕）的焓，并列于下表 溫度 ℃ 蒸汽熱焓i(kcal/kg) 飽和蒸汽壓2HOp (105Pa) (絕 ) 干氣比容pC kcal/(kg?℃ ) 2 HOpp (105Pa) (絕 ) 22HOHOppp 飽和氣濕含量 2218 HOHOpX p p M??Kg(汽 )/kg(干氣 ) 飽和氣熱含量 pI C t Xi? ? ?kJ/kg 80 85 90 95 100 105 110 115 120 由上面的數(shù)據(jù)作得平衡線（如圖 ）。 ② 操作線計(jì)算 進(jìn)塔氣體的焓 110℃ 時干氣的熱容 0 .4 0 5 1 / ( )pC kca l km o l C??? 110℃ 時 蒸汽的焓及蒸汽壓為 34 2516 4 3 .0 / 1 .4 6 0 9 1 01 .4 0 6 9 1 8 6 4 3 .0 0 .4 0 5 1 1 1 07 .0 3 9 1 1 8 .0 71 7 2 .5 8 / 7 2 2 .5 5 /HOi k c a l k g p P aIk c a l k g k J k g? ? ?? ? ? ? ??? 排水溫度 2 ?? 出塔氣體的焓 干變換氣在 100℃ 時的熱容 0 .4 0 4 6 / ( )pC kca l km o l C??? ? 蒸汽在 100℃ 時的焓及飽和蒸汽壓分別為 56 3 9 . 3 / 1 . 0 3 3 2 1 0i k c a l k g p P a? ? ? 21 . 0 3 3 2 1 8 6 3 9 . 3 0 . 4 0 4 6 1 0 07 . 4 6 7 8 1 8 . 0 71 2 8 . 5 7 / 5 3 8 . 2 8 /I k c a l k g k J k g? ? ? ? ??? 進(jìn)水溫度 1 ?? 以 1I 、 2t 為 C 點(diǎn)，以 2I 、 1t 為 D 點(diǎn)， 連接這兩點(diǎn)的直線即為熱水塔的操作線。 利用表中數(shù)據(jù)及操作線數(shù)據(jù)分別在圖中作出熱水塔的平衡線及操作線，并作梯級得理論塔板數(shù)為 1 塊 （如圖 ）。 圖 飽和熱水塔塔板計(jì)算圖 70 80 90 100 110 120 13002004006008001000 焓，kJ/kmol溫度，℃ABDC 35 第 3章 設(shè)備一覽表 序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 /臺 材料 重量 kg 1 飽和熱水塔 Φ2200 H=23735 1 鋼 46643 填料 5050 瓷矩鞍環(huán) 其中填料 填料高：飽和塔 7m 27593 熱水塔 5m 2 氣水分離器 Φ1200 H=4235 1 鋼 1545 3 熱 交換器 Φ1100 H=8060 1 鋼 10855 F=410m2 4 中間熱交換器 Φ1000 或 Φ1200 H=8000 1 鋼 12050 蒸汽過熱段 F=80 m2 煤氣換熱段 F=150 m2 5 中溫變換爐 Φ2900 或 Φ3200 H=14820 1 鋼 重量： 90300 催化劑創(chuàng)段數(shù)： 3 其中襯里 25807 催化劑裝填量 m3 鋼環(huán)： 1342 催化劑： 27176 6 水加熱器 Φ1000 H=7735 F=229m2 1 鋼 8020 7 第一水加熱器 Φ1000 H=13340 1 鋼 14090 軟水加熱段 F=247m2 變換氣冷卻段 F=279m2 8 水封槽 Φ1200 H=3250 1 鋼 1015 9 熱水泵 揚(yáng)量： Q=100m3/h 36 揚(yáng)程： H= 附電機(jī) N= 10 熱水循環(huán)泵 揚(yáng)量： Q=揚(yáng)程： H=45m 附電機(jī) N=15kW 11 冷凝水泵 揚(yáng)量： Q=揚(yáng)程： H=41m 附電機(jī) N=4kW 12 第二水加熱器 Φ1000 H=5900 F=160m2 1 鋼 5900 13 汽水分離器 Φ500 L=1200 1 鋼 245 37 第 4章 主要符號表D — 塔徑 ， m pD — 催化劑直徑 ， m 12EE、— 正、逆反應(yīng)活化能 ， kJ/kmol g — 重力加速度， G — 氣體重量流速 ， kg/(m3?h) H — 填料高度 ， m i — 水蒸汽焓 ， kJ/kg I — 蒸汽焓 ， kJ/kg pK — 反應(yīng)平衡常數(shù) L — 催化劑 層高 ， m n — 物質(zhì)的摩爾量 ， kmol P? — 催化劑床層阻力降 ， kPa q — 平均 摩爾熱 ， kJ/(kmol?℃ ) R — 汽氣比 t — 溫度 ， ℃ t? — 溫距 ， ℃ eT — 平衡溫度 ， ℃ mT — 最適宜溫度 ， ℃ V — 體積 ， Nm3 px — 平衡轉(zhuǎn)化率 1x — 催化劑床層一段轉(zhuǎn)化率 2x — 催化劑床層二段轉(zhuǎn)化率 3x — 催化劑床層三段轉(zhuǎn)化率 ay — 半水煤氣中 CO 的體積分率 39。ay — 變換氣中 CO 的體積分率 pc — 氣體平均比熱容， kJ/(kg?℃ ) L? — 液體流量， kg/h G? — 氣體流量， kg/h L? — 液體重度， kg/m3 G? — 氣體密度， kg/m3 0? — 空塔速度， m/s； μL — 液體粘度， m?Pa?s φ— 填料因子， m1 ? — 液體校正系數(shù) 38 結(jié)束語 在本設(shè)計(jì)中，我們選擇了生產(chǎn)能力為 8 萬噸 /年的合成氨生產(chǎn)線中的 CO 中溫變換工序?yàn)閷ο?。一改以往中溫串低溫的工藝流程，大膽的采用中溫三段變換，用 30%原料氣冷激一段出來的變換氣，二段變換氣經(jīng)過換熱器換熱后再進(jìn)入三段催化劑床層的工藝流程。 經(jīng)過計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)三段出來的變換氣中的 CO%=%，沒有達(dá)到出口氣 CO%=4%的要求，可以看出單純的中溫變換已難以完成 工藝要求，故越來越多的企業(yè)選擇中串低的流程。 另外，我們也繪制出了本設(shè)計(jì)思路的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，對系統(tǒng)物料和熱量進(jìn)行了衡算，并且對主要設(shè)備及觸媒裝填量也進(jìn)行了詳細(xì)的核算。 經(jīng)過這段時間的學(xué)習(xí)，使我們對化工工藝計(jì)算由了初步了解和深刻體會，也鍛煉了我們查閱文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的能力，為我們接下來的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。