【正文】 Rlgk = 故 k = 按90%進(jìn)行計算，取k = = KP = 則 w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = == x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中 == （）=解之得 = h1第二層平均溫度Tm = =176。nCO ==106 kJ／h損失的熱量 Q損 =106=106 kJ／h（4）低變爐平衡溫距及空速的計算KPCO===查[2]得 對應(yīng)的平衡溫度t平 =℃低變爐平衡溫距 △t==℃低變爐干空速的計算（以1atm、60℉為計算基準(zhǔn)）干空速 SV == h1 換熱器103C及換熱器104C的熱負(fù)荷計算 換熱器103C熱負(fù)荷設(shè)計數(shù)據(jù)依據(jù)入口溫度：432℃出口溫度：336℃（1）103C換熱器進(jìn)口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（432℃）已由前計算H432℃= 106 kJ／h（2）103C換熱器出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（336℃）如下表組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106103C換熱器承載的熱負(fù)荷為Q3 = H出 H入 =106 （106）=106 kJ／h 換熱器104C熱負(fù)荷設(shè)計數(shù)據(jù)依據(jù)：入口溫度：336℃出口溫度：241℃104C換熱器進(jìn)口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（336℃）已由前面計算得H336℃= 106 kJ／h104C換熱器出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（241℃）已由前面計算得H241℃= 106 kJ／h104C換熱器承載的熱負(fù)荷為：Q4 =H出H入 =106 （106 ）=106 kJ／h 設(shè)備工藝計算本設(shè)計的設(shè)備計算部分主要是高變爐催化劑用量的計算，計算如下：根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)方程r =k(ab)根據(jù)前面物料衡算結(jié)果可知，變換爐氣體組成如下表：組分H2COCO2N2ArCH4合計含量 %100計算依據(jù)：入口壓力：30kg/cm2入口溫度：371℃蒸氣∶干氣 = ∶1出口CO含量：%高變爐中CO分子變換量約為（以100分子干氣進(jìn)如變換爐為標(biāo)準(zhǔn)）入口： =出口： =高變爐CO分子變換量取平均值為=反應(yīng)器溫升△t=（432371）=℉高變爐入口溫度：700℉高變爐出口溫度：℉由于絕熱溫升較高（100℉），可將爐內(nèi)設(shè)計為兩層催化計算?！鱰CPH2O(0～30℃) ℃Q空氣帶入熱=Q干氣帶入熱+Q水蒸氣帶入熱= CPi（0～105℃) ℃= kJ／kmol℃CPi(0～252℃)kcal／kmola、 轉(zhuǎn)化管熱負(fù)荷計算轉(zhuǎn)化管入口統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（510℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCH4106C2H610764106C3H8106C4H10106C5H128．9600106N2106H2106Ar0．2000106干氣106H2O106合計106轉(zhuǎn)化管出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（822℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106故一段爐轉(zhuǎn)化管的熱負(fù)荷Q1為：△H= H2 H1 = 106 （106）=106 kJ／hQ1 =△H=106 kJ／h一段爐上升管氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（850℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106故上升管的熱負(fù)荷Q2為：Q2= H3 H2 =106 kJ／h輻射段總熱負(fù)荷Q為：Q= Q2 + Q1 =106 +106 =106 kJ／hb、 一段轉(zhuǎn)化爐輻射段混合燃料計算和熱量衡算計算數(shù)據(jù)依據(jù)：（1） 混合燃料氣進(jìn)入輻射段溫度為：510℃；（2） 根據(jù)[3] 燃料氣組成為：天然氣 60%，弛放氣 40%（體）。列元素平衡式C平衡 =nCO + nCO2 + （1）H2 平衡+2+563+4+5+6+= nH2 +2+(′H2O )化簡為 = nH2+ n′H2O （2）O2平衡 =(′H2O )+nCO +nCO2化簡為 2nCO2+nCO n′H2O =0 （3）出口總干氣量：V=nCO2+nCO+nH2+nN2+nAr+nCH4 =nCO2+nCO+nH2 +++化簡為 V=nCO2+nCO+nH2 ++ （4）一段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行的主要反應(yīng)為：CH4+H2O(g) CO+3H2CO+H2O(g) CO2+H2查[2]知，在t=822℃時，kpco=（4）（1）得 nH2= （6）（6）（2）得 n′H2O= （7）故化簡nH2O=（）得nH2O= （8）（3）（1）得 nCO2= n′H2O+將（7）代入上式，可化簡為nCO2= （9）由（1）2（3）可得 nCO=′H2O （10）將（7）代入（10）得 nCO=+3866化簡為 nCO= （11）出口轉(zhuǎn)化氣中水蒸氣量nH2O= n′H2O=+可化簡為 nH2O= （12）將 （6）（8）（9）（10）帶入 （5）得=解之得 V= kmol/h nH2= kmol/hnCO= kmol/h nCO2= kmol/hnCH4= kmol/h nH2O= kmol/h故一段轉(zhuǎn)化爐出口總濕氣量為：∑n濕氣= V1 + nH2O =+= kmol/h出一段轉(zhuǎn)化爐的物料組成如下表：組 分kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計B. 一段轉(zhuǎn)化爐平衡溫距的計算根據(jù)[7],設(shè)計壓力為740mmHg柱（表壓）P=+／=kpCH4== ==查[2]，對應(yīng)的平衡溫度t=℃平衡溫距 △t==℃C. 一段轉(zhuǎn)化爐理論氫空速的計算以1atm、60℉（℃）為計算基準(zhǔn)設(shè)計轉(zhuǎn)化爐內(nèi)觸媒裝填量V′ SVH2=代值有SVH2 ==該流程設(shè)計理論氫空速參考值為7800 h1 。 （5）區(qū)位優(yōu)勢 基地位于陜、甘、寧、蒙毗鄰地區(qū)，西與自治區(qū)首府銀川市隔黃河相望，東與開發(fā)中的陜北能源重化工基地毗鄰，易形成產(chǎn)業(yè)互補，資源共享，其生產(chǎn)、生活條件俱佳。該化工基地有著得天獨厚的優(yōu)勢：（1）天然氣資源優(yōu)勢 該基地臨近陜甘寧天然氣田，此氣田是我國迄今探明的世界級特大型整裝氣田，探明控制儲量達(dá)7000多億立方米，一期輸氣管線已建成，二期管線正在規(guī)劃建設(shè)中。氣體通過高變廢熱鍋爐，冷卻到336℃左右。經(jīng)二段轉(zhuǎn)化后的合成氣送入第一換熱器（101C），接著又送入第二換熱器（102C），使合成氣溫度由1003℃降到360℃左右，利用這些能量制取高壓蒸汽。CO變換工序采用了高變串低變的工藝流程路線，%左右。天然氣工藝技術(shù)目前最可靠，天然氣合成氨工藝成熟、生產(chǎn)可靠、連續(xù)。加大天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重，既有利于促進(jìn)節(jié)能減排，又能夠維持經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展。無論是在傳統(tǒng)的天然氣產(chǎn)區(qū)，還是在新的天然氣勘探開發(fā)區(qū)，近幾年，我國天然氣工業(yè)的發(fā)展都呈現(xiàn)出前所未有的良好態(tài)勢。其次，我國天然氣工業(yè)高速發(fā)展方興未艾。地質(zhì)資源總量約38～39萬億立方米，列世界第十位，其中陸上30萬億立方米，海上9萬億立方米。因此，CO變換既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程。變換工序是指CO與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。轉(zhuǎn)換工序是指天燃?xì)庵械臍鈶B(tài)烴類轉(zhuǎn)換成HCO和CO2，并達(dá)到要求，合成氨廠的轉(zhuǎn)化工序分為兩段進(jìn)行。甲烷化反應(yīng)如下：CO+3H2CH4+H2O ΔH=； CO2+4H2CH4+2H2O ΔH=； (3)氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨?！　∧壳霸诠I(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。　?、?脫硫脫碳過程　　各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。(1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。從而掌握了世界上幾乎所有先進(jìn)的工藝和先進(jìn)技術(shù)如低能耗的凱洛格工藝、布朗工藝等，通過對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和改造創(chuàng)新，不但使合成氨的技術(shù)水平跟上了世界前進(jìn)的步伐，而且促進(jìn)了國內(nèi)中小型氨廠的技術(shù)發(fā)展。由于大型合成氨裝置的優(yōu)越性，1972年2月中國作出了成套引進(jìn)化學(xué)肥料技術(shù)和設(shè)備的決定。到60年代中期中氮已投產(chǎn)了15家。中華人民共和國成立以來，化工部門貫徹為農(nóng)業(yè)服務(wù)的方針，把發(fā)展化肥生產(chǎn)放在首位。若能用仿真技術(shù)進(jìn)行操作人員的模擬培訓(xùn)只需在一臺高性能的計算機上配合相應(yīng)的軟件以代替實際生產(chǎn)裝置的控制、運作設(shè)備，這樣就可以在較短的時間內(nèi)學(xué)習(xí)開停車、正常操作和事故狀態(tài)操作。與此同時，報警、連鎖系統(tǒng)，程序控制系統(tǒng)，采用了微機技術(shù)的可編程序邏輯控制器（PLC）代替過去的繼電器，采用由用戶編寫的程序，實現(xiàn)自動或手動的“開”或“?！焙蛷?fù)雜程序不同的各種邏輯控制，計時、計數(shù)、模擬控制等。DCS是現(xiàn)代計算機技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和熒光顯示技術(shù)（CRT）相結(jié)合的產(chǎn)物。自從出現(xiàn)單系列裝置的大型氨廠，除泵類有備用外，其它設(shè)備和機器都是一臺。由于噸氨生產(chǎn)成本中能源費用占70%以上，因此能耗是衡量合成氨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的重要標(biāo)志。現(xiàn)在世界上規(guī)模最大的合成