【正文】 ?? 式中 Tm、 Te— 分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。增加水蒸汽用量，提高了 CO 的平衡變換率，從而有利于降低 CO殘余含量，加速變換反應(yīng)的進(jìn)行。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加； CO 停留時間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時適宜的水蒸氣比例一般為： H2O/CO=3～ 5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中 H2O/CO 可達(dá) 15 以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。本設(shè)計參考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產(chǎn)工藝，選用中串低工藝。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到 180℃左右，進(jìn)入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進(jìn)入甲烷化工段。低變爐選用 C6 型催化劑，計算得低變催化劑實際用量 。 對本設(shè)計評述 天然氣變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關(guān)鍵的一步，因為能否正常生產(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。 在本設(shè)計中，根據(jù)已知的天然氣組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。設(shè)計中一共有中溫廢熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調(diào)溫水換熱器，低變爐幾個主要設(shè)備。由于時間有限，設(shè)計可能不完善，請各位老師指出。 進(jìn)中變爐干氣壓力 中P =. 2．水汽比的確定 ： 考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取 H2O/CO= 故 V（水） =(標(biāo) ) n(水 )= 因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 中變爐 CO的實際變換率的求取： 假定濕轉(zhuǎn)化氣為 100mol，其中 CO基含量為 ％，要求變換氣中 CO含量為 2％，故根據(jù)變換反應(yīng)： CO+H2O＝ H2+CO2， 則 CO的實際變換率為： X ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=74％ 式中 Ya、 39。 中變的平均溫距為 397℃ 365℃ =32℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 因為進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 假使 O2與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO的量為： 60％ =(標(biāo) )= 出 一段催化床層的 CO的量為： = M3(標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2的量為 : + = M3(標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后 剩余的 CO2的量為： 474+= M3(標(biāo) )= 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 剩余的 H2O的量為： +2 =(標(biāo) )= 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量（％）： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng) K= 時 t=445℃ 設(shè) 平均溫距為 30℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445℃ 30℃ =415℃ 4． 中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐溫度： 335℃ 出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 415℃ 反應(yīng)放熱 Q：在變化氣中含有 CO， H2O， O2， H2 這 4 種物質(zhì)會發(fā)生以下 2種反應(yīng)： CO +H2O=CO2+H2 （ 11） O2 + 2H2= 2 H2O （ 12） 這 2 個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。以 P=1atm， t=25℃為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計算式為： HT=△ H0298=Cpdt 式中 HT —— 氣體在 ?T298在 TK 的 統(tǒng) 一 基 準(zhǔn) 焓 ，kcal/kmol()； △ H0298 —— 該 氣 體 在 25℃ 下 的 標(biāo) 準(zhǔn) 生 成 熱 ，kcal/kmol()； T—— 絕對溫度， K； Cp —— 氣體的等壓比熱容， kcal/（ kmol.℃ ） [（ kmol.℃ ） ] 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗式： Cp=A0+A1T+A 2T 2+A3T 3+?? 式中 A0、 A A A3?? 氣體的特性常數(shù) 將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計算通式： Ht=a0+a1T+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 式中常數(shù) a0、 a a a a4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4 a0=△H 0298－ － a2－ a3－ a4 采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出 該過程的總熱效果。 ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)， kmol； Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下； I — 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol，（ ） 現(xiàn)將有關(guān)氣體的計算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表 分子式 a0 a1 a2 a3 a4 O2 10 3 10 – 3 10 – 7 10 – 10 H2 10 3 10－ 4 10－ 7 10－ 11 H2O 104 10－ 3 10－ 7 10－ 11 N2 103 10－ 4 10－ 7 10－ 11 CO 104 10－ 4 10－ 9 10－ 11 CO2 10－ 3 10－ 6 計算 O2的基準(zhǔn)焓： 根據(jù)基準(zhǔn)焓的計算通式： Ht=a0+a1T+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 在 415℃時 T=415+273=683K 查表可得變換氣的各個組分的基準(zhǔn)焓列于下表： 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= (∑ Hi)始 （ ∑ Hi） 末 =+++ =Q1= （ ） = O2 + 2H2= 2 H2O （ 2） Q2=△ H2=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 = 氣體共放熱： Q=Q1+Q2=+= 氣體吸熱 Q3： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計算熱容。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊 》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為E1=10000 千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 以知條件： 變換氣的流量： 設(shè)冷淋水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷淋水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 1750kp 熱量計算： 冷淋水吸熱 Q1：據(jù)冷淋水的進(jìn)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 T/k P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷淋 水 要升溫到 353℃，所以設(shè)在 353℃ , 615K,1750kp 時的焓值為 h 對溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時 (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時 (626600)/()=(700626)/() h= k