合成氨變換工段工藝初步計算設(shè)計-在線瀏覽
2024-09-20 13:16本頁面
【正文】 e—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)的進行。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟性具有重要的意義，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，%以下，再進入甲烷化工段。低變爐選用C6型催化劑。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。進中變爐干氣壓力=.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) n(水)=因此進中變爐的變換氣濕組分:組 分CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量％100M3(標)474koml中變爐CO的實際變換率的求?。杭俣褶D(zhuǎn)化氣為100mol，％，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：％=100=74％式中Ya、分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率（濕基）則反應(yīng)掉的CO的量為：74％=則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O％=％％+％=23％CO％=％ ％=％H2％ =％+％％=％CO2％=％+％=％中變爐出口的平衡常數(shù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）=12查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知K=12時溫度為397℃。假設(shè)CO在一段催化床層的實際變換率為60％。為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準焓（或稱生成焓）計算。△H=（∑niHi）始－（∑niHi）末 式中△H ——過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時為放熱，為負數(shù)時系統(tǒng)為吸熱，kcal；（）。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）查表可得：物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105Cpm=∑Yi*Cp= KJ/（kmol.℃）所以氣體吸熱Q3=**(415330)=假設(shè)熱損失Q4根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4Q4= kJ5．中變爐催化劑平衡曲線根據(jù)H2O/CO=，與公式XP=100％V=KPABCDq=U=KP（A+B）+（C+D），W=KP1其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度t300 320 340 360 380400T573593613633653673Xpt 420 440 460T693713733Xp中變爐催化劑平衡曲線如下：由于中變爐選用C6型催化劑，最適宜溫度曲線由式 進行計算。最適宜溫度計算列于下表中：XpT526t253XpT671t398XpTt將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：7．操作線計算 有中變催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 335℃ 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：8．中間冷淋過程的物料和熱量衡算：此過程采用水來對變換氣進行降溫。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容：物質(zhì)abcdCH4計算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4Cp Cpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**（365353）=熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計算：進低變爐的濕組分:組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml進低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)koml2．低變爐的物料衡算：要將CO％％（濕基）以下，則CO的實際變換率為： ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標)= koml出低溫變換爐CO的量：= M3(標)=出低溫變換爐H2的量： += M3(標)= koml出低溫變換爐H2O的量：= M3(標)=出低溫變換爐CO2的量: += M3(標)=出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml出低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)koml對出低變爐的變換氣溫度進行估算：根據(jù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計算得K=查《小合成氨廠工藝與設(shè)計手冊》知當K==223℃設(shè)平均溫距為20℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22320=203℃3．低變爐的熱量衡算：以知條件：進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，T=476K計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣，平均溫度為：476K,計算結(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/kgQ1=*= kJ/kg氣體吸熱Q2：氣體吸熱時的平均溫度：（181+203）/2=℃，T=根據(jù)《物理化學》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。查《小合成
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