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五萬(wàn)噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計(jì)-閱讀頁(yè)

2025-05-27 19:22本頁(yè)面
  

【正文】 : (17501600)/()=(18001750)/() h= kJ/kg Q1= X( ) 變換氣吸熱 Q2 根據(jù)表 和表 的計(jì)算方法得: 物質(zhì) CO CO2 H2 H 2O N2 CH4 14 Cp 31 所以 Cpm= ∑ Yi*Cp = kJ/( kmol.℃) Q2=**(415353) 取熱損失為 Q2 根據(jù)熱量平衡: Q2= X() X=== M3(標(biāo) ) 所 以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分: 水的量為: += M (標(biāo) ) 組 分 含 量% M3(標(biāo) ) koml CO2 CO H2 N2 1113. 9 CH4 H 2O 合計(jì) 100 7105. 61 2 3 9.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) 所以在二段 CO 的變化量 *= M3(標(biāo) ) 在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的 CO 的量為: ( ) =(標(biāo) )= 出中變爐二段催化床層的 CO 的量為: = M3(標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO2 的量為: += (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2 的量為: += (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2O 的量為: = (標(biāo) ) 所以出中變爐的濕組分: 組 分 含 量% M3(標(biāo) ) CO2 CO H2 N2 1113. CH4 H 2O 合計(jì) 100 7105. 15 9 koml 6 2 對(duì)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(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=409℃ 設(shè)平均溫距為 48℃,則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為: 409℃ 44℃ =365℃ 二段催化床層的熱量衡算: 以知條件:進(jìn)變爐二段催化床層的變換氣溫度為: 353℃ 出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(jì)算變換氣中各組分的生成焓,原理與計(jì)算一段床層一樣,平均溫度為: 632K, 計(jì)算結(jié)果如下: H2 組分 Ht ( kcal/kmol) Ht( kJ/kmol) 放熱: H2O ( 1) = kJ/kg CO CO2 CO +H2O=CO2+H2 △ H1=(∑ Hi)始-(∑ Hi)末 Q1=*= kJ/kg 氣體吸熱 Q2: 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ,可用公式: Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱 容。 熱容的單位為 kJ/( kmol.℃) 表 物質(zhì) a b/103 c/105 CO H2 H2O CO2 N2 30 CH4 可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3 來(lái)計(jì)算熱容: 19 表 物質(zhì) CH4 計(jì)算結(jié)果: 組分 Cp CO H2 CO2 H 2O N2 CH4 a b c d Cpm=∑ Yi*Cp=( kmol.℃) Q2=**( 203181) = 熱損失 Q3=Q1Q2== kJ 4.低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù)公式 XP= V=KPABCD q= U 2 ? 4WV U=KP( A+B) +( C+D) W=KP1 U ?q 100% 2 AW 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 CO CO2 及 H2 的起始濃度 t T Xp t T Xp 160 433 280 553 180 453 200 473 220 493 240 513 260 533 低變爐催化劑平衡曲線如下: 1 轉(zhuǎn)化率 Xp 0 160 180 200 220 240 溫度 (℃) 260 280 低變爐平衡曲線 20 由于低變爐選用 B302 型催化劑。 : ( 1) 入熱: 水的帶入熱 Q1 水在 20℃時(shí) Cp= kJ/( kmol.℃) Q1=X*( 20+273) * = 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱 Q2: 轉(zhuǎn)化氣在 925℃時(shí) T=1193K 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ,可用公式: Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱容。 熱容的單位為 kJ/( kmol.℃) 表 物質(zhì) a b/103 c/105 計(jì)算結(jié)果: 組分 Cp CO H2 CO2 H 2O N2 CH4 CO H2 H2O CO2 N2 30 Cpm=∑ Yi*Cp=( kmol.℃) Q3=**( 330+273) = 水的帶出熱 Q4: 水在 335℃, T=603K 時(shí)的熱容為: Cp= kJ/( kmol.℃) Q4=X**( 330+273) = 熱損失 Q5: Q5=*(Q1+ Q2) 熱量平衡: 24 *(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 ( +) =+ X= 3. 水 蒸 汽 的 加 入 : 要使 H2O/CO= 還 要 加 入 的 水 量 為 : ( )247。 溫度: 變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度: 365℃ 變換氣出設(shè)備的溫度: 250℃ 水進(jìn)設(shè)備的溫度: 水出設(shè)備的溫度: : ( 1) 入熱: 變換氣帶入熱 :Q1 變換氣在 365℃時(shí)根據(jù) 《物理化學(xué)》 CO, H2, H2O, CO2, N2 , 知 可用公式: Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱容。 熱容的單位為 kJ/( kmol.℃) 表 物質(zhì) a b/103 c/105 CO H2 H2O CO2 2 N2 30 CH4 可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3 來(lái)計(jì)算熱容: 表 物質(zhì) CH4 計(jì)算結(jié)果: 組分 Cp CO H2 CO2 H 2O N2 CH4 a b c d Cpm=∑ Yi*Cp=( kmol.℃) Q3=*523*= 水的帶出熱 Q4: 水在 90℃時(shí) Cp= kJ/( kmol.℃) Q4=X**(90+273)=*X 熱損失 Q5:取 根據(jù)熱量平衡: *( Q1+Q2) =Q3+Q4 X= 27 第五節(jié) : 入設(shè)備的變換氣溫度: 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度: 181℃ 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計(jì)算 進(jìn)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(shí) T=454K 時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ,可用公 式: Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱容。 催化劑床層直徑計(jì)算 設(shè)計(jì)要求催化劑層總阻力<690Kpa(即 700mmH2O) , 催化劑層阻力降采用式( 4616)試算 Δ P= 10 ?6 3. fG 1 ? E 3 L E p 29 B302 為非球形催化劑,粒度為 5 177。共排 13 層( 553 根) 每個(gè)弓形內(nèi)布 23 孔,扣除拉桿 6 孔得: n=553+6 236=685 根 傳熱系數(shù)計(jì)算 管內(nèi)給熱系數(shù)計(jì)算: 31 管內(nèi)給熱系數(shù)按下式計(jì)算:α內(nèi) = 430 + 280 = 355 ℃ 管內(nèi)氣體平均溫度 2 Cm=(㎏ .K) λ d 按溫度 355℃及壓力 壓力確定物性參數(shù)為: μ m= λ m=() 所以: Re= Pr= μ 4 = 10 ? 2 685 2 10 ?2 = α內(nèi) = =(.℃ )= =( ) 管間給熱系數(shù)計(jì)算: 管間裝方形擋板 r=,方形板開口高度取直徑的 40%,即 h′=, 板間距取 ,此時(shí)流體橫過(guò)管束的流道截面積: 25 ? S1=Hd(1d0/t)= ?1 ? ? = ? 30 ? 擋板開口方向截面積: Sa= π /180r2COS1( = π /180 ( ? ) ( ) r ? h39。 操 作 壓 力 ≤ 1 U 型換熱器, 列管: φ 25 2 1 1 工作壓力: 工作溫度: 180℃ 材質(zhì): 16MnR 操作溫度≤ 260℃ 操 作 壓 力 ≤ 型號(hào): DG2550 10 中 溫 D203 變 換 爐 中 換 器 淬 器 低 變 爐 變 C202 熱 冷 F202 溫 D205 換 2 3 4 5 中 變 C201 廢 熱 鍋 爐 1 35
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