15萬噸合成氨一氧化碳變換工段設(shè)計61232

1、目錄1. 前言4工藝原理42. 工藝條件5工藝流程的確定63. 主要設(shè)備的選擇說明6對本設(shè)計的綜述6第一章變換工段物料及熱量衡算8第一節(jié)中變物料及熱量衡算81確定轉(zhuǎn)化氣組成8水汽比的確定82. 中變爐一段催化床層的物料彳衡算9中變爐一段催化床層的熱量彳衡算113. 中變爐催化劑平衡曲線136最佳溫度曲線的計算144. 操作線計算15中間冷淋過程的物料和熱量計算165. 中變爐二段催化床層的物料衡算17中變爐二段催化床層的熱量衡算18第二節(jié)低變爐的物料與熱量計算19第三節(jié)廢熱鍋爐的熱量和物料計算24第四節(jié)主換熱器的物料與熱量的計算26第五節(jié)調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計算28第二章設(shè)備的計算291低

2、溫變換爐計算29312.中變廢熱鍋爐3535參考文獻及致謝、八、，前言氨是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于化學肥料的生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。合成氨的生產(chǎn)主要分為：原料氣的制??；原料氣的凈化與合成。粗原料氣中常含有大量的C,因為co是合成氨催化劑的毒物，所以必須進行凈化處理，通常，先經(jīng)過co變換反應，使其轉(zhuǎn)化為易于清除的CO和氨合成所需要的H2。因此，CO變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。最后，少量的CO用液氨洗滌法，或是低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除。變換工段是指CO與水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的過程。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。

3、目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從80年代中期發(fā)展起來的。所謂中變串低變流程，就是在B107等Fe-Cr系催化劑之后串入Co-Mo系寬溫變換催化劑。在中變串低變流程中，因為寬變催化劑的串入，操作條件發(fā)生了較大的變化。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中的CO含量也大幅度降低。因為中變后串了寬變催化劑，使操作系統(tǒng)的操作彈性大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。工藝原理：一氧化碳變換反應式為：CO+H2O=CO2+H2+Q（1-1）CO+H2=C+H2O（1-2）其中反應（1）是主反應，反應（2）是副反應，為了控制反應向生成目的產(chǎn)物的方向進行，工業(yè)上采

4、用對式反應（11）具有良好選擇性催化劑，進而抑制其它副反應的發(fā)生。一氧化碳與水蒸氣的反應是一個可逆的放熱反應，反應熱是溫度的函數(shù)。變換過程中還包括下列反應式：H2+O2=H2O+Q-+工藝條件平衡而言，加壓并無好處。但從動力學角度，加壓可提高反應速率。從能量消耗上看，加壓也是有利。因為干原料氣摩爾數(shù)小于干變換氣的摩爾數(shù),所以，1.壓力：壓力對變換反應的平衡幾乎沒有影響。但是提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應易于進行。單就先壓縮原料氣后再進行變換的能耗，比常壓變換再進行壓縮的能耗底。具體操作壓力的數(shù)值，應根據(jù)中小型氨廠的特點，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機投各段壓力的合理配置而定。一般小型氨廠操作

5、壓力為0.7-1.2MPa,中型氨廠為1.21.8Mpa。本設(shè)計的原料氣由小型合成氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化而來，故壓力可取1.7MPa.1.溫度：變化反應是可逆放熱反應。從反應動力學的角度來看，溫度升高，反應速率常數(shù)增大對反應速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即CO平衡含量增大，反應推動力變小，對反應速率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。因而存在著最佳反應溫對一定催化劑及氣相組成，從動力學角度推導的計算式為Tm1Tm1TeRTeE2卡InE!式中TmTe分別為最佳反應溫度及平衡溫度，最佳反應溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。水蒸汽比例一般指HO/C0比值或水蒸汽/干原料氣.改變水蒸汽比例是

6、工業(yè)變換反應中最主要的調(diào)節(jié)手段。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，加速變換反應的進行。因為過量水蒸汽的存在，保證催化劑中活性組分FqQ的穩(wěn)定而不被還原，并使析炭及生成甲烷等副反應不易發(fā)生。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。工藝流程確定目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中

7、低低4種工藝。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。轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化爐進入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中變換氣從920C降到330C，在廢熱鍋爐出口加入水蒸汽使汽氣比達到3到5之間，以后再進入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到3沖下。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到180C左右，進入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到0.3%以下，再進入甲烷化工段。主要設(shè)備的選擇說明中低變串聯(lián)流程中，主要設(shè)備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。低變爐選用C6型催化劑，計算得低變催化劑實際用量10.59m3。以上設(shè)備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換氣中所要求的CO

8、濃度。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。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。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。首先對中，低變進行了物料和熱量衡算，在計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計的宗旨。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。因為天然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻資料較多，在本設(shè)計中，主要參考了小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊和合成氨工藝學這兩本書。

9、因為時間有限，設(shè)計可能不完善，請各位老師指出。謝謝！第一章變換工段物料及熱量衡算第一節(jié)中溫變換物料衡算及熱量衡算1確定轉(zhuǎn)化氣組成：已知條件中變爐進口氣體組成組分CO2COH2N2CH4O2合計%9.611.4255.7122.560.380.33100計算基準：1噸氨計算生產(chǎn)1噸氨需要的變化氣量：（1000/17）X22.4/（2X22.56）=2920.31M3（標）因為在生產(chǎn)過程中物量可能會有消耗，因此變化氣量取2962.5M3（標）年產(chǎn)5萬噸合成氨生產(chǎn)能力：日生產(chǎn)量：150000/330=454.55/d=18.93T/h要求出中變爐的變換氣干組分中CO%小于2%進中變爐的變換氣干組分：

10、組分CO2COH2N2O2CH4合計含量，%9.611.4255.7122.560.330.38100M3（標）474563.862750.681113.916.2918.7634937.5假設(shè)入中變爐氣體溫度為335攝氏度，取出爐與入爐的溫差為30攝氏度，則出爐溫度為365攝氏度。進中變爐干氣壓力P中=1.75Mpa.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=3.5故V（水）=1973.52m3（標）n（水）=88.1kmol因此進中變爐的變換氣濕組分：組分CQCON2O2CHHO合計含量6.868.1639.816.120.240.2728.56100M（標）4

11、74563.862750.681113.916.2918.7631973.526911.02koml21.1625.172122.79849.730.7270.83888.1308.53中變爐CO的實際變換率的求?。杭俣褶D(zhuǎn)化氣為100mol，其中CO基含量為8.16%，要求變換氣中CO含量為2%,故根據(jù)變換反應：CO+H=H+CO,則CO的實際變換率為：Y-Y*X%=aaX100=74%Ya（1+YaJ式中Ya、Ya分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率（濕基）則反應掉的CO的量為：8.16X74%=6.04則反應后的各組分的量分別為：F2O%=28.56%-6.04%+0.48%=23%CC%

12、=8.16%-6.04%=2.12%=39.8%+6.04%-0.48%=45.36%CO%=6.86%+6.04%=12.9%中變爐出口的平衡常數(shù)：K=（H%XCO%）/（HO%XCC%）=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397C中變的平均溫距為397E-365C=32E中變的平均溫距合理，故取的HO/CO可用。3.中變爐一段催化床層的物料衡算假設(shè)CO在一段催化床層的實際變換率為60%。因為進中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組分COCOHN2O2CHHO合計含量，%6.868.1639.816.120.240.2728.56100M（標）474563.862750.6

13、81113.916.2918.7631973.526911.02koml21.1625.172122.79849.730.7270.83888.1308.53假使Q與完全反應，Q完全反應掉故在一段催化床層反應掉的CO的量為:360%X563.86=338.318M（標）=15.1koml出一段催化床層的CO的量為:563.86-338.318=225.545M3（標）=10.069koml故在一段催化床層反應后剩余的H的量為：2750.68+338.318-2X16.29=3056.41M3（標）=136.447koml故在一段催化床層反應后剩余的CO的量為：474+338.318=812.3

14、18Mf（標）=36.26koml出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組分CQCOHN2CH合計含量15.5443.158.4721.130.35100M（標）812.318225.5453056.411113.918.765226.94koml36.2610.069136.44749.730.838233.35剩余的H0的量為：1973.52-338.318+2X16.29=1667.79M3（標）=74.45koml所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組分COCOH2CHHO合計含量11.783.2744.3316.160.2724.19100M（標）812.318225.545305

15、6.411113.918.761667.796894.73koml36.2610.069136.44749.730.83874.45307.8對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進行計算：已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）:組分CQCOH2N2CHHO合計含量11.783.2744.3316.160.2724.19100M（標）812.318225.5453056.411113.918.761667.796894.73koml36.2610.069136.44749.730.83874.45307.8對出變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算：根據(jù)：K=（H2%xCO%）/（HO%

16、XCO）計算得K=6.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊知當K=6.6時t=445C設(shè)平均溫距為30C，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：445C-30C=415C4中變爐一段催化床層的熱量衡算以知條件：進中變爐溫度：335C出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415C反應放熱Q:在變化氣中含有COHO,O2,H這4種物質(zhì)會發(fā)生以下2種反應:CO+2O=C2+H(1-1)Q+2H=2HO(1-2)這2個反應都是放熱反應。為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準焓(或稱生成焓)計算。以P=1atmt=25C為基準的氣體的統(tǒng)一基準焓計算式為：H0298=CpdtT式中HT氣體在298在TK的統(tǒng)一基準焓，kcal/

17、kmol(4.1868kJ/kmol)；*298該氣體在25C下的標準生成熱，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；T絕對溫度，K;Cp氣體的等壓比熱容，kcal/(kmol.C)4.1868kJ/(kmol.C)氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗式：2 3Cp=A+AXT+AXT+AXT+式中民、A、A、A氣體的特性常數(shù)將式代入式積分可得統(tǒng)一基準焓的計算通式：234Ht=ao+aXT+aXT+a3XT+a4XT式中常數(shù)a。、a、a?、a3、a4與氣體特性常數(shù)及標準生成熱的關(guān)系為：a=A,a2=A/2,a3=A/4,a4=A/4ac=H0298-298.16ai-298.162X

18、a2-298.163Xa3-298.164Xa4采用氣體的統(tǒng)一基準焓進行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應如何進行，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。H=(刀niXHi)始一(刀niXHi)末式中H過程熱效應，其值為正數(shù)時為放熱，為負數(shù)時系統(tǒng)為吸熱，kcal;(4.1868kJ);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)一基準焓，kcal/kmol，(4.1868kJ/kmol)現(xiàn)將有關(guān)氣體的計算常數(shù)列于下表中氣體統(tǒng)一基準焓(通式)常數(shù)表分子式aoaia2a3a4O21.90318X1035.802982.15675X10-

19、3-7.40499X10-71.08808X10-10H2-2.11244X1037.20974-5.5584X1044.8459X107-8.18957X1011H2O-6.0036X1047.110921.2932X1031.28506X107-5.78039X1011N23-1.97673X106.4590345.18164X102.03296X10711-7.65632X10CO-2.83637X1046.266278.98694X1045.04519X109-4.14272X1011CO2-96377.888676.39635.05X10-1.135X1060.00計算Q的基準焓：根

20、據(jù)基準焓的計算通式：Ht=ao+aixT+a2XT2+a3XT3+a4XT4在415C時T=415+273=683K查表可得變換氣的各個組分的基準焓列于下表：組分O2H2H2OCOCO2Ht(kcal/kmol)6699.7422724.221-54502.665-23634.754-89956.67833Ht(kJ/kmol)28050.41211405.77-228191.759-98953.987-376630.6208放熱：CO+2O=C2+H(1)H1=(刀Hi)始-(刀Hi)末=-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759=-38079.10

21、484kJ/komlQ仁15.1X(-38079.10484)=-575121.414kJQ+2H=2HO(2)Q2=AH2=(EnixHi)始(刀nixHi)末=-368924.3632kJ氣體共放熱：Q=Q1+Q2=575121.414+368924.3632=944045.7772kJ氣體吸熱Q3根據(jù)物理化學知CO,H2,HQC02,N2,可用公式：Cp=a+b+C2來計算熱容熱容的單位為kJ/(kmol.C)查表可得：物質(zhì)COH2HOCON2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.5

22、3CpmYi*Cp=34.06KJ/(kmol.C)所以氣體吸熱Q3=34.06*307.8*(415-330)=891111.78kJ假設(shè)熱損失Q4根據(jù)熱量平衡的：Q=Q3+Q4Q4=52934.965kJ5中變爐催化劑平衡曲線根據(jù)HO/CO=3.5,與公式Xp=UqX100%2AWV=KPAB-CDq=、U2_4WV中變爐催化劑平衡曲線如下:X率化轉(zhuǎn)X率化轉(zhuǎn)溫度C)中變爐平衡曲線6.最佳溫度曲線的計算因為中變爐選用C6型催化劑,最適宜溫度曲線由式最適宜溫度曲線由式TeRTeInE2E進行計算查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊C6型催化劑的正負反應活化能分別為E1=10000千卡/公斤分子，E2

23、=19000千卡/公斤分子。最適宜溫度計算列于下表中：Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058T526P546.8564.2:581.5P598.8624.5t253273.8291.2308.5325.8351.5Xp0.670.640.610.580.550.52T638.2P649.4660.7:671P681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6Xp0.490.45T702.6716.6t429.6443.6將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖:女率化轉(zhuǎn)4*7一最適宜溫度線溫度（C）7操作線計算有中變催化劑變換率及

24、熱平衡計算結(jié)果知:中變爐人口氣體溫度335C中變爐出口氣體溫度415C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的操作線如下:70X率化轉(zhuǎn)/605040302010330415操作線溫度C)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。以知條件：變換氣的流量：307.8koml設(shè)冷淋水的流量：Xkg變換氣的溫度：415C冷淋水的進口溫度：20C進二段催化床層的溫度：353C操作壓力：1750kp熱量計算：冷淋水吸熱Q1：據(jù)冷淋水的進口溫度20C查化工熱力學可知h1=83.96kJ/kg根據(jù)化工熱力學可知冷淋水要升溫到353C，所以設(shè)在353C,

25、615K,1750kp時的焓值為hT/kP/kPaH/(kJ/kg)60016003693.260018003691.770016003919.770018003918.5對溫度進行內(nèi)查法：1600kpa時(626-600)/(h-3693.2)=(700-626)/(3919.7-h)h=3752.09kJ/kg1800kpa時(626-600)/(h-3691.7)=(700-626)/(3918.5-h)h=3750.668kJ/kg對壓力用內(nèi)差法得353E,615K,1750Kp時的焓值h為:(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h

26、)h=3751.0235kJ/kgQ1=X（3813.244875-83.96）變換氣吸熱Q2根據(jù)表5-1.2和表5-1.3的計算方法得:物質(zhì)COCQHQNCHcp3148.229.637.230.756.1所以CpmYi*Cp=33.92kJ/(kmol.C)Q2=308.53*33.92*(415-353)取熱損失為0.04Q2根據(jù)熱量平衡：0.96Q2=X(3751.0235-83.96)X=169.46kg=9.415koml=210.88M3(標)所以進二段催化床層的變換氣組分：3水的量為：210.88+1667.79=1878.67M(標)9中變爐二段催化床層的物料衡算：組分CQC

27、QCHHO合計含量11.4323.1743.0115.680.2626.44100M（標）812.318225.5453056.4131113.918.761878.677105.61koml36.26510.068136.4549.730.83883.87317.22設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為0.74（總轉(zhuǎn)化率）所以在二段CO的變化量563.86*0.74=417.26M3（標）在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的CO的量為：225.545-（）=78.94Mf（標）=3.52koml出中變爐二段催化床層的CO的量為：225.545-78.94=146.605M3（標）故在二段催化床層反應后剩余

28、的CO的量為：812.318+78.94=891.26M3（標）故在二段催化床層反應后剩余的H2的量為：33056.413+78.94=3135.353M（標）故在二段催化床層反應后剩余的H2O的量為：1878.67-78.94=1799.73M3（標）所以出中變爐的濕組分：組分COCOCHO合計含量12.542.0644.12515.670.2625.33100M(標)891.26146.6053135.3531113.918.761799.737105.6koml39.7886.545139.97149.730.83880.345317.22對出變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算：根據(jù)：

29、K=（”xCO%）/（CC）計算得K=10.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊知當K=10.6時t=409C設(shè)平均溫距為48C，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409C-44C=365C10.中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353C出變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365C變換氣反應放熱Q1: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：632K,計算結(jié)果如下：組分H2H2OCOCO2Ht(kcal/kmol)2373.4-54949.05-24005.565-90536.421:Ht(kJ/kmol)9936.95-230060.

30、69-100506.5-379057.89放熱：CO+bO=C0H(1)H1=（刀Hi）始（刀Hi）末=-38553.74846kJ/kgQ1=3.52*38553.74846=135580.683kJ/kg氣體吸熱Q2根據(jù)物理化學知CO,H2,H2O,CO2,N可用公式：Cp=a+b+CT-2來計算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.C）表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dT來計算熱容:物質(zhì)abcdCH417

31、.4560.461.17-7.2計算結(jié)果:組分COH2CO2H2ON2CH4Cp28.5629.2547.336.7830.3153.72CpmYi*Cp=33.61KJ/（kmol.C）Q2=33.61*317.22*（365-353）=12789.1kJ熱損失:Q3=Q1-Q2=7641.6kJ第二節(jié)低變爐的物料與熱量計算1.已知條件：進低變爐的濕組分進低變爐的干組分:組分COCOCH0合計含量12.542.0644.12515.670.2625.33100M（標）891.26146.6053135.3531113.918.761799.737105.6koml39.7886.545139

32、.97149.730.83880.345317.222低變爐的物料衡算：組分COCOH2N2CH合計含量16.792.7659.0920.990.35100M（標）891.26146.6053135.3531113.918.765305.91koml39.7886.545139.97149.720.838236.87要將降到0.2%（濕基）以下，貝UCO的實際變換率為:Y_YX%X100=90.11%Ya（1+YaJ則反應掉的CO的量為：146.605X90.11%=132.11詠標）=5.898koml出低溫變換爐CO的量：仁14.495M3（標）=0.64722koml出低溫變換爐H2的量

33、：3135.353+132.11=3267.463M3（標）=145.869koml出低溫變換爐H2O的量：1799.73-132.11=1667.62M3（標）=74.45koml出低溫變換爐CO2的量:891.26+132.11=1023.37M（標）=45.68koml出低變爐的濕組分：組分COCOH2N2CHHzO合計含量14.40.245.9815.680.2623.47100M（標）1023.3714.4953267.4631113.918.761667.627105.62koml45.680.64722145.86949.720.83874.45317.22出低變爐的干組分:對出

34、低變爐的變換氣溫度進行估算:組分COCOHN2CH合計含量18.820.2760.0820.480.35100M（標）1023.3714.4953267.4631113.918.765437.99koml45.680.64722145.86949.720.838242.767計算得K=141.05查小合成氨廠工藝與設(shè)計手冊知當K=141.05時t=223C設(shè)平均溫距為20E，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：t=223-20=203C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：181C出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203C變換氣反應放熱Q1：在203C時，T=476K計算變

35、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)1241.516-56347.304-25178.916-92311.594Ht(kJ/kmol)5197.977-2359149.084-105419.084-386490.181放熱：CO+2O=C9H(1)H1=(EHi)始(刀Hi)末=-39958.286kJ/kgQ1=5.898*39958.286=235687.29kJ/kg氣體吸熱Q2氣體吸熱時的平均溫度：(181+203)/2=191.5C，T=464.5K根據(jù)物理化學知CO,H2,H2O,CO2

36、,N可用公式：Cp=a+b+CT-2來計算熱容。熱容的單位為kJ/(kmol.C)表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+c1+d來計算熱容:表5-1.3物質(zhì)abcdCH417.4560.461.17-7.2計算結(jié)果:組分COCOHONCHCp30.129.0344.3935.1329.8545.05Cpm=2Yi*Cp=32.86kJ/(kmol.C)Q2=33.61*317.22*(203-181)=230669.84

37、kJ熱損失Q3=Q1-Q2=235687.29-230669.84=5017.45kJ3 低變爐催化劑平衡曲線根據(jù)公式xp=uqx100%2AWV=KpAB-CDq=.U2-4WVU=Kp(A+B)+(C+D)W=Kp-1其中A、B、C、D分別代表CO、CO2、CO2及出的起始濃度t160180200220240260T433453473493513533Xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229低變爐催化劑平衡曲線如下:t280T553Xp0.76一低變爐平衡曲線一低變爐平衡曲線溫度(C)最佳溫度曲線的計算因為低變爐選用B302型催化劑。查小合成氨廠工藝技術(shù)

38、與設(shè)計手冊B302型催化劑的正反應活化能分別為E1=43164kJ/komlCO變化反應的逆反應活化能E2為：E2-E仁r*(-H)對于CC變換反應r=1，貝UE2=(-HJ+EI H為反應熱，取其平均溫度下的值，即：(181+203)/2=192C,T=465KCO的反應式為：CO+2O=C2+H反應熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應熱可以用以下公式計算： H=-1000-0.291*T+2.845X10-3*T2X10-3T3得：AH=-9422.62kcal/kmol=-39450.653kJ/kmolE2=39450.653+43164=82614.653kJ/kmol5. 最適宜溫度曲

39、線由式Tm=一1由式Tm=一1TeRTeE2-巳進行計算lnXp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229T402421440457475493t129148167184201220E1最適宜溫度計算列于下表中:Xp0.76T510t237將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖:1.2最適宜溫度曲線第二節(jié).廢熱鍋爐的熱量和物料計算1已知條件：進廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份:組份CO2COH2N2CH4O2H2O合計%7.548.9743.7617.720.290.2621.7100M(標)474563.872750.681113.918.7616.291364.55628

40、5.75koml21.16125.173122.79849.730.8380.72860.917280.614進廢熱鍋爐的溫度為：925C出廢熱鍋爐的溫度為：335C進出設(shè)備的水溫：20C出設(shè)備的水溫：335C進出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣(濕)：168.3koml進出設(shè)備的水量：Xkoml物量在設(shè)備里無物量的變化。2.熱量計算：(1)入熱：水的帶入熱Q水在20C時Cp=33.52kJ/(kmol.C)Q=X*(20+273)*33.52=9821.36X轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2轉(zhuǎn)化氣在925E時T=1193K根據(jù)物理化學知CO,H,H2O,CO,N2，可用公式：Cp=a+b+cT來計算熱容熱容的單位為kJ/(k

41、mol.C)表5-1.2CH可用公式Cp=a+b+cT+d來計算熱容:物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53表5-1.3計算結(jié)果:物質(zhì)abcdCH417.4560.461.17-7.2組分COH2CO2H2ON2CH4Cp33.2731.254.3342.832.9678.94CpmY*Cp=36.4kJ/(kmol.C)Q=36.4*280.62*(920+273)=12185577.7kJ(2)出熱：轉(zhuǎn)化氣的帶出熱：Q=32.66X280.62x(330

42、+273)=5526711.3KJ轉(zhuǎn)化氣在335C時T=608K根據(jù)物理化學知CO,H,H2O,CO,N2，可用公式：Cp=a+b+cT來計算熱容。熱容的單位為kJ/(kmol.C)表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53計算結(jié)果:組分CO14COH.OCHCp30.7629.3847.2536.5530.4452.73CpmYi*Cp=32.66kJ/(kmol.C)Q=32.66*280.62*(330+273)=5526711.265kJ水的

43、帶出熱Q4:水在335C,T=603K時的熱容為：Cp=36.55kJ/(kmol.C)Q=X*36.55*(330+273)=22039.65X熱損失Q：Q=0.04*(Q1+Q)熱量平衡：0.96*(Q1+Q2)=Q3+Q40.96(9821.36X+12185577.7)=22039.65X+5526711.265X=489.365koml3.水蒸汽的加入：要使HO/CO=3.5還要加入的水量為：()-22.4=27.187koml第四節(jié)主換熱器的物料與熱量的計算1. 已知條件：進出設(shè)備的變換氣的量：190.33koml進出設(shè)備的水的量：Xkoml物料的量在設(shè)備中無變化。溫度：變換氣進設(shè)

44、備的溫度：365C變換氣出設(shè)備的溫度：250E水進設(shè)備的溫度：20E水出設(shè)備的溫度：90r2. 熱量計算：(1)入熱：變換氣帶入熱：Qi變換氣在365E時根據(jù)物理化學知CO,H,H2O,CQ,N2,可用公式：Cp=a+b+CT來計算熱容。熱容的單位為kJ/(kmol.C)表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+ci+df來計算熱容:表5-1.3物質(zhì)abcdCH17.4560.461.17-7.2計算結(jié)果:組分COCOH2O

45、CHCp33.2731.254.3342.832.9678.94CpmY*Cp=33.94kJ/(kmol.C)Q=317.22*33.94*(365+273)=6868920.88kJ水的帶入熱Q:水在20C時Cp=33.52kJ/(kmol.C)Q=X*(20+273)*33.52=9821.36*X出熱：變換氣在出口溫度為250C,T=523K時根據(jù)物理化學知CO,HI,H2O,C(O,N2,可用公式：Cp=a+b+cT來計算熱容熱容的單位為kJ/(kmol.C)表5-1.2物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.

46、044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dr來計算熱容:表5-1.3物質(zhì)abcdCH17.4560.461.17-7.2計算結(jié)果:組分COCOH2OCHCp33.2731.254.3342.832.9678.94CpmYi*Cp=33.14kJ/(kmol.C)Q=33.14*523*317.22=5498069.055kJ水的帶出熱Q4:水在90C時Cp=34.14kJ/(kmol.C)Q4=X*34.14*(90+273)=12392.82*X熱損失Q:取0.04Q根據(jù)熱量平衡：0.96*(Q+Q)=Q+QX=371.93koml第五節(jié)

47、調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計算1.已知條件：入設(shè)備的變換氣溫度：250C出設(shè)備的變換氣溫度：181C進設(shè)備的濕變換氣的量：190.33koml變換氣帶入的熱量：Q=3298841.433kJ變換氣帶出的熱Q2:變換氣在181C時T=454K時根據(jù)物理化學知CO,H,H2O,CQN2，可用公式:Cp=a+b+cT來計算熱容。熱容的單位為kJ/(kmol.C)表5-1.2CH可用公式Cp=a+b+cT+d來計算熱容:物質(zhì)COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53表5-1.

48、3計算結(jié)果:物質(zhì)abcdCH417.4560.461.17-7.2組分COCOH.OCHCpP33.2731.254.3342.8P32.9678.94CpmYxCp=32.62kJ/(kmol.C)Q=190.33x32.62x454=2835274.946kJ設(shè)備及管道損失?。?.04Q1變換氣放出的熱量：Q=QQ2-Q3=331612.83kJ第二章設(shè)備的計算1低溫變換爐計算1.1已知條件：平均操作壓力0.83Mpa.氣體進口溫度180C氣體出口溫度220r3氣體流量（干）18.94X3556.288=67356.09Nm/h濕氣流量18.94X4707.66=89163.08Nmi/h

49、進低變爐催化劑氣體（干）組分低變爐出口干氣中CO含量：CO%=0.27%組分COCOH2NCH合計含量16.792.7659.0920.990.35100入催化劑蒸汽比R=0.24451.2催化劑用量計算B302型低變催化劑的宏觀動力學方程為：-1.0351乂104_0.3_0.8“yco2yH2、r=1822exp!y.6coyh2oyCO2yH2（1-）、RT丿ycoyH2O根據(jù)低變催化劑的選用原則，故選B302型國產(chǎn)低變催化劑，當變換氣中CO（干）為0.27%時，計算得催化劑床層空速為2120（標）/（ml.h）.對于B204因動力學方程式中催化劑按體積計，計算出的催化劑床層空速是以體積為單位