合成氨所有专业(编辑修改稿)

合成氨所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

基准焓列于下表： 如表 表 组分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放热： CO +H2O=CO2+H2 ○ 1 △ 1H =(∑ iH )始 （ ∑ iH ） 末 =+++ =1Q =（ ） = 2Q + 2H2= 2 H2O ○ 2 2Q =△ H2=（ ∑ni iH ） 始 －（ ∑ni iH ） 末 = 气体共放热： Q= 1Q + 2Q =+= 气体吸热 3Q 根据《物理化学》知 CO, H2, H2O , CO2, N2 ，可用公式： PC =a+b+CT2来计算热容。 热容的单位为 kJ/（ kmol.℃ ） 查表可得： 如表 表 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 11 物质 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 PmC =∑YiPC = KJ/（ kmol.℃ ） 所以气体吸热 3Q =(415330)= 假设热损失 Q4 根据热量平衡的： Q= 3Q + 4Q 4Q = kJ 中变炉 催化剂平衡曲线 根据 H2O/CO=，与公式 XP= AWqU2 100% V=KPABCD q= WVU 42  U=KP（ A+B） +（ C+D）， W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分别代表 CO、 CO CO2及 H2的起始浓度 如 表 表 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp 中变炉催化剂平衡曲线如下： t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 12 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460温度 （℃）转化率 Xp中变炉平衡曲线 最佳温度 度曲线的计算 由于中变炉选用 C6 型催化剂 ， 最适宜温度曲线由式1212ln1 EEEERTTee 进行计算。 查《 小合成氨厂工艺技术与设计手册 》 C6 型催化剂的正负反应活化能分别为 E1=10000 千卡 /千克 分子， E2=19000 千卡 /千克 分子。 最适宜温度计算列于下表中： 如表 表 Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 13 将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图： 01253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444温度（℃）转化率 Xp最适宜温度线 操作线计算 由 中变催化剂变换率及热平衡计算结果知： 中变炉 入 口气体温度 380℃ 中变 炉出口气体温度 410℃ 中变炉入口 CO 变换率 0 中变炉出口 CO 变换率 60% 由此可作出中变炉催化剂反应的操作线如下： 010203040506070380 410温度 （℃）转化率 Xp操作线 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 14 中间冷淋过程的物料和热量衡算 此过程采用水来对变换气进行降温。 已 知条件： 变换气的流量： 设冷淋水的流量： X kg 变换气的温度： 440℃ 冷淋水的进口温度： 20℃ 进二段催化床层的温度： 385℃ 操作压力： 1750kPa 热量计算： 冷淋水吸热 1Q ：据冷淋水的进口温度 20℃ 查《化工热力学》可知 1h =根据《化工热力学》可知 如表 表 T/k P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷 凝 水 要升温到 353℃ ，所以设在 353℃ , 615K,1750kp 时的焓值为 h 对温度进行内查法： 1600kpa 时 (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 时 (626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg 对压力用内差法得 353℃ ， 615K， 1750Kp 时的焓值 h 为： (17501600)/()=(18001750)/() 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 15 h= kJ/kg 1Q = X( ) 变换气吸热 2Q 根据表 和表 的计算方法得： 如表 表 物质 CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 pmC = ∑YipC = kJ/（ kmol.℃ ） 2Q =(440380) 取热损失为 2Q 根据热量平衡： Q2= X() X=== m3(标 ) 所以进二段催化床层的变换气组分： 水的量为： += m3(标 ) 如表 表 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量 % 100 m3(标 ) 4673． 3 kmol 中变炉二段催化床层的物料衡算 设中变炉二段催化床层的转化率为 （总转化率） 所以在二段 CO 的变化量  =312 m3(标 ) 在中变炉二段催化床层的转化的 CO 的量为： （ ） =59m3(标 )= 出中变炉二段催化床层的 CO 的量为： = m3(标 ) 故在二段催化床层反应后 剩余的 CO2的量为： 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 16 +59= (标 ) 故在二段催化床层反应后 剩余的 2H 的量为： +59= (标 ) 故在二段催化床层反应后 剩余的 H2O 的量为： =(标 ) 所以出中变炉的湿组分： 如表 表 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量 % 100 m3(标 ) kmol 对出 变炉一段催化床层的变换气温度进行估算： 根据： K= （ H2%CO2%） /（ H2O%CO%） 计算得 K= 查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当 K= 时 t=405℃ 设 平均温距为 40℃ ，则出 变炉一段催化床层的变换气温度为： 405℃ 40℃ =365℃ 中变炉二段催化床层的物料衡算 以知条件 ： 进 变炉二段催化床层的变换气温度为： 353℃ 出 变炉二段催化床层的变换气温度为： 365℃ 变换气反应放热 1Q ： 计算变换气中各组分的生成焓，原理与计算一段床层一样，平均温度为：632K,计算结果如下 ： 如表 表 组分 2H H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 17 放热： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △ 1H =（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 1Q == kJ/kg 气体吸热 2Q ： 根据《物理化学》知 CO, 2H , H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 来计算热容。 热容的单位为 kJ/（ kmol.℃ ） 如表 表 物质 CO 2H H2O CO2 N2 a 30 b/ 310 c/ 510 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3来计算热容： 如表 表 物质 a b c d CH4 计算结果： 如表 表 组分 CO 2H CO2 H2O N2 CH4 pC pmC =∑Yi  Cp=（ kmol.℃ ） 2Q =   （ 365353） = 热损失： 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 18 3Q = 1Q 2Q = kJ 低变炉的物料与热量计算 已知条件 ： 进低变炉的湿组分 ： 如表 表 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量 % 100 m3(标 ) kmol 进低变炉的干组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合计 含量 % 100 M3(标 ) kmol 低变炉的物料衡算 要将 CO%降到 %（湿基）以下，则 CO 的实际变换率为： X %=  aaaa YY YY  1 100=% 则反应掉的 CO 的量为： %=(标 )= 出低温变换炉 CO 的量： = m(标 )= 出低温变换炉 2H 的量： += m3(标 )= 出低温变换炉 2HO的量： = m3(标 )= 出低温变换炉 2CO 的量 ： += m3(标 )= 出低变炉的湿组分： 如表 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 19 表 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量 % 48． 23 100 M3(标 ) kmol 出低变炉的干组分： 如表 表 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合计 含量 % 100 M3(标 ) kmol 对出低 变炉的变换气温度进行估算： 根据： K= （ H2%CO2%） /（ H2O%CO%） 计算得 K= 查《小合成氨厂工艺与设计手册》知当 K= 时 t=225℃ 设 平均温距为 30℃ ，则出 变炉一段催化床层的变换气温度为： t=22530=195℃ 低变炉的热量衡算 已 知条件： 进低 变炉催化床层的变换气温度为： 180℃ 出低 变炉催化床层的变换气温度为： 195℃ 变换气反应 放热 1Q ： 在 195℃ 时， T=468K 计算变换气中各组分的生成焓，原理与计算一段床层一样，平均温度为：468K,计算结果如下： 如表 河南城建学院毕业设计 (论文） 变换工段物料及热量衡算 20 表 组分 2H 2HO CO 2CO Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放热： CO +H2O=CO2+H2 ○ 1 △ 1H =（ ∑ iH ） 始 －（ ∑ iH ） 末 = kJ/kg 1Q == kJ/kg 气体吸热 2Q ： 气体吸热时的平均温度：（ 180+195） /2=℃ ， T= 根据《物理化学》知 CO, 2H , 2HO, 2CO , N2 ，可用公式： pC =a+b+CT2 来计算热容。 热容的单位为 kJ/（ kmol .℃ ） 如表 表 物质 CO 2H 2HO 2CO N2 a 30 b/103。