3万吨nh3y合成氨厂中变串低变工艺设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

3万吨nh3y合成氨厂中变串低变工艺设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

； 半干水煤气温度： 35℃ ； 催化剂：中变催化剂 B112 或 B111；铁系 低变催化剂 CuZn系； 出热水塔气体温度：〈 75℃ ； 出变换系统气体压强： 105Pa； 变换率：中变： 88%； 低变： 99%； 水碳比 ： ； 补充蒸汽压强： 8105Pa； 变换炉（中变炉）； 年开工率： 300 天。 中变炉工艺条件的计算 为了计算方便，计算过程中以 kmol 为单位。 计算基准： 1kmol 干半水煤气（变换炉条件计算除外） 进口温度的估计 根据触媒的活性温度，选取变换炉进气温度为 420℃ ，因过程中有冷激水，冷激气体原始成分将有改变，故出口温度需要经过计算决定。 蒸汽比的选择 采用水冷激流程中开始的蒸汽比可以稍低，选取。 ∴每标准米 3干半水煤气中应加入蒸汽量： = 湿半水煤气的组成 H2：  0 .3 8 9 4 1 0 0 % = 1 9 .6 7 %1 + 0 .9 8 。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 15 CO：  0 .3 0 6 8 1 0 0 % = 1 5 .4 9 %1 + 0 .9 8 。 CO2：  0 .0 7 9 2 1 0 0 % = 4 .0 0 %1 + 0 .9 8 。 N2：  0 .2 1 2 0 1 0 0 % = 1 0 .7 1 %1 + 0 .9 8 。 O2：  0 .0 0 3 1 0 0 % = 0 .1 5 %1 + 0 .9 8 。 CH4: 0 .0 0 7 1 1 0 0 % = 0 .3 6 %1 + 0 .9 8 。 Ar：  0 .0 0 2 5 1 0 0 % = 0 .1 3 %1 + 0 .9 8 。 H2O: 1 .0 1 1 0 0 %= 4 9 .4 9 %1 + 0 .9 8 。 第一段平衡线计算 查 [1]中表 426得各温度下的平衡常数 Kp，计算结果如下表 表 22 参数计算结果 T（ ℃ ） 420 440 460 480 500 520 560 Xp（ %） 用以上数据作图得平衡线 图 21 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 16 第一段最适宜温度曲线计算 第一段最适宜温度曲线计算 ]))(( ))(([198612  PPPPm AXBAXA AXDAXCEELgT 查表 [1]613 得 B111 型中变催化剂的活化能 KmolKJE /921101  ，中变反应热近似取 KmolKJ /37530 ,故 KmolKJE /1296402 。 由 [1]中 473 式计算 表 23 参数计算结果 t(℃ ) Xp(%) 用这些数据作图得最适宜温度曲线 图 22 第一段操作线的计算 选取 第一段中温变换转换率 75%。 变换掉的 CO： = 出一段气体组成： 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 17 表 参数计算结果 成分 数量 % H2 +2= CO = CO2 += O2 0 0 N2 CH4 Ar H2O +2= 合计 100 化学平衡常数 K=OHCOHCOPP pp222..= 查 [1]表 426 得温度 t=561℃ 冷激水用量计算 二段触媒进口温度取为 400℃ ，冷激段热损失取为 5℃ ，出一段气体的平均温度为 458℃ ，冷激水初温 60℃ ，终温 ℃。 系统焓变 H=。 出一段气体的热容： Cp=(++++ + +)/= kJ/（ kmol℃） 查 [2]附录二 得在 压力下水的沸点为 ℃ 水由 40℃ 升高至 ℃ 的焓变为 1H =℃ 水的汽化热为 2H =水蒸气 有 ℃ 升高至 400℃ 的焓变 KgKJK m o lKJdTTTH / 6 7/0 8 4 0 6)100 2 (  总的焓变 H== K m o lKJKgKJHHH / 4 5 5 6/ 0 3 0321  武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 18 ∴冷激水量 =  0. 99 85 35 .5 6 51 6 40 0 5 k m ol  第二段平衡曲线和最适宜温度曲线计算 用水冷激后气体的起始组成发生了变化，因此平衡曲线和最适宜温度也都发生了变化。 冷激后气体的原始组成： H2：  0 .1 9 6 7 1 0 0 % = 1 8 .3 5 %1 + 0 .0 7 2 。 CO：  0 .1 5 4 9 1 0 0 % = 1 4 .4 5 %1 + 0 .0 7 2  CO2：  0 .0 3 9 2 1 0 0 % = 3 .7 3 %1 + 0 .0 7 2 。 H2O： %%  。 由 [1]中式 422计算不同温度下的平衡转化率 表 参数计算结果 T℃ 380 400 420 440 460 480 Xp 以第一组为例计算： A=； B=； C=； D=； t=380℃； Kp=； w=Kp1=； u=Kp（ A+B） +C+D=（ +9） ++=； v=KpABCD==； q=（ u24wv） 1/2= 4   =； xp=    u q 10 04 .71 64 410 0% = 35 12A w 2 14 .4 13 .5。 由以上数据作图得第二段的平衡曲线： 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 19 图 23 由 [1]中（ 413）式计算不同变换率下的最适宜温度： 表 参数计算结果 Xp tmOC 用以上数据作图得最适宜温度曲线： 图 24 第二段操作线计算 第二段进口温度和最终变换率都已定，即变换炉出口温度需要计算决定。 假设先反应后升温。 冷激后气体原始组成： 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 20 表 参数计算结果 成分 H2 CO CO2 O N2 CH4 Ar H2O 合计 % 100 最终变换率为 88%，氧全部与氢化合成水，则变换气组成： 表 参数计算结果 成分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O 合计 % 100 kmol 01763 假设出口气体温度为 417℃ 变换气在 417℃ 时的热容： Cp=++++++= kcal/（ kmol℃） 由 [1]中 431 图查得， 417℃时反应热 HR= kcal/kmol； 第二段热损失取为 3℃ 代入 [1]中 493式中计算二段出口温度 t=4003 +  （ ） =℃ 与假设相符，可以满足要求，由此可以认为以上计算的变换炉的工艺条件可用。 结论 中变炉的工艺条件决定如下 进一段温度： 420℃ ； 出一段温度： 516℃； 出一段变换率： 75%； 冷激水量： ； 进二段温度： 400℃ ； 二段温度： ℃ ； 出二段变换率： 88% 中温变换炉的物料衡算 物料衡算 进一段气体量： 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 21 干煤气： 1kmol； 水蒸汽： ； 合计： 各组成： 表 进一段气各组成 成分 H2 CO CO2 O2 N2 CH4 Ar H2O 合计 % 100 kmol 出一段变换率： 75% 氧全与氢反应成 水 CO变换量 = 出一段气体量 表 出一段气各组成 成分 Kmol % H2 + 2= CO = CO2 += N2 CH4 Ar H2O + 2= 合计 100 进二段变换率： 88% 二段中， CO 变换量： （ ） = 出二段变换气量 表 进二段气各组成 成分 kmol 基准 % 干基 % 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 22 H2 += CO = CO2 += O2 N2 CH4 Ar += H2O 100 合计 100 热量衡算 第一段： CO变换反应热： 37530= O2反应热： 查 [1]表 42 42 425得 468℃时 O2 的反应热 H=℃ Q2=*2*= 气体升温耗热： 查图 461～ 468 计算变换气的平均热容 ./( KmolKJC P  ℃） （ 516420） = kJ 热损失： += kJ 第二段： CO变换反应热： 38340= kJ 气体升温耗热： （ 417400） = kJ 热损失： = kJ 低变换炉的工艺条件计算 进出口 温度的估计 选用 CuZn 系催化剂；选取低变炉进气温度为 220℃ ，出口温度需经计算决定。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 23 入低变炉湿气组成同中变炉二段出口组成 表 入低变炉湿气组成 成分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O 合计 湿 % 100 干 % —— 100 平衡曲线计算 查 [1]中式 422计算得： 表 中变炉二段出口 组成 t℃ 200 220 240 260 280 xp 由以上数据作平衡曲线图： 图 25 以第一组计算为例： t=200℃； Kp=； A=； B=； C=； D=； w=Kp1=； u=Kp（ A+B） +C+D=（ +） ++=； v=KpABCD==； q=（ u24wv） 1/2= 1 4 4 7 4 59 0 1 941 7 9 4 0 2  =； xp=（ uq） /2Aw 100% = %%   武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 24 最适宜温度曲线计算 由 [2]中 473 式计算 催化剂 CuZn系的 E1=，取 170250℃的平均温度 （ 230℃）下的反应热效应，由 [1]中图 421查得。 H=39960kJ/kmol E2= E1+H=+39960=表 参数计算结果 xp Tm K tm ℃ 利用以上数据作图： 图 26 操作线计算 185℃ 混合摩尔热容为 kcal/（ kmol℃）。 185℃ 时反应热： HR= kcal/kmol，热损失为 1℃ 计算出口温度： 假设设出口温度为 234℃ ，该温度下混合热容 Cp= + + + ++ + =假设 CO 总的转化率为 99%，则低温变换的实际转换率为 %)88%99(  武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计 25 查 [1]图 421 得 234℃时反应热为 39920 kJ/kmol ,热损失为 5℃ 出口温度。