年产8万吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计-word格式-word格式

年产8万吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计-word格式-word格式内容摘要：

温度， ℃平衡线最适宜温度曲线操作线 15 则需要的喷淋水量为 39 8 5 3 . 9 4 0 5 4 7 . 4 4 1 1 2 2 6 2 . 6 8 1k g k m o l N m a. 入二段中变炉湿气组成 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合计 /%V 3Nm kmol 则入二段炉蒸汽比 (汽／气 )为 b. 二段平衡转化率 二段平均反应平衡温度为（ 370+430） /2=400℃ ，在此温度下查资料 [2]得  由 100%2p UqAWx 求得 %px  则 CO 反应量为  331 1 . 2 7 3 8 . 9 7 % 4 . 3 9 2 1 0 0C O N m N m    湿 半 水 煤 气 则 CO 反应总量为 3,2 5 3 5 . 6 0 3 , 1 1 3 . 1 9 7C O C OV N m n k m o l总 反 总 反 则二段反应需要的蒸汽量为 32 5 3 5 . 6 0 3 , 1 1 3 . 1 9 7V N m n k m o l蒸 汽 蒸 汽 c. 出二段催化剂层气体组成 ① 出二段催化剂层干气组成 假设二段中 O2 和 H2 完全反应 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 合计 /%V 16 3Nm kmol ② 出二段催化剂层 湿 气组成 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 /%V 3Nm kmol d. 热量计算 计算 CO 变换反应气体温升 ① 入热 CO 反应放热 Q1 设气体由 370℃ 升至 430℃ ，反应取平衡温度 400℃ 时的热效应，查资料 [2]图 421的反应热效应 3 8 5 5 0 /H kJ kmol  。 CO 反应热   61 ( 2 9 0 . 3 7 0 1 7 7 . 2 1 3 ) 3 8 5 5 0 4 . 3 6 2 1 0CO COQ n n H k J        入 出 O2 燃烧热 22 562 2 . 2 1 0 1 1 5 6 0 0 2 . 5 5 5 1 0 1 . 0 7 0 1 0OOQ n H k c a l k J         合计 6 6 612 4 . 3 6 2 1 0 1 . 0 7 0 1 0 5 . 4 3 2 1 0Q Q k J       ② 出热 气体温升吸热 3Q 设气体温升为 Δt，气体在平 均温度 400℃ 下查资料 [2]图 461～图468 计算得到平均摩尔热容为 3 4 .3 5 0 / ( )q kJ km ol C   43 2 5 7 5 .1 7 3 3 4 .3 5 0 8 .8 4 6 1 0Q n q t t t         总 出 二 段 热损失 4Q 设 54 10Q kJ 17 合计 4512 8 .8 4 6 1 0 1 .2 4 6 1 0Q Q t      热平衡： 1 2 3 4Q Q Q Q   ∴ 60t ℃ 气体出口温度为 t=370+60=430℃ 与前面所假设温度一致。 e. 二 段催化剂平衡曲线计算 根据中变炉 二 段入口中蒸汽比（汽 /气） ，由式 100%2p UqAWx  计算各温度下 的平衡变换率列于下表 t /℃ 370 380 390 400 410 420 430 pK px 式中 pK 由资料 [2]查的，用表中数据作图即得平衡曲线 （如图 ） ，气体组分及蒸汽比不同时，则计算的平衡变换率亦不相 同。 f. 最适宜温度曲线计算 最适宜温度曲线由下式作出 22 1 1121 l nememeTTRT EE E ET T KE E k J k m ol式 中 、 分 别 为 最 佳 温 度 及 平 衡 温 度 ,、 为 正 、 逆 反 应 的 活 化 能 ， 以 B109 催化剂的数据进行计算。 由于 B109 催化剂 41 9 .3 3 1 0E kJ km ol CO 变换的逆反应活化能 2E 为： 21=r( )RE E H  对于变换反应 r=1，则 21()RE H E   RH 为反应热，取其平均温度 403℃ 下的值，即 3 8 5 0 0 ,RH kJ km ol  则 52 1 .3 1 8 1 0E kJ km ol 18 /eTK mT px 由上面数据作得最适宜温度曲线（如图 ）。 g. 操作线计算 由 二 段催化剂变化率及热平衡计算结果知 二 段入口气体温度 370℃ 二 段出口气体温度 430℃ 二 段入口 CO 变换率 % 二 段出口 CO 变换率 % 由此可作出一段催化剂反应的操作线 （如图 ） 图 二段操作的平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线 (5) 中变炉三段催化剂层物料及热 量计算 段炉出口气体后温度为 430℃ 设进中变三段炉进口气体温度为 400℃ 气体从 430℃ 降到 400℃ 的平均温度为 415℃ ， 415℃ 的比热容为  /kJ kmol C 气体降温放出的热量为 a. 入三段催化剂层气体组成 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 340 360 380 400 420 4403 7 .53 8 .03 8 .53 9 .03 9 .54 0 .04 0 .5 变换率Xp,%温度，℃操作线平衡线最适宜温度曲线 19 /%V 3Nm kmol 则入三段炉蒸汽比 (汽／气 )为 b. 三段平衡转化率 三 段平均反应平衡温度为（ 400+415） /2=408℃ ，在此温度下查资料 [2]得  由 100%2p UqAWx 求得 %px  则 CO 反应量为  336 . 8 8 2 7 . 7 2 % 1 . 9 0 7 1 0 0C O N m N m    湿 半 水 煤 气 则 CO 反应总量为 3,1 1 0 0 . 1 1 0 , 4 9 . 1 1 2C O C OV N m n k m o l总 反 总 反 则 三 段反应需要的蒸汽量为 31 1 0 0 . 1 1 0 , 4 9 . 1 1 2V N m n k m o l蒸 汽 蒸 汽 c. 出 三 段催化剂层气体组成 ① 出 三 段催化剂层干气组成 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 合计 /%V 3Nm kmol ② 出 三 段催化剂层湿气组成 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 /%V 3Nm 20 kmol d. 热量计算 计算 CO 变换反应气体温升 ① 入热 CO 反应放热 Q1 设气体由 400℃ 升至 415℃ ，反应取平衡温度 408℃ 时的热效应，查资料 [2]图 421的反应热效应 3 8 4 5 0 /H kJ kmol  。 CO 反应热   61 ( 1 7 7 . 2 1 3 1 2 8 . 0 8 9 ) 3 8 4 5 0 1 . 8 8 9 1 0CO COQ n n H k J        入 出 ② 出热 气体温升吸热 2Q 设气体温升为 Δt，气体在平均温度 408℃ 下查资料 [2]图 461～图468 计 算得到平均摩尔热容为 3 6 .4 5 0 / ( )q kJ km ol C   42 2 5 7 5 .1 7 3 3 6 .4 5 0 9 .3 8 6 1 0Q n q t t t         总 出 二 段 热损失 3Q 设 53 10Q kJ 合计 4523 9 . 3 8 6 1 0 4 . 8 1 0 1 0Q Q t k J      热平衡： 1 2 3Q Q Q ∴ 15t ℃ 气体出口温度为 t=400+15=415℃ 与前面所假设温度一致。 e. 三 段催化剂平衡曲线计算 100%2p UqAWx  计算各温度下的平衡变换率列于下表 t /℃ 400 402 404 406 408 410 412 414 416 pK px 式中 pK 由资料 [2]查的，用表中数据作图即得平衡曲线 （如图 ） ，气体组分及蒸汽比不同时，则计算的平衡变换率亦不相同。 21 f. 最适宜温度曲线计算 最适宜温度曲线由下式作出 22 1 1121 l nememeTTRT EE E ET T KE E k J k m ol式 中 、 分 别 为 最 佳 温 度 及 平 衡 温 度 ,、 为 正 、 逆 反 应 的 活 化 能 ， 以 B109 催化剂的数据进行计算。 由于 B109 催化剂 41 9 .3 3 1 0E kJ km ol CO 变换的逆反应活化能 E2 为： 21 =r( )RE E H 对于变换反应 r=1，则 21()RE H E   RH 为反应热，取其平均温度 403℃ 下的值，即 3 8 5 0 0 ,RH kJ km ol  则 52 1 .3 1 8 1 0E kJ km ol /eTK mT px 由以上数据作得最适宜温度曲线（如图 ）。 g. 操作线计算 由 三 段催化剂变化率及热平衡计算结果知 三 段入口气体温度 400℃ 三 段出口气体温度 415℃ 三 段入口 CO 变换率 % 三 段出口 CO 变换率 % 由此可作出一段催化剂反应的操作线 （如图 ）。 370 380 390 400 410 4202 6 .82 7 .22 7 .62 8 .02 8 .4 变化率xp,%温度，℃平衡线最适宜温度曲线操作线 22 图 三段操作的平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线 典型设备计算 计算基准 ：以产氨。 中温变换炉计算 已 知条件： 平均操作压力 2MPa 一段气体进口温度 320℃ 一段出口温度 485℃ 二段进口温度 370℃ 二段出口温度 430℃ 三段进口温度 400℃ 三段出口温度 415℃ 一段进口气流量（干） 33 3 0 0 0 9 .1 3 2 3 0 1 3 5 6 N m h 出一段催化剂湿气量 533 1 7 9 4 . 8 4 0 9 . 1 3 2 2 . 9 0 4 1 0 N m h 进一段催化剂气体成分（干） 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 V/% 18 1 100 一段出口 CO 含量 %； 一段入口汽 /气比 R= 二段催化剂进口流量（干） 533 7 1 0 5 . 2 1 7 9 . 1 3 2 3 . 3 8 8 1 0 N m h   进二段催化剂湿气量 535 7 7 3 3 . 3 8 1 9 . 1 3 2 5 . 2 7 2 1 0 N m h   23 进二段催化剂气体成分（干） 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 V/% 100 二段出口 CO 含量 % 二段入口蒸汽比 R= 进三段催化剂气体成分（干） 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 V/% 0 100 三段出。