年产5万吨合成氨变换工段工艺初步

年产5万吨合成氨变换工段工艺初步内容摘要：

kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放热： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= (∑ Hi)始 （ ∑ Hi） 末 =+++ =Q1= （ ） = O2 + 2H2= 2 H2O （ 2） Q2=△ H2=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 = 气体共放热： Q=Q1+Q2=+= 气体吸热 Q3： 根据《物理化学》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2来计算热容。 热容的单位为 kJ/（ kmol.℃ ） 查表可得： 物质 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 Cpm=∑ Yi*Cp= KJ/（ kmol.℃ ） 所以气体吸热 Q3=**(415330)= 假设热损失 Q4 根据热量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 5．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 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中变炉催化剂平衡曲线如下： 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460温度 （ ℃）转化率 Xp中变炉平衡曲线 由于中变炉选用 C6型催化剂， 最适宜温度曲线由式1212ln1 EEEE RTTee 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 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 最适宜温度计算列于下表中： Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 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7．操作线计算 有中变催化剂变换率及热平衡计算结果知： 中变炉人口气体温度 335℃ 中变炉出口气体温度 415℃ 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： 010203040506070330 415温度 （ ℃）转化率 Xp操作线 8．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。 以知条件： 变换气的流量： 设冷淋水的流量： X kg 变换气的温度： 415℃ 冷淋水的进口温度： 20℃ 进二段催化床层的温度： 353℃ 操作压力： 1750kp 热量计算： 冷淋水吸热 Q1：据冷淋水的进口温度 20℃查《化工热力学》可知 h1 =根据《 化工热力学》可知 T/k P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷淋 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)/() h= kJ/kg Q1= X( ) 变换气吸热 Q2 根据表 和表 的计算方法得： 物质 CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 Cpm= ∑ Yi*Cp = kJ/（ kmol.℃ ） Q2=**(415353) 取热损失为 Q2 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 ) 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量％ 100 M3(标 ) 1113.9 7105.61 koml 2 9．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 *= M3(标 ) 在中变炉二段催化床 层的转化的 CO的量为： （ ） =(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： += (标 ) 故在二段催化床层反应后 剩余的 H2的量为： += (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： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量％ 100 M3(标 ) 1113. 7105.9 6 koml 2 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=409℃ 设 平均温距为 48℃，则出 变炉一段催化床层的变换气温度为： 409℃ 44℃ =365℃ ： 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 Q1: 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： 组分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放热： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= （ ∑ Hi） 始 － （∑ Hi） 末 = kJ/kg Q1=*= kJ/kg 气体吸热 Q2： 根据《物理化学》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2来计算热 容。 热容的单位为 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物质 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3来计算热容： 物质 a b c d CH4 计算结果： 组分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**（ 365353） = 热损失： Q3=Q1Q2= kJ 第二节 低变炉的物料与热量计算 ： 进低变炉的湿组分 : 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 含量％ 100 M3(标 ) 1113.9 7105.6 koml 2 进低变炉的干组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合计 含量％ 100 M3(标 ) koml 2． 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： ％ = M3(标 )= koml 出低温变换炉 CO的量： = M3(标 )= 出低温变换炉 H2的量： += M3(标 )= koml 出低温变换炉 H2O 的量： = M3(标 )= 出低温变换炉 CO2 的量 : += M3(标 )= 出低变炉。