毕业论文：年产三十万吨合成氨装置的粗煤气一氧化碳耐硫变换工艺设计

毕业论文：年产三十万吨合成氨装置的粗煤气一氧化碳耐硫变换工艺设计内容摘要：

增加和造成床层出口超温。 综合上述原因，本设计将此变换反应定 为在两台变换炉中进行。 为了充分利用催化剂的活性范围，我们将第一变换炉入口的温度定为 330℃，把第一变换炉出口温度定为 410℃。 然后将变换气引出与粗煤气换热降低变换气的温度，在第二变换炉中继续进行变换反应。 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 14 第四章 物料衡算 第 4． 1 节 第一变换炉的物料衡算 第一变换炉的入口温度选为 330℃，出口温度选为 410℃，查表在 410℃(683K)时变换反应的热效应： ΔH= kcal/kmol 湿煤气由 330℃升至 410℃，平均温度为 370℃。 在 370℃ 时，常压下各组分的平均定压热容： 表 4— 1 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp kcal/kmol,℃ 湿煤气在 370℃，常压下的分子热容： CP0=Σ yiCpi= + + ++ + = kcal/kmol,℃ 由《氮肥设计手册》，查出各气体的临界温度，临界压力： 表 4— 2 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Tc,K 133 647 190 Pc,atm 利用上表中的数据，可以求得在进口组成的虚临界值： Tc= Σ = +133 + +647 + + =326K Pc= Σ = + + + + + = 设入口压力 := 则可以求得入口状态下的： 对比温度： 326643  Cr TTT 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 15 对比压力：  cr ppP 查热容校正图： Δ Cp=℃ 由热平衡关系，求第一变换炉出口气体变换率： )(. 120202 xxC COHttt PR  式中 12,tt ：出，进催化剂床气体温度 ℃ 12,xx ：出，进催化剂床气体的变换率 PC ：进催化剂床气体在平均温度 ( 221 tt )下的热容 kcal/kmol ℃ RH ：进口温度下的反应热 kcal/kmol CO%：气体中 CO 的浓度，摩尔分率 Δ t：因损失而造成变换气温度降 ℃ (取 10℃ ) )0( 200  x 002 7 2 x 变换了的 CO 的量为： = kmol (1kmol 湿煤气中 CO 变换量 ) 剩余的 CO 的量为： = 则第一变换炉出口各组分： (以 1kmol 湿气为基准 ) N2： CO： 0 6 2 8 3 0 4 1  kmol CH4： kmol CO2：  kmol H2： 3 3 5 8 3 0 5 2  kmol H2O： － = kmol 第一变换炉出口各组分含量表： 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 16 表 4— 3 组分 N2 CO CH4 CO2 H2 H2O 合计 含量（％） 100 含量 kmol 1 410℃ (683K)时平衡常数： lgKp=1914/=1914/= Kp== 第一变换炉入口温度为： 330℃ 第一变换炉出口温度为： 410℃ 第一变换炉入口 CO 变换率为： 0 第一变换炉出口 CO 变换率为： ％ 第 4． 2 节 第二变换炉的物料衡算 第二变换炉入口压力假定为： = 第二变换炉的入口温度选为 305℃，出口温度选为 337℃，平均温度为 321℃(594K)。 在 321℃，常压下各组分的平均定压热容为： 表 44 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp kcal/kmol,℃ 则第二变换炉中变换气在 321℃时的平均热容为： 0PC = + +++ +=,℃ CT = CP =  Cr TTT 查热容校正图：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 17 337℃ (610K)变换反应的热效应： RH = kcal/kmol 337=t10+ () t=℃≈ 305℃ (与假定的进口温度基本一致 ) 变换了的 CO 总量： = kmol 则第二变换炉出口各组分： (以 1kmol 湿气为基准 ) N2： CO：  kmol CH4： kmol CO2：  kmol H2： 3 7 4 2 2 5 2  kmol H2O： － = kmol 第二变换炉出口成分含量表： 表 4— 5 组分 N2 CO CH4 CO2 H2 H2O 合计 含量（％） 100 含量 kmol 1 物料衡算表： 以 1kmol 湿煤气为基准的物料衡算表： 表 46 组分 进变换系统 第一变换炉出口 出变换系统 kmol ％ kmol ％ kmol ％ N2 CO CH4 CO2 H2 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 18 H2O 合计 1 100 1 100 1 100 以 1kmol 干煤气为基准的物料衡算表： 表 47 组分 进变换系统 第一变换炉出口 出变换系统 kmol V％ kmol V％ kmol V％ N2 CO CH4 CO2 H2 合计 1 100 100 100 H2O 总湿气 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 19 第五章 热量衡算 第 5． 1 节 第二换热器进口煤气温度的计算 以 1kmol 湿煤气为基准 ： 变换气 410℃ 变换气 305℃ 粗煤气 t 图 5— 1 变换气由 410℃降到 305℃，平均温度为 ℃ ()。 在 下，常压下各组分的平均定压热容为： 表 5— 1 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp kcal/kmol℃ Cp0=∑ yiCpi= + + ++ + = kcal/kmol,℃ TC= PC=  Cr TTT  cr ppP 查普遍化热容校正图：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 煤气在 330℃ (603K)时，常压下各组分的平均定压热容： 表 5— 2 第二换热器 粗煤气 330℃ 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 20 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp Kcal/Kmol℃ CP0=∑ yiCpi= + + ++ + = kcal/kmol,℃ TC=325K PC= Tr=603/325= Pr=查普遍化热容校正图：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 该换热器热损为： 1 (410305)=1 (330+5t) t=228℃ 第 5． 2 节 第一换热器进口煤气温度的计算 以 1kmol 湿煤气为基准 计算 ： t,待求 粗煤气 181℃ 粗煤气 228℃ 第二变换炉 337℃ 图 5— 2 煤气从 181℃升至 228℃，平均温度为 ℃ ()。 在 下，常压下各组分的平均定压热容为： 第一换热器 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 21 表 5— 3 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp kcal/kmol℃ CP0=∑ yiCpi= + + + 、 + + = kcal/kmol,℃ TC=325K PC= Tr=Pr=查热容校正图：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 第二变换炉出口变换气在 337℃ (610K)时，常压下各组分的平均定压热容 : 表 5— 4 组分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp kcal/kmol℃ CP0=∑ yiCpi= + + + + + = kcal/kmol,℃ TC= PC= Tr=610/= Pr=查热容校正图：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 取换热器热损为 2℃： 1 .3627 (228181)=1 (3372t) t=288℃ 北京化工大学毕业设计（论文）专用纸 22 第 5． 3 节 第一换热 器热量衡算 以 1kmol 湿煤气为基准 计算 ： 变换气由 337℃降。