化学工程与工艺毕业设计-年产12万吨合成氨变换工段工艺设计

化学工程与工艺毕业设计-年产12万吨合成氨变换工段工艺设计内容摘要：

360 370 380 390 400 410 420 430T(`C)Xp 中变换炉物料量平衡表 组分 进中变换炉的物料量 /m3 出一段催化床层的物料量 /m3 CO2 兰州交通大学毕业设计 16 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合计 组分 进二段催化床层的物料量 /m3 出二段催化床层的物料量 /m3 CO2 CO H2 1955 N2 Ar CH4 H2O 合计 中变换炉一段热量平衡表 反应放热 /kJ 气体吸热 /kJ 热量损失 /kJ 中变换炉二段热量平衡表 反应放热 /kJ 气体吸热 /kJ 热量损失 /kJ 进低变炉的湿组分： 兰州交通大学毕业设计 17 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合计 含量％ 100 M3(标 ) 1955 1348． 47 Kmol 进低变炉催化床层的变换气干组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合计 含量％ 100 M3(标 ) 1955 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 p ％ =  aaaa YY YY  1 100=％ 取 X p=90% 则反应掉的 CO 的量为： 90％ =(标 )= 出低温变换炉 CO的量： = M3(标 )= kmol 出低温变换炉 H2的量： 1955+=(标 )= kmol 出低温变换炉 H2O的量： =(标 )= 出低温变换炉 CO2的量 : +=(标 )= kmol 出低变炉催化床层的变换气干组分的体积： V 总（干） =+++++=(标 )= kmol 故出低变炉催 化床层的变换气干组分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： 兰州交通大学毕业设计 18 CO2％ = =% H2％ ==% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% 出低变炉的干组分： 组 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 合计 含量％ 100 M3(标 ) kmol 出低变炉催化床层的变换气湿组分的体积： V 总（湿 ） =+=(标 )= kmol 故出低变炉催化床层的变换气干组分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理： CO2％ = =% H2％ = =% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% H2O％ = =% 所以出低变炉的湿组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合计 含 100 兰州交通大学毕业设计 19 量％ M3(标 ) 7 kmol 对出低 变炉的变换气温度进行估算： 根据： Kp=（ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 计算得 Kp= 查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当 Kp= 时 t=235℃ 设平均温距为 35℃，则出中变炉段催化床层的变换气温度为： t=235－ 35=200℃ 低变炉的热量衡算 以知条件：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： 200℃ 变换气反应放热 Q1: 在 200℃时， T=473K， 计算变换气中各组分的生成焓原理与计算一段床层一样，使用公式 51 及表 计算平均温度为 476K 时的生成焓。 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 =所以： Q1= = kJ 气体吸热 Q2： 气体吸热时的平均温度：（ 180+200） /2=190℃， T=463K 根据《物理化学教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+bT+CT2来计算 热容。 热容的单位为 kJ/（ ） 表 物质 CO H2 H2O CO2 N2 Ar 兰州交通大学毕业设计 20 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+bT+CT2+dT3来计算热容 表 物质 A b/103 c/106 b/109 CH4 计算结果： 物质 CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 200180） = 热损失 ： Q3=Q1Q2 == kJ 低变换炉物料量平衡表 组分 进低温变换炉的物料量 /m3 出低温变换炉的物料量 /m3 CO2 CO H2 1955 N2 Ar CH4 H2O 合计 低变换炉热量平衡表 反应放热 /kJ 气体吸热 /kJ 热量损失 /kJ 兰州交通大学毕业设计 21 低变催化剂操作线计算 有低变二段催化剂变换率及热平衡计算结果知： 低变炉入口气体温度 180℃ 低变炉出口气体温度 200℃ 低变炉入口 CO变换率 % 低变炉出口 CO变换率 % 175 180 185 190 195 200 205T(`C)Xp 低变炉催化剂平衡曲线 根据公式 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、 H2O、 CO2及 H2的起始浓度 t 160 180 200 220 240 260 T 433 453 473 493 513 533 Xp 兰州交通大学毕业设计 22 t 280 T 553 Xp 低变炉催化剂平衡曲线如下： 01160 180 200 220 240 260 280 300T(`C)Xp 13. 最佳温度曲线的计算 由于低变炉选用 B303Q 型催化剂。 查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》 B303Q 型催化剂的正反应活化能分别为E1=43250kJ/ kmol CO变化反应的逆反应活化能 E2为： E2 E1=r (△H ) 对于 CO变换反应 r=1，则 E2=(△H ) + E1 △H 为反应热，取其平均温度下的值，即： （ 180+200） /2=190℃， T=463K CO的反应式为： CO +H2O=CO2+H2 由《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知反应热是温度的函数，不同温度下的反应热可以用以下公式计算： △H = 3623 109 7 0 4 9 0 0 0 TTT   kcal/ kmol 得： △H =38900 kJ/kmol E2 =38900+43250=82150 kJ/kmol 兰州交通大学毕业设计 23 最适宜温度曲线由式 Tm=1212ln1 EEEE RTTee 进行计算 最适宜温度计算结果列于下表中： Xp T 409 427 444 462 479 497 t 136 154 171 189 206 224 Xp T 515 t 242 将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图： 01136 156 176 196 216 236 256T(`C)Xp 第三节．废热锅炉的热量和物料计算 1．已知条件： 进废热锅炉的转化气组份： 组份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合计 ％ 100 M3(标 ) koml 进废热锅炉的温度为： 920℃ 兰州交通大学毕业设计 24 出废热锅炉的温度为： 370℃ 进出设备的水温： 20℃ 出设备的水温： 370℃ 进出设备的转化气（湿）： 进出设备的水量： X koml 物量在设备里无物量的变化。 ： （ 1） 入热： 水的带入热 Q1 水在 20℃时 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q1=X*（ 20+273） * = 转化气的带入热 Q2： 转化气在 920℃时 T=1193K 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。