合成氨變換工段畢業設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 %，則三段催化劑層中CO反應量為：CO==(每100Nm3干半水煤氣)CO總反應量==氣體出三段催化劑層溫度為380℃，平衡溫距取18℃，出口氣平衡溫度為398℃，查表得398℃時的Kp=。此時 (27)a=，c=，d=將a，c，d的值代入(17)Kp==解得，b=，即如三段催化劑層汽/氣=三段入爐蒸汽量為：4 15=1 Nm3/h=入三段催化劑層濕氣組分如表211。表211 三段入爐濕氣組分組分CO2COH2N2CH4H2O合計%100Nm3/h1 2 1 5 kmol/h 平衡變換率計算以及出三段催化劑層氣體的計算設380℃時，CO平衡變換率為Xp，380℃時，Kp= (28)a=，b=，c=，d=將a，b，c，d代入(18)=解得Xp=%實際變換率為平衡變換率的百分數：出三段催化劑層干氣體量為：4 +=4 其中：CO2=1 +=1 CO=()= H2=2 +=2 出三段催化劑層干氣組分如表212。表212 出三段催化劑層干組分組分CO2COH2N2CH4合計%100Nm3/h1 2 4 kmol/h出三段催化劑層剩余蒸汽量為：1 =1 Nm3/h=出三段催化劑層濕氣組分如表213。表213 出三段催化劑層濕氣組分組分CO2COH2N2CH4H2O合計%100Nm3/h1 2 1 5 kmol/h(4) 中間冷凝過程物料衡算此過程采用冷凝水來對變換氣進行降溫已知條件：變換氣的流量： 冷凝水流量：Xkg變換氣溫度：450℃冷凝水進口溫度：20℃進二段催化劑床層溫度：350℃操作壓力：1 750kPa冷凝水吸熱：Q1據冷凝水的進口溫度20℃，查《化工熱力學》可知，h1=，冷凝水升溫至450℃，所以設在450℃，1 750kPa時的焓值為h，對溫度進行內查法：1 600kPa時：得h=3 1 800kPa時：得h=在對壓力使用內查法得，在350℃，1 750kPa時的焓值為：得h=Q1=X(3 )變換氣吸收熱量Q3表214 部分組分的Cp物質COCO2H2H2ON2CH4Cp31由公式： Cpm= (29)得，Cpm=31+++++=(kmolt)得，Q2=(450350)=71 ，根據熱平衡：=X(3 )得X==故進催化劑二段水的量為：+ 熱量衡算 中變爐一段CO變換反應熱量衡算計算CO變換反應一段催化劑層熱量損失(1) 入熱計算：CO反應放熱Q1氣體由320℃升至450℃，反應取平均溫度385℃，算得在385℃時反應熱為：HK=9 Q1=() 38 =1 028 燃燒熱： Q2=115 600=68 320kmol=28 6041kJ/h合計： Q1+Q2=1 314 (2) 出熱計算：氣體溫度升高吸收熱量:Q3氣體溫度升高130℃，氣體在平均溫度385℃(kmol℃),則Q3為：Q3=130=997 熱損失：Q4合計： Q4+997 熱平衡：Q1+Q2=Q3+Q4解得：Q4=317 在一段變換反應中，應向系統補充317 中變爐二段CO變換反應熱量衡算計算CO變換反應二段催化劑層熱量損失(1) 入熱計算：CO反應放熱Q1氣體由350℃升至400℃，反應取平均溫度375℃，算得在375℃時反應熱為：HR=9 Q1=()38 =342 補充熱量：Q2合計：342 +Q2(1) 出熱計算：氣體溫度升高吸收熱量：Q3氣體溫度升高50℃，氣體在平均溫度375℃(kmol℃),則Q3為：Q3=50=360 熱平衡：Q1+Q2=Q3解得：Q2=17 在二段反應中，應向系統補充12 [9] 中變爐三段CO變換反應熱量衡算計算CO變換反應三段催化劑層熱量損失(1) 入熱計算：CO反應放熱Q1：氣體由350℃升至380，反應取平均溫度365℃，算得在365℃時反應熱為：HQ=9 Q1=()38 =125 補充熱量：Q2合計：Q2+125 (2) 出熱計算：氣體溫度升高吸收熱量：Q3氣體溫度升高50℃，氣體在平均溫度375℃(kmol℃),則Q3為：Q3=30=275 熱平衡：Q1+Q2=Q3解得：Q2=150 在三段變換反應中，應向系統補充150 [10]。 換熱器熱量衡算已知條件：進設備的氣量： 進設備的水量：Xkmol/h 物料在設備中無變化 變換氣進設備為400℃出設備溫度為350℃水進設備溫度為20℃出設備溫度為150℃(1) 入熱變換氣帶入熱量Q1變換氣在400℃時，根據公式Cp=a+b+cT2來計算熱容，如表215。表215 物質的比熱容物質COH2H2OCO2N2a30b/102c/105—CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計算如表216。表216 CH4的熱容物質ab/103c/106d/109CH4計算結果如表217。表217 部分物質的熱容物質COH2H2OCO2N2CH4Cp故，Cpm==+++++=(kmolT)所以，Q1=(400+273)=6 157 水的帶入熱Q2：水在20℃時，Cp= kJ/(kmolT)所以，Q2=X(20+273)=9 同理可知， kJ/(kmolT)所以,Q3=623=5 359 水的帶出熱Q4：水在150℃時的Cp= kJ/(kmolT)所以得，Q4=X(150+273)=14 熱損失Q5：(Q1+Q2)根據熱平衡：(Q1+Q2)=Q3+Q4得，X=[11] 物料衡算熱量衡算一覽表在以上的計算過程中，均以1t/h為計算標準，,，最終數據如下表[12]。 表218 物料衡算一覽表變換率%CO反應量kmol/hCO剩余量kmol/hCO2剩余量kmol/h蒸汽剩余量kmol/hH2含量kmol/h一段 1二段1 三段1 219 熱量衡算一覽表帶入熱kJ/h帶出熱kJ/h熱損失kJ/h變換氣68 353 59 487 —水116 408 17 307 —總熱量799 944 767 949 3 199 第3章 設備選型 設備選型原則所謂設備選型即是從多種可以滿足相同需要的不同型號、規格的設備中，經過技術經濟的分析評價，選擇最佳方案。設備選型首先應考慮的是生產上適用；其次是技術上先進，在生產適用的基礎上力求做到技術上先進，經濟上合理。把生產上適用、技術上先進與經濟上合理統一起來選以獲得最大的單位產量；能適應產品品種變化的要求，并確保產品質量；能降低勞動強度提高勞動生產率，能降低原材料及相應的公用工程(水、電、氣)的能耗；能改善環境保護；設備制造較易，材料易得，操作及維修保養方便。化工設備進行設備選型時要注意以下經濟指標的滿足：即單位生產能力高、消耗系數低、設備價格便宜、制造容易、結構簡單、用材不多、管理費用低的設備。另外除了要滿足這些經濟指標外，在結構上還應滿足下述各項要求。(1)化工設備及構件應滿足強度與剛性的要求，達到規定的標準。(2) 設備的耐久性主要取決于設備腐蝕的情況。一般化工設備的使用年限為10～20年，而高壓設備為20～25年。(3) 密封性對化工設備是一個很重要的問題，特別在處理依然、易爆、有毒介質時尤其重要。要根據有毒物質在車間的允許濃度來確定設備的密封性。(4) 在用材和制造上，要盡量減少材料用量，特別是一些貴重材料。同時又要盡量考慮制造方便，減少加工量，力求降低設備的制造成本。 主要設備計算 中變爐設備計算(1) 觸媒用量計算[13][14]根據文獻知： Vr=t0V0 (31)式中 Vr—觸媒體積，m3t0—標準接觸時間，h m3 / M3(標)V0—通過觸媒的氣體體積，M3(標)/h標準接觸時間的計算公式： (32)式中