年產十萬噸合成氨變換工段工藝設計終稿畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 a3 a4O2103 10–310–710–10H210310－410－710－11H2O10410－310－710－11N210310－410－710－11CO10410－410－910－11CO210－310－6計算O2的基準焓：根據基準焓的計算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 (211)在415 ℃時T=415+273=683 K。將O2的常數帶入上式得：Ht=103+683+10–310–76833+10–106834=同理根據以上方法計算可得變換氣的各個組分的基準焓列于表210。表 210 變換氣各組分的基準焓組分O2H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）反應放熱： CO +H2O=CO2+H2 （7） 反應焓變：△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =+++= kJ/kmolQ1=（）= kJO2 + 2H2= 2 H2O （8）反應焓變：Q2=△H2=（∑niHi）始－（∑niHi）末= kJ氣體反應共放熱：Q=Q1+Q2=+= kJ氣體吸熱Q3：根據《物理化學教程》知CO，H2，H2O，CO2，N2可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容，熱容的單位為kJ/（）表211 變換氣組分的a、b、c常數列表物質COH2H2OCO2N2a30b/103c/105表 212 甲烷的的a、b、c、d常數列表物質ab/103c/106d/109CH4CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容。熱熔計算結果如表213所示。表213 變換氣各組分在683K時熱熔列表物質COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以平均熱容：Cpm=∑YiCp= KJ/（）所以氣體吸熱：Q3=(415330)= kJ假設熱損失Q4（一般熱損失都小于總熱量的10%）。根據熱量平衡的： Q= Q3 + Q4Q4= kJ 中變一段催化劑操作線的計算 有中變一段催化劑變換率及熱平衡計算結果知： 中變爐入口氣體溫度330 ℃。 中變爐出口氣體溫度415 ℃。 中變爐入口CO變換率0。 中變爐出口CO變換率60%。由此可作出中變爐催化劑反應的操作線如圖23所示：圖 23 中變爐催化劑反應的操作線圖 中間冷凝過程的物料和熱量計算此過程采用水來對變換氣進行降溫。以知條件：變換氣的流量： koml。設冷凝水的流量：X kg。變換氣的溫度：415 ℃。冷凝水的進口溫度：20 ℃。 進二段催化床層的溫度：353 ℃。 操作壓力：1750 kpa。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 = kJ/kg。根據《化工熱力學》可知溫度、壓強與焓值的關系如表214所示。表 214 溫度、壓強與焓值的關系表 T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷凝水要升溫到353 ℃，所以設在353 ℃, 626 K,1750 kpa時的焓值為H。對溫度進行內查法：1600 kpa時：(626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg1800 kpa時： （626600）/（）=(700626)/( ) h= kJ/kg再對壓力使用內查法得在353 ℃,626K,1750kp時的焓值H為：(17501600)/()=(18001750)/()H= kJ/kg。Q1= X( )。變換氣吸熱Q2：由表（213）知：Cpm= ∑YiCp = kJ/（）。Q2=(415353)= kJ。 Q2。根據熱量平衡： Q2= X() X= kg= kmol= m3(標)水的量為：+= m3(標) = kmol所以進二段催化床層的變換氣組分如表215所示.表 215 變換氣進二段催化床層各組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)kmol 中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算已知條件：所以進中變爐二段催化床層的變換氣干組分如表216所示。表216 進中變爐二段變換氣干組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)kmol：（總轉化率）。所以在CO的變化量為：= m3(標) = kmol在中變爐二段催化床層的轉化的CO的量為：（）= m3(標)= kmol出中變爐二段催化床層的CO的量為：= M3(標) = kmol 故在二段催化床層反應后剩余的CO2的量為：+= m3(標) = kmol故在二段催化床層反應后剩余的H2的量為：+= m3(標) = kmol所以在二段催化床層反應后的變換氣總量：V總（干）=++++ = m3(標) = kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分如表217所示。表217 變換氣出中變爐二段時變換氣干組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)kmol故在二段催化床層反應后剩余的H2O的量為：= m3(標) = kmol故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中CO的含量：CO％= =%同理得：CO2％= =%H2％= =% N2％= =%CH4％= =%H2O％= =%所以出中變爐的濕組分如218所示。表218 變換氣出中變爐濕氣組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100m3(標)kmol對出中變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算：根據：Kp= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計算得Kp=查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》知當Kp==409 ℃設平均溫距為44 ℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409℃44℃=365 ℃。 中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353 ℃。 出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365 ℃。變換氣反應放熱Q1：計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣，使用公式211及表210計算平均溫度為632 K時的生成焓。計算結果如表219所示。表219 變換氣各物質的生成焓列表組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）反應放熱： CO +H2O=CO2+H2 （9）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kg所以得： Q1== kJ/kg氣體吸熱Q2：根據《物理化學教程》知CO，H2，H2O，CO2，N2，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算。表 220 各組分的a、b、c常數列表物質COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容。表 221 甲烷的的a、b、c、d常數列表物質ab/103c/106d/109CH4計算各物質熱熔結果如表222所示。表222 變換氣各組分在623K時的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp 所以得：Cpm=∑YiCp= kJ/（）故：Q2=（365353）= kJ熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 中變爐物料、熱量恒算結果列表表 223 中變爐一段物料平衡表組分進中變換爐的物料量/m3 出一段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2O2——————————CH4H2O合計表 224 中變爐二段物料平衡表組分進二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O合計表 225 中變爐一段熱量平衡表反應放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJCO反應：O2反應：總熱量：表226 中變爐二段熱量平衡表反應放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ 低變爐的物料與熱量衡算已知進中變爐的濕氣組分如表227所示，干變換氣的組分如表228所示。表 227 變換氣進低變爐時濕氣各組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100m3(標)kmol表 228 變換氣進低變爐干氣各組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100m3(標)kmol 低變爐的物料衡算要將CO％％（濕基）以下，則CO的實際變換率為：p ％=100=％則反應掉的CO的量為：％= M3(標)= kmo