最新合成氨變換工段工藝設計-資料下載頁

【導讀】武漢工程大學本科畢業設計 I 蚅腿膅莂袈膁莂羀裊蒀莁蝕肀莆莀螂袃節荿襖肈膈莈薄袁肄蕆蚆肇莂蕆蝿衿羋蒆羈肅芄蒅蟻羈膀蒄螃膃肆蒃裊羆蒞蒂薅膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀肅薀袂羃莁蕿蟻螅莇薈螄肁芃薇袆襖腿薆薆聿肅薅蚈袂莄蚅螀肈芀蚄袃袀膆蚃薂肆肂螞螅衿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節蠆蠆膂膈芆螁羅肄芅袃膁莃莄薃羄艿莃蚅腿膅莂袈膁莂羀裊蒀莁蝕肀莆莀螂袃節荿襖肈膈莈薄袁肄蕆蚆肇莂蕆蝿衿羋蒆羈肅芄蒅蟻羈膀蒄螃膃肆蒃裊羆蒞蒂薅膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀肅薀袂羃莁蕿蟻螅莇薈螄肁芃薇袆襖腿薆薆聿肅薅蚈袂莄蚅螀肈芀蚄袃袀膆蚃薂肆肂螞螅衿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節蠆蠆膂膈芆螁羅肄芅袃膁莃莄薃羄艿莃蚅腿膅莂袈膁莂羀裊蒀莁蝕肀莆莀螂袃節荿襖肈膈莈薄袁肄蕆蚆肇莂蕆蝿衿羋蒆羈肅芄蒅蟻羈膀蒄螃膃肆蒃裊羆蒞蒂薅膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀肅薀袂羃莁蕿蟻螅莇薈螄肁芃薇袆襖腿薆薆聿肅薅蚈袂莄蚅螀肈芀蚄袃袀膆蚃薂肆肂螞螅衿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節蠆蠆膂膈芆螁羅肄芅袃膁莃莄薃羄艿莃蚅腿

　　

【正文】 converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計 % 100 Nm3 kmol 第一變爐熱量衡算 （ 1）第一變換爐內 CO 變換反應放熱量為 Q1 氣體由 200 ℃ 上升到 360 ℃ ，平均溫度 tm=280 ℃ 。 查文獻 [1]知 CO 變換反應的 k J /k m o l39572)( ??? H ，則由表 22 和表 24 中的數據可求出 9 5 5 0)( 71 ?????Q （ 2）氧氣和氫氣燃燒放熱 Q2 查文獻 [2]可知氧氣和氫氣燃燒焓為 484017 kJ/kmol，則kJ102 2 8 4 0 1 62 ????Q （ 3）氣體溫度上升吸熱 Q3 在平均溫度 285 ℃ 和平均壓力 MPa 下可查出 Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?K Cp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(O2)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 則平均比熱容： )( ???? ????????mPC = kJ/kmol?K 氣體吸熱 tQ ???? 武漢工程大學 本科畢業設計 14 設熱損失 Q4 =106 kJ 由熱平衡方程式 1 2 3 4Q Q Q Q? ? ? 將上述數據代入熱平衡方程式知： △ t=160 ℃ 。 可知道結果與實際所取溫度一致，故不需要進行重復計算。 第一變換爐催化劑層 CO 變換反應平衡曲線 由平衡變換率的計算公式： )()( )()(OHCO HCO 2 22 pp ppp AXBAXA AXDAXCpp ppK ??? ????? 可求出各溫度下的平衡轉化率，結果見表 25。 表 25 第一變換爐 CO 在各溫度下的平衡轉化率 Table 25 The equilibrium conversion rate of CO in the first converter T， ℃ 200 230 250 270 290 310 330 350 370 400 Kp Xp， % 以 200 ℃ 為例，計算過程如下： 在 200 ℃ 時，查表知 Kp= 由式（ 21）知： 222C O H 2C O H O 2( ) ( 2 O % )( ) ( 2 O % )ppppp C A X D A XK p p A A X B A X? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? 代入數據得： ))(( ))(( OHCO HCO 2 22 ???? ?????? PP PP XX XXpp pp 解上式可得： Xp= 將以上數據作圖可得平衡曲線圖，見圖 21。 武漢工程大學 本科畢業設計 15 CO 在第一變換爐催化劑床層最適宜溫度 查文獻可得最適宜溫度計算公式為 [1]： 22 1 11emeTT RT EInE E E? ? ? （ 23） 式中 ， Tm——最適宜溫度， K Te——平衡溫度， K R——通用氣體常數， kJ/kmol E E2——正 、 逆反應活化能， kJ/kmol 21 ()RE E V H? ? ?? RH?? —— CO 變換反應熱， kJ/kmol 對于變換反應 r =1 查文獻 [1]可知 E1 = 43340 kJ/kmol，在平均溫度 280 ℃ 時，由式： 3 2 6 310 00 0 0. 29 1 2. 84 5 10 0. 97 03 10H T T T??? ? ? ? ? ? ? ? 代入數據，可得 RH?? =。 CO 變換的逆反應活化能 E2 為 16 76433 40)(12 ? ?????? HEE 當 Xp=%時， Te=200+= K 將上面的數據代入式（ 23）可得： 4 3 3 40 2 9 16ln 9 5 76????mT tm = ℃ 。 同理，可分別求出各轉化率下的 最適宜溫度，結果見下表 26。 武漢工程大學 本科畢業設計 16 表 26 第一變換爐 CO 轉換最適宜溫度 Table 26 The optimal temperature for CO in the first Shift Converter Xp， % Te， K Tm， K tm， ℃ 3136 由以上數據作圖可求得最適宜溫度曲線，見圖 21。 CO 在第一變換爐催化劑層變換反應操作線 由第一變換爐催化劑變換率及熱平衡計算可知 入口氣體溫度 200 ℃ 出口氣體溫度 370 ℃ 入口 CO 變換率 0 出口 CO 變換率 % 由此可作出第一變換爐催化劑床層操作線 如 圖 21 所示 0102030405060708090100 200 300 400 500溫度，℃轉化率，%平衡曲線 最適宜溫度 操作線 武漢工程大學 本科畢業設計 17 第二變換爐第一段催化劑層物料及熱量衡算 第二變換爐第一段催化劑層汽 /氣比 設在此段 CO 的總轉化率達到 88%，可知 CO 在此段催化劑層的總轉化量為 1 2 7 5% 0 5 4 0 3 ????? NmCO kmol 則知 CO 在此段催化劑層的轉化量為 == kmol 根據以上計算 可得 CO 在此段的轉化率為 %% ?? 設氣體入口、出口溫度分別為 230 ℃ 、 280 ℃ ，平衡溫距取 70 ℃ ，則出口氣體平衡溫度為 350 ℃ 。查文獻 [1]知此時的 Kp=。 由前面的計算可知 A=、 C=、 D= 代入式（ 21）解得 B= 則可以 得到 汽氣比為 。 此時所需總蒸汽量為 )( ??? 則需補充的蒸汽量為 = Nm3 此時總的蒸汽量為 += Nm3 由以上的計算可求出此時的入爐濕氣組成，結果見下表 27。 表 27 入第二變換爐第一段變換氣組成 Table27 The position of the shift gas inlet the first paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計 % 100 Nm3 kmol 武漢工程大學 本科畢業設計 18 第二變換爐第一段催化劑層 CO 的平衡轉化率計算 由出口平衡溫度 350℃ ，查文獻 [1]知 Kp=，由公式（ 22）代入數據得： %))(42..())((???????????pppppXXXXX 出口濕氣體組成計算如下： CO 的量 2 6 4)( 2 1 6 ??? 3Nm CO2的量 1 6 7 9 5 7 1 9 ?? 3Nm H2的量 2 2 1 9 5 9 0 5 4 ?? H2O 的量 2 9 9 5 2 2 4 4 ?? 3Nm 由上面的計算可得出出口濕變換氣的組成 ,結果見下表 28。 表 28 出第二變換爐第一段催化劑變換氣組成 Table27 The position of the gas outlet the first paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計 % 100 Nm3 kmol 出口溫度校核 %% %% 2 22 ????? ?? OHCO HCOK P 由上述計算可知與所取 Kp 相差不大 ， 故不重復計算。 第二變換爐第一段催化劑熱量衡算 （ 1） CO 放熱 Q1 設第二變換爐一段內 CO 變換反應放熱量為 Q1 氣體由 230℃ 升至 280℃ ，平均溫度 tm=255 ℃ ， 查文獻 [1]知 武漢工程大學 本科畢業設計 19 k J /k m o l39762)( ??? H 則 61 39 76 2 ( 18 70 .6) 7 10 kJQ ? ? ? ? ? （ 2）氣體溫度上升吸熱 Q2 濕變換氣在平均溫度 255 ℃ ，平均壓力 MPa 下，查文獻 [1]知 Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?