合成氨工艺及设计计算

第一章材料和热平衡计算已知条件：表1-1原料气体成分含量table 1-1 of the feed gas components in分组CO2共同H2N2O2CH4总计内容，%9.6011.4255.7122.560.330.38100计算标准：1吨氨生产1吨氨所需的转换气体计算：(1000/17)22.4/(222.56)=2920.31 m3(标准)转换气体2962.5 m3(标准)，因为生产过程中可能会丢失物料年生产12万吨氨的能力(连续一年生产330天):每日产量：120000/330=363.6t/d=15.16t/h中间高炉转化气体干成分的co%必须小于2%。中高炉转化空气干燥成分：表1-2中间转化炉的改性空气干燥成分table 1-2 into the furnce in the variable component of the transformation air-dry分组CO2共同H2N2O2CH4总计内容，%9.611.4255.7122.560.330.38100M3(标准)284.44338.321650.41668.349.7811.262962.50Kmol12.69615.10373.67929.8370.4360.503132.25假定中央转化炉的转化温度为330 ，转化炉的温差为35 ，转化炉的转化炉温度为365 。中高炉干气压力为1.75Mpa。1.1确定水蒸气比例：考虑到原煤中转换的原料气，采取H2O/CO=3.5因此，V(水)=3.5 V水=1184.113m3(标准)，n(水)=52.862kmol因此，中间高炉的转换气体和湿成分如下。表1-3中间转化炉转换气体和湿度成分table 1-3 into the furnce of transformation in the variable component wet gas分组CO2共同H2N2O2CH4H2O总计内容%6.868.1639.8016.120.240.2728.56100M3(标准)284.42338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61Kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.121.2计算变压器CO的实际变化率：假设湿转换气体为100mol，CO湿基准含量必须为8.16%，转换气体的CO含量必须为2%，因此根据转换反应，如下所示：Co H2O=H2 CO2，CO的实际折换率公式为：Xp=X2/X1100%中间X1，X2分别是转换气体中CO的摩尔分数(湿基准)所以：Xp=74%反应的CO数量为：8.1674%=6.04反应后，每个组的数量为：H2o%=28.56%-6.04% 0.48%=23%Co%=8.16%-6.04%=2.12%H2%=39.8% 6.04%-0.48%=45.36%Co2%=6.86% 6.04%=12.9%中间高炉出口平衡常数：Kp=(H2% CO2%)/(H2O% co%)=12确认小合成氨厂工艺技术与设计手册表明Kp=12点温度为397 。中等变形的平均温度距离为397 365=32根据合成氨工艺与节能，中温变换的平均温度距离为30 到50 ，中间变量的平均温度距离合理，因此可以使用H2O/CO。1.3变压器催化平衡曲线根据H2O/CO=3.5，文献小合成氨厂工艺技术与设计手册的公式和XP=X2/X1100%V=KP(AB-CD)U=KP(A B) (C D)W=KP-1其中a、b、c和d分别表示CO、H2O、CO2和H2的起始浓度计算结果显示在下表中。表1-4 t-t-x p关系Table 1-4 t-T-Xp relationst300320340360380400t573593613633653673Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058表1-5 t-t-x p关系Table 1-5 t-T-Xp relationst420440460t693713733Xp0.68590.64160.59631.4最佳温度曲线计算因为在中变炉中选择了C6型催化剂，所以最合适的温度曲线是用表达式计算的。检验3000吨合成氨厂工艺和设备计算 C6催化剂的正负反应活化能分别为：E1=10000KJ/Kmol，E2=19000 KJ/Kmol。最佳温度计算结果如下：表1-6t-t-x p配置Table 1-6 t-T-Xp compositionXp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5表1-7t-t-x p配置Table 1-7 t-T-Xp compositionXp0.670.640.610.580.550.52t638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6表1-8 t-t-x p配置Table 1-8 t-T-Xp compositionXp0.490.45t702.6716.6t429.6443.61.5中间重整装置催化床材料平衡计算已知条件：中央转化炉催化床转化气体的温度为330 中间转化炉催化剂床的转化气体和湿度成分如下：表1-9中间转化炉催化床转化气湿组分table 1-9 into the furnce section of catalytic change in the bed of wet gas components transform分组CO2共同H2N2O2CH4H2O总计内容%6.868.1639.816.120.270.2428.56100M3(标准)284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61Kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.121.5.1中间转化炉催化床材料平衡计算假设催化剂床中CO的实际转化率为60%如果O2和H2完全反应，则O2完全反应因此，催化剂床内反应的CO量为：60% 338.318=202.9908 m3(标准)=9.062kmol催化剂床CO的量为：338.318-202.9908=135.3272 m3(标准)=6.0414kmol因此，催化剂床反应后剩下的H2量为：1650.409 202.9908-29.776=1833.8478 m3(标准)=81.868kmol因此，催化床反应后剩下的二氧化碳量为：284.4 202.9908=487.3908 m3(标准)=21.758kmol因此，中高炉催化床转换气体干成分体积：v总计(干)=135.3272 487.3908 1833.8478 668.34 11.258=3136.1638 m3(标准)因此，中高炉催化床转化气体干成分CO含量：Co%=4.31%同样的道理：Co2%=15.54%H2%=58.47%Co2%=15.54%N2%=21.13%Ch4%=0.35%因此，中间高炉催化床的改性空气干燥成分如下：表1-10催化床转化气干成分向中间转变table 1-10 to change in the furnce section of the catalytic bed transform air-dry components分组CO2共同H2N2CH4总计内容%15.544.3158.4721.130.35100M3(标准)487.39135.331833.84668.3411.253136.16Kmol21.766.0481.8729.830.50140.01其馀H2O的数量为：1184.113-202.9908 29.776=1000.6742 m3(标准)=44.6729kmol因此，中高炉催化床转换气体和湿气成分体积：v总计(湿式)=135.3272 487.3908 1833.8478 668.34 11.258 1000.6742=4136.838 m3(标准)=184.68kmol因此，中间转化炉催化床转化气湿组分H2O含量H2o%=24.19%因此，CO2含量对中间转化炉催化床转化气湿组分的Co2%=11.78%同样，您可以获得：Co%=3.27%H2%=44.33%N2%=16.16%Ch4%=0.27%因此，出口炉催化剂床转换气体和湿气成分含量(%)如下：表1-11中间转化炉催化床转化气体和湿度成分含量(%)table 1-11 to change in the furnce section of the catalytic bed transform components in wet gas(%)分组CO2共同H2N2CH4H2O总计内容%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标准)487.39135.331833.84668.3411.261000.674136.92鼻子ml21.766.0481.8729.830.5044.67184.681.5.2催化床气体转化为中间变化的温度估算：中间转化炉的催化床之一转化的空气和湿气成分的含量(%)如下：表1-12中间转化炉催化床转化气体和湿度成分含量(%)table 1-12 to change in the furnce section of the catalytic bed transform components in wet gas(%)分组CO2共同H2N2CH4H2O总计内容%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标准)487.39135.321833.84668.3411.261000.674136.92鼻子ml21.766.0481.8729.830.5044.67184.68基准：KP=(H2% CO2%)/(H2O% co%)计算方法为K=6.6确定小合成氨厂工艺技术与设计手册 Kp=6.6小时t=445c如果将平均温度距离设置为35 ，则中间高炉的催化床转换气体温度为：445 35=4151.5.3中间转变炉催化床热平衡计算已知条件：催化剂床转换气体温度：330c中间转变炉的催化床转换气体温度为415 反应热q表明，变化气体中包含CO、H2O、O2、H2的四种物质会产生以下两种反应：CO H2O=CO2 H2 (1)O2 H2=2 H2O (2)这两种反应都是发热反应。根据小合成氨厂工艺技术与设计手册，为了简化计算，建议进行合并基准焓(或生成焓)计算。基于P=1atm，t=25c的气体的合并基准焓公式为：HT=H(298k)=Cpdt正在样式中：Ht-TK中气体的统一标准焓，kcal/kmol(4.1868 kj/kmol)； h (298k)-此气体在25 时在标准，kcal/kmol (4.1868 kj/kmol)下产生热量。T-绝对温度，k；Cp-气体的等压比热容，kcal/(kmol .c) 4.1868 kj/(kmol .气体等压比热容与温度的关系是以下经验。Cp=A0 a1t a 2t2 a 3t3.表达式中的A0、A1、A2、A3.气体的特性常数交替积分可以得到统一标准焓的计算公式。Ht=a0 a1T a2T2 a3T3 a4T4