年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计

1、一 设计要求：1. 进行工段工艺流程设计，绘制带主要控制点的工艺流程图。 2. 进行工段物料计算、热量计算，并绘制物料衡算表、热量衡算表 。 3. 进行工段设备设计、选型，制备设备一览表。 4. 编写工段工艺初步设计说明书。 5. 绘制主要设备结构图和工艺流程图 设计原始数据：以在某化工厂的实际数据为原始数据组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，100目录说明书4前言442. 工艺条件43. 工艺流程的选择54. 主要设备的选择说明55. 工艺流程的说明 6第一章 物料与热量衡算71水汽比的确定72中变炉CO的实际变换率的求取83中变炉催化剂平衡曲线94. 最佳温度曲线的计算105中变炉

2、一段催化床层的物料衡算116中变一段催化剂操作线的计算177中间冷淋过程的物料和热量衡算178中变炉二段催化床层的物料与热量衡算199中变二段催化剂操作线计算232411低变催化剂操作线计算2912低变炉催化剂平衡曲线2913.最佳温度曲线的计算 3014废热锅炉的物料和热量衡算 313416主换热器的物料与热量的衡算3436第二章 设备的计算371. 中变炉的计算372. 主换热器的计算42设计的综述6参考文献49致谢50第一章 物料与热量衡算已知条件：组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，100计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变换气量：（1000/17）×22.4/（2

3、× M3(标) M3(标)年产3万吨合成氨生产能力（一年连续生产330天）：d=T/h要求出中变炉的变换气干组分中CO小于2。进中变炉的变换气干组分：组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，100M3(标)kmol假设进中变炉的变换气温度为330，取变化气出炉与入炉的温差为35，出炉的变换气温度为365。进中变炉干气压力a.1水气比的确定：考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2故V（水）V水m3(标) ，n(水)因此进中变炉的变换气湿组分组 分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量100M3(标)kmol2.中变炉CO的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol，其中

4、CO湿基含量为8.16，要求变换气中CO含量为2，故根据变换反应：CO+H2OH2+CO2，则CO的实际变换率公式为：Xp=×100 （2-1） 式中、分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基）所以：Xp=74则反应掉的CO的量为：×74则反应后的各组分的量分别为： H2O=28.56-6.04+0.48=23CO=8.16-6.04=2.12H2 =39.8+6.04-0.48=45.36CO2=6.86+6.04=12.9中变炉出口的平衡常数：Kp= （H2×CO2）/（H2O×CO）=12查 小合成氨厂工艺技术与设计手册 可知Kp=12时温度为39

5、7。中变的平均温距为397-365=32根据合成氨工艺与节能 可知中温变换的平均温距为：30到50，中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。3中变炉催化剂平衡曲线根据H2O/CO=3.5，与文献小合成氨厂工艺技术与设计手册上的公式XP=×100 V=KPAB-CDq=U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度计算结果列于下表：t300 320 340 360 380400T573593613633653673Xpt 420 440 460T693713733Xp中变炉催化剂平衡曲线如下：由于中变炉选用C6型催化剂，最适

6、宜温度曲线由式 进行计算。查3000吨合成氨厂工艺和设备计算C6型催化剂的正负反应活化能分别为E1=10000千卡/公斤分子，E2=19000千卡/公斤分子。最适宜温度计算结果列于下表中：XpT526t256 XpT671t398 XpTt将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：5中变炉一段催化床层的物料衡算已知条件：进中变炉一段催化床层的变换气的温度为330进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：组 分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量100M3(标)2kmol5.1 中变炉一段催化床层的物料衡算假设CO在一段催化床层的实际变换率为60假使O2与H2完全反应，O2 完全反应掉故在一段催化

7、床层反应掉的CO的量为：60× M3(标)kmol出一段催化床层的CO的量为： M3(标)kmol故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为：× M3(标)kmol故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为： M3(标)kmol故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积：V总（干） M3(标)故出中变炉一段催化床层的变换气干组分中CO的含量：CO=4.31%同理得：CO2=15.54%H2=58.47%CO2=15.54% N2=21.13%CH4=0.35%所以出中变炉一段催化床层的变换气干组分：组 分CO2COH2N2CH4合计含量15.5458.4721.130.35100

8、M3(标)43136.16kmol140.01剩余的H2O的量为：1184.113-202.9908+2× M3(标)kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的体积：V总（湿） M3(标)kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中H2O的含量 H2O= =24.19%故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中CO2的含量 CO2=11.78同理可得： CO=3.27 H2=44.33 N2=16.16 CH4=0.27所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（）：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)2koml5.2对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进

9、行估算：已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（）组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)2koml根据：Kp= （H2×CO2）/（H2O×CO查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当Kp=6.6时t=445设平均温距为35，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为：445-35=4155.3中变炉一段催化床层的热量衡算以知条件：进中变炉一段催化床层的变换气温度：330 出中变炉一段催化床层的变换气温度为：415可知反应放热Q：在变化气中含有CO，H2O，O2，H2 这4种物质会发生以下2种反应：CO +H2O=CO2+H2 （1）O2 + 2H2= 2

10、H2O （2）这2个反应都是放热反应。根据小合成氨厂工艺技术与设计手册可知为简化计算，拟采用统一基准焓（或称生成焓）计算。以P=1atm，t=25为基准的气体的统一基准焓计算式为：HT=H0298=Cpdt式中：HT气体在在TK的统一基准焓，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；H0298 该气体在25下的标准生成热， kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；T绝对温度，K；Cp 气体的等压比热容，kcal/（kmol.）kJ/（kmol.）气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：Cp=A0+A1×T+A2×T2+A3×T3+ 式中A0、A1

11、、A2、A3气体的特性常数将式代入式积分可得统一基准焓的计算通式：Ht=a0+a1×T+a2×T2+a3×T3+a4×T4 (5-1) 式中常数a0、a1、a2、a3、a4与气体特性常数及标准生成热的关系为： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4a0=H0298298.16a1298.162×a2298.163×a3298.164×a4采用气体的统一基准焓进行热量平衡计算，不必考虑系统中反应如何进行，步骤有多少，只要计算出过程始态和末态焓差，即得出该过程的总热效果。H=（ni×Hi）始（

12、ni×Hi）末 (5-2) 式中 : H过程热效应，其值为正数时为放热，为负数时系统为吸热，单位：kcal；（4.1868kJ）;ni 始态或末态气体的千摩尔数，kmol；Hi始态温度下或末态温度下；Hi 气体的统一基准焓，kcal/kmol，（4.1868kJ/kmol）现将有关气体的计算常数列于下表中分子式a0 a1a2 a3a4O21.90318×1032.15675×103-7.40499×1071.08808×1010H2-2.11244×103×104×107×1011H2O-×10

13、4×103×107×1011N2×103×104×107×1011CO×104×104×109×1011CO2×103×106计算O2的基准焓：根据基准焓的计算通式：Ht=a0+a1×T+a2×T2+a3×T3+a4×T4在415时T=415+273=683K将O2的常数带入上式得：Ht=1.90318×103+×683+2.15675×103×6832-7.40499×107

14、×6833+1.08808×1010×6834kcal/kmo kJ/kmol同理根据以上方法计算可得变换气的各个组分的基准焓列于下表组分O2H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放热： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末=kmolQ1=×（-38079.10484）=O2 + 2H2= 2 H2O （2）Q2=H2=（ni×Hi）始（ni×Hi）末气体反应共放热：Q=Q1+Q2气体吸热Q3根据物理化学教程知CO, H2,H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT

15、-2来计算热容，热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果得：物质COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以平均热容：Cpm= KJ/（kmol.T）所以气体吸热Q3=××(415-330)假设热损失Q4（一般热损失都小于总热量的10%）根据热量平衡的： Q= Q3 +Q4Q4=31760.979 kJ6 中变一段催化剂操作线的计算 有中变一段催化剂变换率及热平衡计算结果知： 中变炉入口气体温度 330 中变炉出口

16、气体温度 415 中变炉入口CO变换率 0 中变炉出口CO变换率 60%由此可作出中变炉催化剂反应的操作线如下：7中间冷凝过程的物料和热量计算：此过程采用水来对变换气进行降温。以知条件： 变换气的流量：设冷凝水的流量：X kg变换气的温度：415冷凝水的进口温度：20 进二段催化床层的温度：353 操作压力：1750kp冷凝水吸热Q1：据冷凝水的进口温度20查化工热力学可知h1 =83.96kJ/kg根据化工热力学可知： T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 3693.2 600 1800 3691.7 700 1600 3919.7 700 1800 3918.5冷凝水要

17、升温到353，所以设在353,626K,1750kp时的焓值为h对温度进行内查法：1600kpa时(626-600 )/(h-3693.2)=(700-626)/(3919.7-h) kJ/kg1800kpa时 （626-600）/（h- 3691.7）=(700-626)/( 3918.5-h) kJ/kg再对压力使用内查法得在353,626K,1750kp时的焓值h为：(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h) kJ/kgQ1= X(83.96)变换气吸热Q2根据表5-1.2和表5-1.3得：物质COCO2H2H2ON2CH4Cp31所

18、以Cpm= Yi*CpkJ/（kmol.T）Q2=×× kJ取热损失为0.04 Q2根据热量平衡：0.96 Q2= X(-83.96)X kmolM3(标)水的量为：M3(标) =50.3261 kmol所以进二段催化床层的变换气组分：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)kmol8中变炉二段催化床层的物料与热量衡算已知条件：所以进中变炉二段催化床层的变换气干组分：组 分CO2COH2N2CH4合计含量15.5458.4721.130.35100M3(标)3136.16kmol140.018.1中变炉二段催化床层的物料衡算：设中变炉二段催化床层的转化率

19、为0.74（总转化率）所以在CO的变化量为：×M3(标) =11.7658 kmol在中变炉二段催化床层的转化的CO的量为：M3(标)=2.11 kmol出中变炉二段催化床层的CO的量为： M3(标) =3.9269 kmol 故在二段催化床层反应后剩余的CO2的量为：487.3908+=M3(标) =23.873 kmol故在二段催化床层反应后剩余的H2的量为：1833.8478+=M3(标) =83.9826 kmol所以在二段催化床层反应后的变换气总量： V总（干）=87.96268+534.75532+1881.21232+668.34+ M3(标) =142.1218 km

20、ol所以出中变炉二段催化床层的变换气干组分：组 分CO2COH2N2CH4合计含量0.35100M3(标)kmol故在二段催化床层反应后剩余的H2O的量为：=M3(标) =48.207 kmol故出中变炉二段催化床层的变换气湿组分中CO的含量：CO= =2.06%同理得：CO2= =12.54%H2= =44.125% N2= =15.67%CH4= =0.26% H2O= =25.33%所以出中变炉的湿组分：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)6kmol对出中变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据：Kp= （H2×CO2）/（H2O×CO）查小

21、合成氨厂工艺技术与设计手册知当Kp=10.6时t=409设平均温距为44，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为：409-44=3658.2中变炉二段催化床层的热量衡算：以知条件：进中变炉二段催化床层的变换气温度为：353 出中变炉二段催化床层的变换气温度为：365变换气反应放热Q1: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5-1及表平均温度为632K时的生成焓。计算结果如下：组分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放热： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末kJ/kg所以得： Q1=2.11*kJ/kg气体吸热Q2：

22、根据物理化学教程知CO,H2,H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以得：Cpm=KJ/（kmol.T）故：Q2××（365-353）热损失：Q3=Q1-Q2=4584.95 kJ9中变二段催化剂操作线计算由中变二段催化剂变换率及热平衡计算结果知： 中变炉入口气体温度 353 中变炉出口气体温度 3

23、65 中变炉入口CO变换率 60% 中变炉出口CO变换率 74%所以中变炉的操作线如图：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/m3CO2COH2N2O2CH4H2O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/m3CO2COH2N2CH4H2O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/kJO2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已知条件：进低变炉的湿组分：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)kmol所以进低变炉催化床层的变换气干组分：组 分CO2COH2N2CH4合计含量

24、0.35100M3(标)kmol要将CO降到0.2（湿基）以下，则CO的实际变换率为：p=×则反应掉的CO的量为：× M3(标)=3.539 kmol出低温变换炉CO的量： M3(标) kmol出低温变换炉H2的量： 1881.21232+ M3(标)kmol出低温变换炉H2O的量： M3(标)=44.67 kmol出低温变换炉CO2的量: 534.75532 + M3(标)=27.41 kmol出低变炉催化床层的变换气干组分的体积：V总（干）=8.69868+= M3(标)= kmol故出低变炉催化床层的变换气干组分中CO的含量：CO=0.266%同理得：CO2=18.8

25、2%H2=60.08%N2=20.48%CH4=0.35%出低变炉的干组分：组 分CO2COH2N2CH4合计含量100M3(标)kmol出低变炉催化床层的变换气湿组分的体积：V总（干）=8.69868+= M3(标)= kmol故出低变炉催化床层的变换气干组分中CO的含量：CO=2.0%同理： CO2=14.4% H2=45.98% N2=15.68% CH4=0.26% H2O=23.47%所以出低变炉的湿组分：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)kmol对出底变炉的变换气温度进行估算：根据：Kp=（H2×CO2）/（H2O×CO）查小合成氨厂工

26、艺技术与设计手册知当Kp=141.05时t=223设平均温距为20，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为： t=22320=20310.2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：181 出低变炉催化床层的变换气温度为：203变换气反应放热Q1:在203时，T=476K，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5-1及表平均温度为476K时的生成焓。计算结果如下：组分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放热： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末kJ/kg所以：Q1×kJ/kg气体吸热Q2：根

27、据物理化学教程知CO, H2,H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol.T） 物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容物质ab/10-3c/10-6b/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以得：Cpm=kJ/（kmol.T）故：Q2××（203-181）热损失 ： Q3=Q1-Q2=141412.3742-138401.9044=3010.4698 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

28、物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O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/kJ11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 181 低变炉出口气体温度 203 低变炉入口CO变换率 74% 低变炉出口CO变换率 90.11%12 低变炉催化剂平衡曲线根据公式XP=×100V=KPAB-CDq=U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度t160180200220240260T433453473493513533Xpt280T553Xp低变炉催化剂平衡曲线如

29、下：13. 最佳温度曲线的计算由于低变炉选用B302型催化剂。查小合成氨厂工艺技术与设计手册B302型催化剂的正反应活化能分别为E1=43164kJ/ kmolCO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) + E1H为反应热，取其平均温度下的值，即：（181+203）/2=192，T=465KCO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= kcal/ kmol得：H kcal/kmo kJ/kmolE2 kJ/kmol最适宜温度曲线由

30、式Tm= 进行计算最适宜温度计算结果列于下表中：XpT402421440457475493t129148167184201220 XpT510t237将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：14废热锅炉的热量和物料衡算以知条件：进废热锅炉的转化气组份：组份CO2COH2N2CH4O2H2O合计100M3(标)kmol进废热锅炉的温度为：920出废热锅炉的温度为：330进出设备的水温：20出设备的水温：330进出设备的转化气（湿）：168.3 kmol进出设备的水量：X kmol在设备里无物料的变化。热量衡算：（1） 入热：水的带入热Q1水在20时 Cp=33.52 kJ/（kmol.T）所以：

31、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+CT-2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp故Cpm=kJ/（kmol.T）所以： Q2××（920+273）（2）出热：转化气的带出热Q3：转化气在330时T=603K根据物理化学

32、教程知CO, H2,H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以：Cpm=kJ/（kmol.T）因此： Q3××水的带出热Q4:水在330，T=603K时的热容为：Cp=36.55 kJ/（kmol.T）所以得：Q4=X××（330+273）热损失Q5:Q5×(Q1+ Q2

33、)热量平衡：×(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 0.96（废热锅炉热量平衡表带入热/kJ带出热/kJ热损失/kJ转换气水Q要使H2O/CO=3.5还要加入的水量为： （1184.113-818.73）÷22.4=16.312 kmol16主换热器的物料与热量的衡算已知条件：进出设备的变换气的量：190.33 kmol进出设备的水的量：X kmol物料的量在设备中无变化。温度：变换气进设备的温度：365变换气出设备的温度：250水进设备的温度： 20水出设备的温度： 90热量计算：（1） 入热： 变换气带入热:Q1 变换气在365时根据物理化学教程知CO, H2,H2O, C

34、O2, N2 ，可用公式Cp=a+b+CT-2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp故：Cpm=kJ/（kmol.T）所以： Q1××（365+273）水的带入热Q2:水在20时Cp=33.52 kJ/（kmol.T）所以得： Q2=X*(20+273)*33.52=9821.36*X出热：变换气在出口温度为250，T=523K时根据物理化学教程知CO, H2

35、,H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp故：Cpm=kJ/（kmol.T）所以得： Q3×523×水的带出热Q4:水在90时Cp=34.14 kJ/（kmol.T）得： Q4=X*34.14*(90+273)=12392.82*X热损失Q5根据热量平衡：0.96*（Q1+Q2）=Q3+Q4X=223.

36、16 kmol主换热器热量平衡表带入热/kJ带出热/kJ热损失/kJ转换气水Q以知条件：入设备的变换气温度：250出设备的变换气温度：181变换气带入的热量：Q1变换气带出的热Q2：变换气在181时T=454K时根据物理化学知CO, H2,H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。 热容的单位为kJ/（kmol.T）物质COH2H2OCO2N2a30b/10-3c/105-CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容:物质ab/10-3c/10-6d/10-9CH4计算结果：组分COH2CO2H2ON2CH4Cp29Cpm=kJ/（kmol.T）得： Q

37、2××4541变换气放出的热量：Q=Q1-Q2-Q3第二章 设备的计算2-1中变炉的计算2-1.1触媒用量的计算根据文献3000吨型合成氨厂工艺和设备计算可知： Vr=T0*V0 式中 Vr 触媒体积，M3(标)T0标准接触时间，h*m3/ M3(标)V0通过触媒的气体体积，M3(标)/h标准接触时间的计算公式如下：式中：W=Kp-1;U=Kp(A+B)+(C+D);V=KPAB-CD;q=Kp反应平衡常数；k1反应速度常数；n变换的CO的量，分子分率；其中A、B、C、D分别代表CO、CO2、CO2及H2的起始浓度2-1.2第一段床层触媒用量T/h已知条件：第一段床层变换气

38、进口温度为：330，第一段床层变换气出口温度为：415平均温度为：（330+415时反应速度常数k1=4600，加压时取校正系数：2.8，则：k1=4600*2.8=12880.进第一段床层变换气中N2%=16.12%则：V0=（3790÷17）×÷× M3(标)/h出第一段床层变换气中CO%=3.27%进第一段床层的变换气湿组分：组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100M3(标)354koml67n=8.16%-3.27%=4.89%×(0.0816+0.2856)+(0.0686+0.398)×××q

39、=所以： V01 =T0*V0 ×15489.7=7 M3所以：V0 1=7× M32-1.3 第二段床层触媒用量已知条件：第二段床层变换气进口温度为：353，第二段床层变换气出口温度为：365平均温度为：（353+365）/2=359由3000吨型合成氨厂工艺和设备计算得到在375时反应速度常数k1=4600，在317时反应速度常数k2=2130。使用内插法：（375-359）/（4600-k）=（353.5-317）/（k-2130） k=3684加压时取校正系数：2.8，则：k1=3684*2.8=10315进中变炉二段床层的组分：组 分CO2COH2N2CH4H2O

40、合计含量100M3(标)35koml670出中变炉二段床层的CO组分：2.06%n=3.17%-2.06%=1.11%由小合成氨厂工艺技术与设计手册 得到在359××××q=所以： V02=T0*V0 ×=M3所以：V02 × M3中温变换炉触媒用量:V= V01+V02 M3C6触媒堆重量:3790/17×÷(22.56%×3/h÷12.5=883.1 Nm3干气/(h* m3触媒)2-1.4 触媒直径的计算计算触媒直径的公式:催化剂床层阻力降:P=P气体通过触媒床的压力降;f 摩擦系数,一般

41、取1.5;G气体重量流速,公斤/(米3*小时);r 气体在操作状态下的重度, 公斤/米3;dp颗粒直径,米;L触媒床高度,米;E=0.378+0.308 dp/ DtDt触媒层直径,米;C6型触媒外型尺寸为9×8毫米圆柱体dp=(6×Vp) ÷SpVp×(0.009)2××10-7Sp =2××(0.009)2×××10-4则: dp×10-3××10-3÷（2）中变炉第一段催化床层的阻力降:第一段催化床层变换气的压力:1750kp第一段催化床层变换气的平均分子量：M=第一段催化床层变换气的重度：r=3 气体重度流量(湿)G：G=2237.282 kg/m3 *h第一段催化床层的高度:L= 第一段催化剂床层阻力降:P = 3（3） 中变炉第二段催化床层的阻力降:第二段催化床层变换气的平均温度359第二段催化床层变换气的平均分子量:M=第二段催化床层变换气的重度:r=3 气体重度流量(湿)GG= =2252.76 kg/m3 *h第二段催化床层的高度:L= 第二段催化剂床层阻力降:P =3中变炉催化剂的总阻降：P总 =74.999 kgf/m3所以计算得中变炉催化剂的总阻降符合要