年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计

1、毕业设计任务书设计要求: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，9.6011.4255.7122.560.330.38100目录说明书4前言 41. 工艺原理 42. 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

2、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 2310.低变炉的物料与热量衡算 2411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 3115.水蒸汽的加入 3416主换热器的物料与热量的衡算 3417.调温水加热器的物料与热量衡算 36第二章设备的计算371. 中变炉的计算 372. 主换

3、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CO2COH2N202CH4合计含量，9.6011.4255.7122.560.330.38100计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变换气量:（1000/17）X 22.4/ （2X 22.56） =2920.31 M3（标标）因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2962.5 M3（标）年产3万吨合成氨生产能力（一年连续生产 330天）:日生产量：30000/330=90.9T/d=3.79T/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CO2COH2N2O2C

4、H 4合计含量，9.611.4255.7122.560.330.38100m3（标）284.44338.321650.41668.349.7811.262962.50kmol12.69615.10373.67929.8370.4360.503132.25假设进中变炉的变换气温度为 330C,取变化气出炉与入炉的温差为35C,出炉 的变换气温度为365 Eo进中变炉干气压力 P中=1.75Mpa.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H2O/CO=3.5故 V （水） =3.5 V 水=1184.113m3（标）,n（水）=52.862kmol因此进中变炉的变换气湿组分组分

5、CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量6.868.1639.8016.120.240.2728.56100M3（标）284.42338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.122.中变炉CO的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol，其中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+H2O= H2+CO2,则CO的实际变换率公式为：Xp% = Ya Ya x 100(2-1)Ya (1 + Ya )式中Ya、Ya分别为原料及变换气中C

6、O的摩尔分率(湿基)所以：Xp-8.1604100(100 +2 ”8.16=74%则反应掉的CO的量为：8.16X 74% =6.04则反应后的各组分的量分别为：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%中变炉出口的平衡常数：Kp= ( H2%x CO2%) / (H2O%X 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397C。中变的平均温距为 397E -365T =32T根据合成氨工艺与节

7、能 可知中温变换的平均温距为：30T到50T，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U -qXp=X100%2AWV=K pAB-CDq= . U2 _4WVU=Kp (A+B) + (C+D)中变炉催化剂平衡曲线如下:p率化2 1300350400温度(C)4505004.最佳温度曲线的计算由于中变炉选用C6型催化剂,最适宜温度曲线由式TmTeRTeInEEl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Ei=10000千卡/公斤分子，E2=19000千卡/公斤

8、分子。最适宜温度计算结果列于下表中：Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058T526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5Xp0.670.640.610.580.550.52T638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6Xp0.490.45T702.6716.6t429.6443.6将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图:温度C)pX花Wo5.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 3

9、30 C进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：组分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量6.868.1639.816.120.270.2428.56100M3（标）284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.125.1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。2与H2完全反应，02完全反应掉故在一段催化床层反应掉的CO的量为：360%X 338.318=202.9908 M （标）=9.062kmol出一段催化床层的CO的量

10、为:338.318-202.9908=135.3272 M3（标）=6.0414kmol故在一段催化床层反应后剩余的 H2的量为:1650.409+202.9908-2X 9.776=1833.8478 M3（标）=81.868kmol故在一段催化床层反应后剩余的 C02的量为:284.4+202.9908=487.3908 M3（标）=21.758kmol故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积:V 总（干）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258=3136.1638 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% = 13

11、5.3272 =4.31%3136.1638CO2% =煮=15.54%H2% =1833.84783136.1638=58.47%CO2% =487.3908 =15.54%3136.1638N2% =668.343136.1638=21.13%同理得:CH4%=3=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15.544.3158.4721.130.351003M （标）487.39135.331833.84668.3411.253136.16kmol21.766.0481.8729.830.50140.01剩余的出0的量为:31184.113-2

12、02.9908+2X 9.776=1000.6742 M （标）=44.6729kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的体积:V 总（湿）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258+1000.6742=4136.838 M3（标）=184.68kmol故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中H2O的含量H2O% = 1000.6742 =24.19%4136.838故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中CO2的含量同理可得:CO2% 二盘亀才1.78%0.0413CO%=fW27%H2% = 0.5847 =44.33%1 +0.58470 211

13、3N2% =16.16%1+0.2131所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量()组分C02COH2N2CH4H2O合计含量11.783.2744.3316.160.2724.191003M （标）487.39135.331833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.68CH4% =0.00351 00035=0.27%5.2对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行估算: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11.783.2744.3316.160

14、.2724.19100m3(标)487.39135.321833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.68根据：Kp= ( H2%X CO2%) / (H2O%X CO%)计算得 K=6.6 查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当 Kp=6.6时t=445C 设平均温距为35C，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为：445C -35C =415C5.3 .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 C出中变炉一段催化床层的变换气温度为：415C可知反应放热Q:在变化气中含有

15、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 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=25C为基准的气体的统一基准焓计算 式为：= H)298=Cpdt式中:THt 气体在 298 在 TK 的统一基准焓，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol); *298 该气体在25C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.C) 4.1

16、868kJ/ (kmol. C) 气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：23Cp=Ao+A 1 XT+A2 农 +A3T +式中Ao、A1、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：234Ht=a0+a1 XT+a2T +a3T +a4X T(5-1)式中常数a。、a1、&、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=A 3/4ao=AH298-298.16a1 298.16* a2-298.16、as-298.164x 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

17、态和末态焓差，即得出该过程的总热效果。 H=(刀 ni x Hi)始一(刀 ni x 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气体统一基准焓（通式）常数表 5-1.1分子aoa1a2a3a4式3-3-7-10O21.90318 x 105.802982.15675 x0-7.40499 x01.08808 x034711H2-2.11244 x0

18、7.20974-5.55838 x 104.8459 x 10-8.18957 x 1043711H2O-6.0036 x 107.110921.29319 x 101.28506 x 10-5.78039 x 1034711N2-1.97673 x 106.459035.18164 x 102.03296 x 10-7.65632 x 1044911CO-2.83637 x 106.266278.98694 x 105.04519 x 10-4.14272 x 106CO2-96377.888676.3965.05 x 10-1.135 x 100.00计算02的基准焓: 根据基准焓的计算通

19、式：Ht=ao+ai T+a2 XT2+a3 T3+a4 x T4在 415C 时 T=415+273=683K将02的常数带入上式得：Ht=1.90318 x +5.80298X 683+2.15675 X0-3x 6832-7.40499 X0-76833-104+1.08808 X06834=6699.742kcal/kmo=28050.412 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 )6699.7422724.221-54502.665-23634.754-89956.678Ht (kJ/kmol)2

20、8050.41211405.772-228191.759-98953.987-376630.620放热：CO +H2O=CO2+H2(1) H1=(E Hi)始(刀 Hi)末=-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759=-38079.10484kJ/ kmolQ1= 9.062 x (-38079.10484 )=-345072.8481kJO2 + 2H2= 2 H2O(2)Q2=A H2=(刀 ni x Hi)始(刀 ni x Hi)末=-221354.6179kJ气体反应共放热：Q=Q 什Q2=345072.8481+221354.6179=56

21、6427.4659kJ气体吸热Q3根据物理化学教程知CO, H2, H20, C02, N2 ,可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容，热容的单位为kJ/(kmol.T)表 5-1.2物质COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87-3b/104.13.2610.719.044.27C/105-0.460.5020.33-8.53OQCH4可用公式：Cp=a+b+CT +dT来计算热容：表 5-1.3物质ab/10-3-6c/10-9d/10CH417.4560.461.117-7.2计算结果得:物质COCO2H2H2ON2CH4Cp3148.229.637.23

22、0.756.1所以平均热容:Cpm=刀 Yi*Cp=34.06 KJ/ (kmol.T)所以气体吸热 Q3=34.06X 184.68X (415-330) =534667.068kJ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 C中变炉出口气体温度415C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:QX 率化30350004507 .中间冷凝过程的物料和热量计算：此过程采用水

23、来对变换气进行降温。以知条件：变换气的流量：184.68koml设冷凝水的流量：X kg变换气的温度：415C冷凝水的进口温度：20 C进二段催化床层的温度：353C操作压力：1750kp冷凝水吸热 Q1 :据冷凝水的进口温度20 C查化工热力学可知hi=83.96kJ/kg根据化工热力学可知:T/KP/kPaH/(kJ/kg)60016003693.260018003691.770016003919.770018003918.5冷凝水要升温到353E，所以设在353E , 626K,1750kp时的焓值为h对温度进行内查法：1600kpa时(626-600 )/(h-3693.2)=(700

24、-626)/(3919.7-h)h=3752.09 kJ/kg1800kpa时(626-600) / (h- 3691.7) =(700-626)/( 3918.5-h) h=3750.668 kJ/kg再对压力使用内查法得在 353E , 626K,1750kp时的焓值h为:(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h)h=3751.0235 kJ/kgQi = X( 3813.244875-83.96)变换气吸热Q2根据表5-1.2和表5-1.3得:物质COCO2H2H2ON2CH4Cp3148.229.637.230.756.1所以 Cp

25、m=刀Yi*Cp =33.92 kJ/ (kmol.T)Q2=184.68X 33.92X (415-353)=388389.4272 kJ取热损失为0.04 Q2根据热量平衡：0.96 Q2= X(3751.0235-83.96)X=101.676kg=5.649 kmol=126.53M3(标)水的量为：126.53+1000.6742=1127.2042M 3(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11.4323.1743.0115.680.2626.44100M3（标）487.39135.321833.84668.341

26、1.261127.204263.37kmol21.766.04181.8729.830.5050.32190.33&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15.544.3158.4721.130.35100M3（标）487.39135.321833.84668.3411.263136.16kmol21.766.0481.8729.830.50140.018.1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为 0.74 （总转化率）所以在CO的变化量为：338.318X 0.74=250.35532M3

27、（标）=11.7658 kmol在中变炉二段催化床层的转化的 CO的量为：3135.3272- （338.318-250.35532 =47.36452M （标）=2.11 kmol出中变炉二段催化床层的CO的量为：135.3272- 47.36452=87.96268（标）=3.9269 kmol故在二段催化床层反应后剩余的 CO2的量为：487.3908+47.364528= 534.75532M?（标）=23.873 kmol故在二段催化床层反应后剩余的 H2的量为：1833.8478+47.36452= 1881.21232（标）=83.9826 kmol所以在二段催化床层反应后的变换

28、气总量：V 总（干）=87.96268+534.75532+1881.21232+668.34+11.258=3183.528 M3（标） =142.1218 kmol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16.792.7659.0920.990.351003M （标）534.7587.961881.21668.3411.263183.53kmol23.873.9383.9829.830.50142.12故在二段催化床层反应后剩余的 H20的量为:1127.2042-47.36452= 1079.84（标）=48.207 kmol故出中变炉二段催化床层的变

29、换气湿组分中CO的含量:CO% =87.96264263.37=2.06%同理得:CO2% =534.755324263.37=12.54%H2% =1881.212324263.37=44.125%N2% =668.344263.37=15.67%CH4% =11.2584263.37=0.26%H2O% =皿型4263.37=25.33%所以出中变炉的湿组分:组分CO2COH2N2CH4H2O合计含量12.542.0644.12515.670.2625.331003M （标）534.7687.961881.21668.3411.261079.844263.32kmol23.873.9383

30、.9829.830.5048.21190.33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%X CO2 %) / (H20%X CO%)计算得Kp=10.6查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当Kp=10.6时t=409C设平均温距为44C，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为：409C -44C =365C8.2 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 C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5-1.1计算平均温度为632K时的生成焓。计

31、算结果如下：组分H2H2OCOCO2Ht ( kcal/kmol )2373.4-54949.05-24005.565-90536.421Ht (kJ/kmol )9936.95-230060.69-100506.5-379057.89放热：CO +H2O=CO2+H2(1) H 仁(刀 Hi)始一(刀 Hi)末=-38553.74846 kJ/kg所以得：Q1=2.11*38553.74846=81348.40955 kJ/kg气体吸热Q2：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)表 5-

32、1.2物质COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.873b/10-4.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.53CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容：物质ab/10-3-6c/10-9d/10CH417.4560.461.117-7.2计算结果:组分COH2CO2H2ON2CH4Cp28.5629.2547.336.7830.3153.72所以得：Cpm=刀 Yi*Cp=33.61 KJ/ (kmol.T )故：Q2=33.61X 190.33X( 365-353)=76763.46kJ热损失：Q3=Q1-Q

33、2=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 C中变炉出口气体温度365 C中变炉入口 CO变换率60%中变炉出口 CO变换率74%352354356358360362364366温度(C)所以中变炉的操作线如图:p率化Wo5420075C/(度温553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 /mC02284.42487.39CO338.32135.33H21650.421833.84N2668.34668.34029.77CH411.2611.26H2O1184.121000.67合计

34、4146.614136.92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 /m3C02487.39534.76CO135.3287.96H21833.841881.21N2668.34668.34CH411.2611.26H2O1127.201079.84合计4263.324263.32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/kJCO 反应：345072.848534667.06831760.979O2 反应：221354.6179总热量：566427.4659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/kJ81348.4095576763.464

35、584.9510. 低变炉的物料与热量衡算已知条件：进低变炉的湿组分：组分CO2COH2N2CH4H2O合计含量12.542.0644.12515.670.2625.33100m3（标）534.7687.961881.21668.3411.261079.844263.37kmol23.873.9383.9829.840.5048.21190.33所以进低变炉催化床层的变换气干组分:组分CO2COH2N2CH4合计含量16.792.7659.0920.990.351003M （标）534.7687.961881.21668.3411.2583183.53kmol23.873.9383.9829.

36、830.503142.1210.1低变炉的物料衡算要将CO%降到0.2%（湿基）以下，则CO的实际变换率为:Xp% = Ya Ya X 100=90.11%Y C +Y；）则反应掉的CO的量为：387.96268X 90.11% =79.264 M （标）=3.539 kmol出低温变换炉CO的量：87.96268-79.264=8.69868 M3（标）=0.38833 kmol出低温变换炉H2的量：1881.21232+79.264=1960.475（标）=87.5213 kmol出低温变换炉H2O的量：1079.84-79.264=1000.576 M3（标）=44.67 kmol出低温

37、变换炉CO2的量：534.75532 +79.264=614.019（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+1960.475+614.019+668.34+11.2583=3262.794 M （标）=145.66 kmol故出低变炉催化床层的变换气干组分中 CO的含量:CO% =8.698683262.794=0.266%CO2% =614.019 =18.82%3262.794H2% =1960.4753262.794=60.08%同理得:N2% = 668.34 =20.48%3262.794CH4% =以=.35%出低变炉的干组分

38、:组分CO2COH2N2CH4合计含量18.820.2760.0820.480.35100m3（标）614.028.701960.48668.3411.263262.79kmol27.410.3987.5229.830.50145.66出低变炉催化床层的变换气湿组分的体积:V 总（干）=8.69868+1960.475+614.019+668.34+11.258+1000.576=4263.37 M3（标） =190.33 kmol故出低变炉催化床层的变换气干组分中 CO的含量:CO% = 8-69868 100 =2.0%4263.37同理:614 019CO2% =100=14.4%426

39、3.371960 475H2% = 1960.475 100=45.98%4263.37N2% = 668.34100=15.68%4263.37CH4% = 11.258100 =0.26%4263.37H2O% = 1000.576 100 =23.47%4263.37所以出低变炉的湿组分:组分CO2COH2N2CH4H2O合计含量14.40.245.9815.680.2623.47100m3（标）614.028.701960.48668.3411.261000.584263.37kmol27.410.3987.5229.830.5044.67190.33对出底变炉的变换气温度进行估算：根

40、据：Kp= (H2%X CO2%) / ( H20%X CO%)计算得Kp=141.05查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当Kp=141.05时t=223C设平均温距为20C，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为：t=223- 20=203C10.2 .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：181C出低变炉催化床层的变换气温度为：203 C变换气反应放热Qi：在 203C 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5-1.1计算平均温度为476K时的生成焓。计算结果如下：组分H2H2OCOCO2Ht(kcal/kmol)1241.5

41、16-56347.304-25178.916-92311.594Ht (kJ/kmol)5197.977-2359149.084-105419.084-386490.181放热：CO +H2O=CO2+H2(1) H1=(刀 Hi)始一(刀 Hi)末=-39958.286 kJ/kg所以：Q1=3.539X 39958.286=141412.3742 kJ/kg气体吸热Q2：气体吸热时的平均温度：(181+203) /2=191.5C, T=464.5K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

42、)表 5-1.2物质COH2H2OCO2N2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.275c/105-0.460.5020.33-8.53CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容表 5-1.3物质ab/10-3-6c/10-9b/10CH417.4560.461.117-7.2计算结果:组分COH2CO2H2ON2CH4Cp30.129.0344.3935.1329.8545.05所以得：Cpm=刀 Yi*Cp=32.86 kJ/ ( kmol.T )故：Q2=32.86X 190.33X( 203-181)=138401.9

43、044kJ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出低温变换炉的物料量/m3CO2534.76614.02CO87.968.7H21881.211960.48N2668.34668.34CH411.2611.26H2O1079.841000.58合计4263.324263.32低变换炉热量平衡表反应放热/kJ气体吸热/kJ热量损失/kJ141412.3742138401.90443010.469811. 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:p率化107580

44、T90T002052低变炉入口气体温度181C低变炉出口气体温度203 C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=U q X 100%2AWV=K pAB-CDq= ,U2 -4WVU=Kp (A+B) +(c+d)W=Kp-1其中A、B、C、D分别代表CO、出0、CO2及H2的起始浓度t160180200220240260T433453473493513533Xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229t280T553Xp0.76)0000000000009876543211DX 率化转O0032

45、500025000低变炉催化剂平衡曲线如下: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Ei=43164kJ/ kmolCO变化反应的逆反应活化能E2为：E2- Ei=r X (- H)对于CO变换反应r=1,则E2=(- H) + E1 H为反应热，取其平均温度下的值，即：(181+203) /2=192C, 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：_32_6 3kcal/ kmol H= -1000

46、-0.291 T 2.845 10 T -0.9703 10 T得： H=-9422.62 kcal/kmol=-39450.653 kJ/kmolE2 =39450.653+43164=82614.653 kJ/kmol最适宜温度曲线由式Tm=TeRTeE2 -巳lnE2E进行计算最适宜温度计算结果列于下表中:Xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229T402421440457475493t129148167184201220Xp0.76T510t237将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图:100150200250温度C)14 .废热锅炉的热量和物料衡算以

47、知条件：进废热锅炉的转化气组份：组份CO2COH2N2CH 4O2H2O合计%7.548.9743.7617.720.290.2621.7100M3（标）284.42338.321650.41668.3411.2589.78818.733771.45kmol12.7015.1073.6829.840.500.4436.55168.37进废热锅炉的温度为：920C出废热锅炉的温度为：330C进出设备的水温：20C出设备的水温：330C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Qi水在 20T 时 Cp=33.52 kJ/ (kmol.T)所以：Q仁X X( 20+273)X 33.52=9821.36X转化气的带入热Q2：转化气在920 E时T=1193K根据物理化学知CO, H2, H20, 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)表 5-1.2物质COH2H