十五万吨合成氨一氧化碳变换工段的

1、1 .前言 42 .工艺原理 43 .工艺条件 54 .工艺流程的确定 65 .主要设备的选择说明 66 .对本设计的综述 6第一章变换工段物料及热量衡算8第一节 中变物料及热量衡算 81 .确定转化气组成 82 .水汽比的确定 83 .中变炉一段催化床层的物料衡算 94 .中变炉一段催化床层的热量衡算 115 .中变炉催化剂平衡曲线 136 .最佳温度曲线的计算 147 .操作线计算158 .中间冷淋过程的物料和热量计算 169 .中变炉二段催化床层的物料衡算 1710 .中变炉二段催化床层的热量衡算 18第二节 低变炉的物料与热量计算 1924第三节废热锅炉的热量和物料计算第四节 主换热器

2、的物料与热量的计算 26第五节 调温水加热器的物料与热量计算 28第二章 设备的计算 291 .低温变换炉计算 292 .中变废热锅炉 31参考文献及致 35、乙刖 日氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多 年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。 合成氨的生产主要分为：原 料气的制取；原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的C,由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO$换反应，使其转化为易于清除的CO和氨合成所需要的H。因此，CO变换既是原料气的净化过 程，又是原料气造气的继续。最后，少量的 CO用液氨洗涤法，或是低温变换用 联甲

3、烷化法加以脱除。变换工段是指COW水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工 艺流程中起着非常重要的作用。目前，变换工段主要采用中变用低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变用低变流程，就是在 B107等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo 系宽温变换催化剂。在中变用低变流程中，由于宽变催化剂的用入，操作条件发 生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低； 另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后用了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性 大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。工艺原理：一氧化碳变换反应式为：CO+H2O=CO2+H2+Q （1-1）

4、CO+H2 = C+H2O（1-2）其中反应（ 1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（ 1 1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。变换过程中还包括下列反应式：H2+O2=H2O+Q工艺条件1.压力：压力对变换反应的平衡几乎没有影响。 但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。单就平衡而言， 加压并无好处。 但从动力学角度，加压可提高反应速率。 从能量消耗上看， 加压也是有利。 由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数， 所以， 先压缩原料气后再进行变换的能耗，

5、 比常压变换再进行压缩的能耗底。 具体操作压力的数值， 应根据中小型氨厂的特点， 特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂 操作压力为0.7-1.2MPa,中型氨厂为1.21.8Mpa。本设计的原料气由小型合 成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取 1.7MPa.1 .温度：变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常 数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即CO平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因 而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为TeTm=-14ln邑

6、E2 Ei Ei式中Tm Tl分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成 和催化剂的不同而变化。1. 汽气比：水蒸汽比例一般指 降O/CO比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是 工业变换反应中最主要的调节手段。增加水蒸汽用量，提高了CO的平衡变换率，从而有利于降低CO残余含量，加速变换反应的进行。由于过量水蒸 汽的存在，保证催化剂中活性组分 FeO的稳定而不被还原，并使析炭及生 成甲烷等副反应不易发生。但是，水蒸气用量是变换过程中最主要消耗指标， 尽量减少其用量对过程的经济性具有重要的意义，蒸汽比例如果过高，将造成催化剂床层阻力增加；CO停留时间缩短，余热回收设备附和加重等，所 以

7、，中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：HO/CO=3-5,经反应后，中变气中件O/CCM达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求工艺流程确定目前的变化工艺有：中温变换， 中串低， 全低及中低低4 种工艺。本设计参考省市鸿鹤化工厂的生产工艺，选用中串低工艺。转化气从转化炉进入废热锅炉， 在废热锅炉中变换气从920降到330，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到 3 到 5 之间，以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。再通过换热器将转换气的温度降到180左右，进入低变炉将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下，再进入甲烷化工段。主要设备的选择说明中低变串联流程中，主要设备有中

8、变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。低变炉选用C6型催化剂，计算得低变催化剂实际用量10.59m3。以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO浓度。对本设计评述天然气变换工段工序是合成氨生产中的第一步， 也是较为关键的一步， 因为能否正常生产出合格的压缩气，是后面的所有工序正常运转的前提条件。因此，必须控制一定的工艺条件，使转化气的组成，满足的工艺生产的要求。在本设计中，根据已知的天然气组成，操作条件，采用了中变串低变的工艺流程路线。首先对中，低变进行了物料和热量衡算，在计算的基础上，根据计算结果对主要设备选型，最终完成了本设计的宗旨。设

9、计中一共有中温废热锅炉，中变炉，主换热器，调温水换热器，低变炉几个主要设备。参考文献资料较多， 在本设计中，主要参考了小合成氨厂工艺技术与设计手册和合成氨工艺学这两本书。由于时间有限，设计可能不完善，请各位老师指出。！第一章变换工段物料及热量衡算第一节中温变换物料衡算及热量衡算1 .确定转化气组成：已知条件中变炉进口气体组成组分COCOHbN2CHQ合计%9.611.4255.7122.560.380.33100计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变化气量：（1000/17） >22.4/ （2 >22.56 ）=2920.31 M（标）因为在生产过程中物量可能会有消耗，因此变化气

10、量取 2962.5 M3（标）年产5万吨合成氨生产能力：日生产量：150000/330=454.55/d=18.93T/h要求出中变炉的变换气干组分中 C3小于2%进中变炉的变换气干组分：组分COCO件O2CH合计含量，%9.611.4255.7122.560.330.38100M3（标）474563.862750.681113.916.2918.7634937.5假设入中变炉气体温度为335摄氏度，取出炉与入炉的温差为 30摄氏度，则出炉温度为365摄氏度。进中变炉干气压力 P中=1.75Mpa.2 .水汽比的确定：考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取 HO/CO=3.5故 V（水）=1

11、973.52m3（标）n （）x）=88.1kmol因此进中变炉的变换气湿组分：组分COCOH2N2O2CHHO合计含量%6.868.1639.816.120.240.2728.56100M（标）474563.862750.681113.916.2918.7631973.526911.02koml21.1625.172122.79849.730.7270.83888.1308.53中变炉CO勺实际变换率的求取：假定湿转化气为100mo1,其中CO基含量为8.16%,要求变换气中C*量为2%,故根据变换反应：CO+4 件+CO,则CO的实际变换率为：Y Y。X % = M00=74%Ya 1 Y

12、a式中Ya、Ya分别为原料及变换气中CO勺摩尔分率（湿基）则反应掉的CO的量为：8.16 >74%=6.04则反应后的各组分的量分别为：件O% =28.56 %-6.04 %+0.48 % =23%C® =8.16% -6.04 % =2.12 %H2% =39.8 %+6.04 %-0.48 % =45.36 %CO% =6.86 % +6.04 % =12.9 %中变炉出口的平衡常数：K=（限 %XCO%） / （HC% XC®） =12查小合成氨厂工艺技术与设计手册可知K=12时温度为397c中变的平均温距为 397C -365 C =32C中变的平均温距合理，

13、故取的 KO/CO可用。3 .中变炉一段催化床层的物料衡算假设COft一段催化床层的实际变换率为 60%。因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：组分COCOHNbO2CHH2O合计含量，6.868.1639.816.120.240.2728.56100M3（标）474563.862750.681113.916.2918.7631973.526911.02koml21.1625.172122.79849.730.7270.83888.1308.53假使Q与降完全反应，Q完全反应掉故在一段催化床层反应掉的CO的量为:60% X563.86=338.318M3（标）=15.1koml出一段催化床层

14、的CO的量为：563.86-338.318=225.545 M 3（标）=10.069koml故在一段催化床层反应后剩余的吨的量为：2750.68+338.318-2 >16.29=3056.41 M 3（标）=136.447koml故在一段催化床层反应后剩余的 CO的量为：474+338.318=812.318 M3（标）=36.26koml出中变炉一段催化床层的变换气干组分：组分COCOH2NtCH合计含量%15.5443.158.4721.130.35100M3（标）812.318225.5453056.411113.918.765226.94koml36.2610.069136.

15、44749.730.838233.35剩余的HO的量为:1973.52-338.318+2 X6.29=1667.79M3（标）=74.45koml所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分:组分COCOH2N2CHHO合计含量%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标)812.318225.5453056.411113.918.761667.796894.73koml36.2610.069136.44749.730.83874.45307.8对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行计算：已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量()组分COCOH2N2CHHO合计

16、含量%11.783.2744.3316.160.2724.19100M3(标)812.318225.5453056.411113.918.761667.796894.73koml36.2610.069136.44749.730.83874.45307.8对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据：K=(H% >CO%)/ ( H<% XC®)计算得 K=6.6查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当 K=6.6时t=445 C设平均温距为30 C,则出变炉一段催化床层的变换气温度为：445 C-30 c =415 C4.中变炉一段催化床层的热量衡算以知条件：进中变炉温度：3

17、35c出变炉一段催化床层的变换气温度为：415c反应放热Q:在变化气中含有CO HO, 02,吨这4种物质会发生以下2种反应:CO +HO=C2+H2(1-1)Q + 2H2= 2 H 2O(1-2)这2个反应都是放热反应。为简化计算，拟采用统一基准始(或称生成始)计算。以P=1atm t=25 C为基准的气体的统一基准焓计算式为：HT= H0298=CpdtT式 中HT 气 体 在 298 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)

18、；T绝对温度，K;Cp 气体 的 等 压 比 热容 ， kcal/ ( kmol. ) 4.1868kJ/( kmol. ) 气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：Cp=A+A X T+AC 2+A3 X 3+式中A0、A、X、A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 X T+2aXT 2+a3XT 3+a4X T4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：a 1=A0,a2=A1/2,a3=A3/4,a4=A3/4ao=A H0298 298.16ai 298.1622 298.163沟3 298.164柏4采用气体的

19、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= (Eni 汨i)始一(Eni >Hi)末式中AH过程热效应，其值为正数时为放热，为负数时系统为吸热，kcal ； (4.1868kJ ) ;ni -始态或末态气体的千摩尔数，kmol;Hi 一始态温度下或末态温度下；I 一 气体的统一基准始，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始(通式)常数表分子式a 0a 1a 2a 3a 4O21.90318X1。5.802982.15675X103-7.40

20、499X10 71.08808X10 10H2-2.11244X1。7.20974-5.5584 M0 44.8459 X10 7-8.18957 X10 11H2O-6.0036 X1047.110921.2932 X10 31.28506 X10 7-5.78039 X10 11N2-1.97673 X1036.4590345.18164 M0 42.03296 X10 711-7.65632 X10 11CO _4-2.83637 X106.26627_ _ _ _ _ - 48.98694 M0- 95.04519 X10-4.14272 X10 11CO2-96377.888676.

21、396-35.05 M0-1.135 X10 60.00计算Q的基准始：根据基准始的计算通式：Ht=a0+a1 x T+20K 2+a3 x 3+a4 >T4在 415 c 时 T=415+273=683K查表可得变换气的各个组分的基准始列于下表:组分O2H2H2OCOCO2Ht (kcal/kmol )6699.7422724.221-54502.665-23634.754-89956.67833Ht (kJ/kmol )28050.41211405.77-228191.759-98953.987-376630.6208放热： CO +H 2O=C2+I4(1) H1=(EHi)始-(

22、!2Hi)末=-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759 =-38079.10484kJ/komlQ1=15.1X -38079.10484 ) =-575121.414kJO 2 + 2H 2= 2 H 2O(2)Q2aH2= (Eni 汨i)始一(！2ni >Hi)末=-368924.3632kJ气体共放热:Q=Q1+Q2=575121.414+368924.3632=944045.7772kJ气体吸热Q3根据物理化学知 CO, H2, H20, CO2, N2 ,可用公式：Cp=a+b+cT来计算热容。热容的单位为kJ/ (kmol. C)

23、查表可得：物质COH2HOCON2a28.4127.283044.1427.87-3b/104.13.2610.719.044.27c/10 -5-0.460.5020.33-8.53Cpm£Yi*Cp=34.06 KJ/ (kmol. C)所以气体吸热 Q3=34.06*307.8*(415-330)=891111.78kJ假设热损失Q4根据热量平衡的：Q= Q3 +Q4Q4=52934.965 kJ5.中变炉催化剂平衡曲线根据 H2O/CO=3.5,与公式 Xp=U一q M00% 2AWV=KAB-CD q= . U 2 4WVU=K (A+B + (C+D, W=K1其中A、B

24、、C、D分别代表CO CO、CO及H2的起始浓度t300320340360380400中变炉催化剂平衡曲线如下:中变炉平衡曲线6.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-Te1 eE2Ei进行计算。In区Ei查小合成氨厂工艺技术与设计手册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。最适宜温度计算列于下表中:Xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058T526546.8564.2581.5598.8624.5t253273.8291.2308.5325.8351.5Xp0.670.64

25、0.610.580.550.52T638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6Xp0.490.45T702.6716.6t429.6443.6将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图:发率化转一70.90.80.70.60.50.40.30.20.1253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444一最适宜温度线温度（C）7 .操作线计算有中变催化剂变换率及热平衡计算结果知:中变炉人口气体温度 335 C中变炉出口气体温度 415 C中变炉入口 CO变换率 0中变炉出

26、口 CO$换率 60%由此可作出中变炉催化剂反应的操作线如下:温度（C）操作线8 .中间冷淋过程的物料和热量衡算：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：307.8koml设冷淋水的流量：X kg变换气的温度：415c冷淋水的进口温度：20 c进二段催化床层的温度：353C 操作压力：1750kp热量计算:hl冷淋水吸热 Q1:据冷淋水的进口温度20 c查化工热力学可知 =83.96kJ/kg根据化工热力学可知T/kP/kPaH/(kJ/kg)60016003693.260018003691.770016003919.770018003918.5冷淋水要升温到353C ,所以设

27、在353c , 615K,1750kp时的始值为h对温度进行查法：1600kpa时(626-600 )/(h-3693.2)=(700-626)/(3919.7-h)h=3752.09 kJ/kg1800kpa时(626-600)/(h-3691.7)=(700-626)/(3918.5-h)h=3750.668 kJ/kg对压力用差法得353C , 615K, 1750Kp时的始值h为:(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h)h=3751.0235 kJ/kgQ1= X( 3813.244875-83.96)变换气吸热Q2根据表5-1.

28、2和表5-1.3的计算方法得：物质COCOH2H2ONlCHC3148.229.637.230.756.1所以 Cpm=EYi*Cp =33.92 kJ/ (kmol. C)Q2=308.53*33.92*(415-353)取热损失为0.04 Q2根据热量平衡：0.96 Q2= X(3751.0235-83.96)X=169.46kg=9.415koml=210.88 M3(标)所以进二段催化床层的变换气组分：水的量为：210.88+1667.79=1878.67 M 3(标)组分COCO件2CHHO合计含量11.4323.1743.0115.680.2626.44100M3(标)812.31

29、8225.5453056.4131113.918.761878.677105.61koml36.26510.068136.4549.730.83883.87317.229.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）3 r 一所以在二段 CO的变化量563.86*0.74=417.26 M （标）在中变炉二段催化床层的转化的 CO的量为：225.545- (563.86-417.26 ) =78.94M3(标)=3.52koml出中变炉二段催化床层的 CO的量为：225.545-78.94=146.605 M 3（标）故在二段催化床层反应后剩余的 CO的

30、量为：812.318+78.94= 891.26M 3（标）故在二段催化床层反应后剩余的 H2的量为：3056.413+78.94= 3135.353M3（标）故在二段催化床层反应后剩余的 H2O的量为：1878.67-78.94= 1799.73M 3（标）所以出中变炉的湿组分：组分COCOH22CHHO合计含量12.542.0644.12515.670.2625.33100M3（标）891.26146.6053135.3531113.918.761799.737105.6koml39.7886.545139.97149.730.83880.345317.22对出变炉一段催化床层的变换气温度

31、进行估算：根据：K= （H2% >CO%） / （但% XC®）计算得K=10.6查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当 K=10.6时t=409 C设平均温距为48 C,则出变炉一段催化床层的变换气温度为：409 c -44 C =365 C 10.中变炉二段催化床层的热量衡算:以知条件：进变炉二段催化床层的变换气温度为：353 c出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始，原理与计算一段床层一样，平均温度为：632K,计算结果如下：组分H2H2OCOCOHt(kcal/kmol )2373.4-54949.05-24005.565

32、-90536.421Ht (kJ/kmol )9936.95-230060.69-100506.5-379057.89放热： CO +H 2O=C2+H2(1) H1=(EHi)始一(EHi)末=-38553.74846 kJ/kgQ1=3.52*38553.74846=135580.683 kJ/kg气体吸热Q2根据物理化学知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ,可用公式：Cp=a+b+CT-冰计算热容。热容的单位为kJ/ (kmol. C)表 5-1.2物质COCQNa28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.

33、460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dT3来计算热容:物质abcdCH417.4560.461.17-7.2计算结果:组分COH2CO2H2ON2CH4Cp28.5629.2547.336.7830.3153.72Cpm£Yi*Cp=33.61KJ/ (kmol. C)Q2=33.61*317.22* (365-353) =12789.1kJ热损失：Q3=Q1-Q2=7641.6 kJ第二节低变炉的物料与热量计算1.已知条件：进低变炉的湿组分组分COCOH2CHHO合计含量12.542.0644.12515.670.2625.33100成标）891.261

34、46.6053135.3531113.918.761799.737105.6koml39.7886.545139.97149.730.83880.345317.22进低变炉的干组分:组分COCOH2N2CH合计|含量%16.792.7659.0920.990.35100M标）891.26146.6053135.3531113.918.765305.91koml39.7886.545139.97149.720.838236.872.低变炉的物料衡算：要将C®降到0.2% （湿基）以下，则CO的实际变换率为:Ya YaX %=M00=90.11 %Ya 1 Ya则反应掉的 CO的量为：1

35、46.605 >90.11 %=132.11 M3（标）=5.898 koml出低温变换炉 CO的量：146.605-132.11=14.495 M 3（标）=0.64722koml 出低温变换炉 H2 的量：3135.353+132.11=3267.463 M 3（标）=145.869 koml 出低温变换炉 H2O的量：1799.73-132.11=1667.62 M 3（标）=74.45koml出低温变换炉 CO2的量：891.26 +132.11=1023.37 M 3（标）=45.68koml出低变炉的湿组分:组分COCOH2N2CHHkO合计含量%14.40.245.9815

36、.680.2623.47100M3(标)1023.3714.4953267.4631113.918.761667.627105.62koml45.680.64722145.86949.720.83874.45317.22出低变炉的干组分:组分COCOH2N2CH合计含量%18.820.2760.0820.480.35100M3(标)1023.3714.4953267.4631113.918.765437.99koml45.680.64722145.86949.720.838242.767对出低变炉的变换气温度进行估算：根据：K= (H2% >CO%) / (HO% XC®)计算

37、得K=141.05查小合成氨厂工艺与设计手册知当 K=141.05时t=223 C设平均温距为20 C,则出变炉一段催化床层的变换气温度为：t=223-20=203 C3 .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：203c变换气反应放热Q1：在 203c时，T=476K计算变换气中各组分的生成始，原理与计算一段床层一样，平均温度为： 476K,计算结果如下：组分H2H2OCOCO2Ht(kcal/kmol )1241.516-56347.304-25178.916-92311.594Ht (kJ/kmol )5197.977-2359

38、149.084-105419.084-386490.181放热： CO +H 2O=C2+伟(1) H1=(EHi)始一(EHi)末=-39958.286 kJ/kgQ1=5.898*39958.286=235687.29 kJ/kg气体吸热Q2气体吸热时的平均温度：(181+203) /2=191.5 C, T=464.5K根据物理化学知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ,可用公式：Cp=a+b+CT-冰计算热 容。热容的单位为kJ/ (kmol. C)表 5-1.2物质COH2H2OCQNa28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044

39、.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dT3来计算热容:表 5-1.3物质abcdCH417.4560.461.17-7.2计算结果:组分CO件COHOCHCp30.129.0344.3935.1329.8545.05Cpm£Yi*Cp=32.86kJ/ (kmol. c)Q2=33.61*317.22* (203-181 ) =230669.84kJ热损失 Q3=Q1-Q2=235687.29-230669.84=5017.45 kJ4 .低变炉催化剂平衡曲线根据公式Xp=L_q M00% 2AWV=KAB-CDq，, U 2 4W

40、VU=K (A+B + (C+DW=K1低变炉催化剂平衡曲线如下:1.21 X 0.8 率0.6 化 转0.40.201 一低变炉平衡曲线.160180200220240260280温度（）5 .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/komlCO变化反应的逆反应活化能E2为：E2- E1=r*(- AH)对于CO换反应r=1 ,则E2=(- AH) + E1 H为反应热，取其平均温度下的值，即：(181+203)/2=192 C, T=465KCO的反应式为：CO +H2O=C2+H2反应热是温

41、度的函数，不同温度下的反应热可以用以下公式计算： H=-1000-0.291*T+2.845 M0-3*T2-0.97.3 X0-3T得：AH =-9422.62 kcal/kmol=-39450.653 kJ/kmolE2 =39450.653+43164=82614.653 kJ/kmol6.最适宜温度曲线由式 Tm=Je=- 进行计算1 -TlnE2E2 Ei EiX一最适宜温度曲线温度（C）I U转第三节.废热锅炉的热量和物料计算1 .已知条件：进废热锅炉的转化气组份:组份CO2COH2N2CH4O2H2O合计%7.548.9743.7617.720.290.2621.7100M3（标

42、）474563.872750.681113.918.7616.291364.556285.75koml21.16125.173122.79849.730.8380.72860.917280.614进废热锅炉的温度为：925c出废热锅炉的温度为：335c进出设备的水温：20c出设备的水温：335C进出设备的转化气(湿)：168.3koml进出设备的水量：X koml物量在设备里无物量的变化。2 .热量计算：(1)入热：水的带入热Q水在 20 c 时 Cp=33.52 kJ/ (kmol. C)Q=X* (20+27 *33.52=9821.36X转化气的带入热Q2 转化气在925c时T=1193

43、K根据物理化学知 CO,比HO, CO, N ,可用公式：Cp=a+b+cT来计算热容热容的单位为kJ/ (kmol. C)表 5-1.2物质COH2H2OCQNa28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dT3来计算热容:表 5-1.3物质abcdCH417.4560.461.17-7.2计算结果:组分COH2CO2H2ON2CH4Cp33.2731.254.3342.832.9678.94Cpm=2Y*Cp=36.4kJ/ (kmol. C)Q2=36.4

44、*280.62* (920+273) =12185577.7kJ(2)出热：转化气的带出热：Q=32.66 >280.62 X 330+273) =5526711.3KJ转化气在335c时T=608K-2根据物理化学知 CO, H2, H 2O, CO2, N 2 ,可用公式：Cp=a+b+CT来计算热容。热容的单位为kJ/ (kmol. C)表 5-1.2物质COH2H2OCQNa28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53计算结果:组分COH2COH2ONCHCp30.7629.38

45、47.2536.5530.4452.73Cpm£Y*Cp=32.66kJ/ (kmol. C)Q=32.66*280.62* (330+27=5526711.265kJ水的带出热Q4:水在 335C, T=603K时的热容为：Cp=36.55 kJ/ (kmol. C)Q=X*36.55* (330+273) =22039.65X热损失Q5:Q=0.04*(Q 1+ Q2)热量平衡：0.96*(Q i+ Q2)= Q3+ Q40.96 (9821.36X +12185577.7 ) =22039.65X+5526711.265X=489.365koml3.水蒸汽的加入：要使HO/CO

46、=3.5还要加入的水量为：(1973.52-1364.55 )攵2.4=27.187koml第四节主换热器的物料与热量的计算1 .已知条件：进出设备的变换气的量：190.33koml进出设备的水的量：Xkoml物料的量在设备中无变化。温度：变换气进设备的温度：365c变换气出设备的温度：250c水进设备的温度：20 C水出设备的温度：90 C2 .热量计算：(1)入热：变换气带入热：Qi变换气在365c时根据物理化学知CO,吨HO, CO，可用公式：Cp=a+b+cT来计算热容。热容的单位为kJ/ (kmol. C)表 5-1.2物质COH2OCQa28.4127.283044.1427.87

47、b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dT来计算热容:表 5-1.3物质abcdCH17.4560.461.17-7.2计算结果:组分COH2COHONCHCp33.2731.254.3342.832.9678.94Cpm=2Y*Cp=33.94kJ/ (kmol. C)Q=317.22*33.94* (365+273) =6868920.88kJ水的带入热Q:水在 20 c 时 Cp=33.52 kJ/ (kmol. C)Q=X*(20+273)*33.52=9821.36*X出热：变换气在出口温

48、度为250C , T=523K时根据物理化学知CO, H2, HO, CO, N ,可用公式：Cp=a+b+CT来计算热谷热容的单位为kJ/ (kmol. C)表 5-1.2物质COH2OCQNa28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/10-5-0.460.5020.33-8.53CH可用公式Cp=a+b+cT+dT3来计算热容:表 5-1.3物质abcdCH17.4560.461.17-7.2计算结果:组分COH2COH2ONCHCp33.2731.254.3342.832.9678.94Cpm=2Y*Cp=33.14kJ/ (kmol. C)Q=33.14*523*317.22=5498069.055kJ水的带出热Q4:水在 90c时 Cp=34.14 kJ/ (kmol. C)Q=X*34.14*(90+273)=12392.82*X热损失