年产12万吨合成氨变换工段工艺设计毕业设计Word文件下载.docx
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第一章物料与热量衡算
已知条件：
组分
CO2
CO
H2
N2
Ar
CH4
合计
含量％
9.07
13.43
54.96
22.04
0.29
0.21
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×
0.2204）=2989.22M3（标）
因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取3000M3（标）
年产10万吨合成氨生产能力（一年连续生产300天）：
日生产量：
100000/300=333.3T/d=13.89T/h
要求出低变炉的变换气干组分中CO％不大于0.3％。
进中变炉的变换气干组分：
含量，％
13.43
54.96
22.04
0.29
M3（标）
272.1
402.9
1648.8
661.2
8.7
6.3
3000
kmol
12.14
17.99
73.61
29.52
0.39
0.28
133.93
假设进中变炉的变换气温度为370℃，取变化气出炉与入炉的温差为20℃，出炉的变换气温度为390℃。
进中变炉干气压力。
P=1.8Mpa.
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=3.8
故V（水）=3.8
Vc=1531.02m3（标），n（水）=68.35kmol
因此进中变炉的变换气湿组分
H2O
含量％
5.99
8.87
36.32
14.57
0.19
0.14
33.73
1531
4539.1
12.15
68.35
202.64
2.中变炉的计算
2.1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8.87％，要求变换气中CO含量为0.2％，故根据变换反应：
CO+H2O＝H2+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=
=75.93％
则反应掉的CO的量为：
8.87×
75.93％=6.73
则反应后的各组分的量分别为：
H2O％=33.73％-6.73％
=27％
CO％=8.87％-6.73％
=2.14％
H2％=36.32％+6.73％
=43.05％
CO2％=5.99％+6.73％
=12.72％
中变炉出口的平衡常数：
Kp=（H2％×
CO2％）/（H2O％×
CO％）=9.48
查得Kp=9.48时温度为424℃。
中变的平均温距为424℃-390℃=34℃
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。
2.2中变炉催化剂平衡曲线
根据H2O/CO=3.8
XP=
100％
V=KPAB-CD
q=
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：
T
300
320
340
360
380
400
573
593
613
633
653
673
Xp
0.9286
0.9080
0.8842
0.8574
0.8278
0.7956
420
440
460
693
713
733
0.7613
0.7253
0.6880
中变炉催化剂平衡曲线如下：
2.3最佳温度曲线的计算
由于中变炉选用QCS-01型催化剂，
最适宜温度曲线由式
进行计算。
E1=74.49kJ/mol，E2=113.39kJ/mol。
最适宜温度计算结果列于下表中：
272
290
308
326
344
362
Xp
380
397
414
将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：
2.4中变炉一段催化床层的物料衡算
进中变炉一段催化床层的变换气的温度为370℃
进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：
1531.02
2.4.1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％
故在一段催化床层反应掉的CO的量为：
60％×
402.9=241.74M3（标）=10.79kmol
出一段催化床层的CO的量为：
402.9-241.74=161.16M3（标）=7.19kmol
故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为：
1648.8+241.74=1890.54M3（标）=84.40kmol
故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：
272.1+241.74=513.84M3（标）=22.94kmol
故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积：
V总（干）=161.16+1890.54+513.84+661.2+6.3+8.7=3241.74M3（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％=
=4.97%
同理得：
CO2％=
=15.85%
H2％=
=58.32%
Ar％=
=0.27%
N2％=
=20.40%
CH4％=
=0.19%
所以出中变炉一段催化床层的变换气干组分：
15.85
4.97
58.32
20.40
0.27
513.84
161.16
1890.54
3241.74
Kmol
22.94
7.19
84.40
144.72
剩余的H2O的量为：
1531.02-241.74=1289.28M3（标）=57.56kmol
故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的体积：
V总（湿）=3241.74+1289.28=4531.02M3（标）=202.28kmol
故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中H2O的含量
H2O％=
=28.45%
故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中CO2的含量
CO2％=
=11.34％
同理可得：
CO％=
=3.56％
H2％=
=41.72％
=14.59％
CH4％=
=0.14％
Ar％=
=0.19％
所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（％）：
11.34
3.56
41.72
14.59
28.45
1890.5
1289.28
4531.02
57.56
202.28
2.4.2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（％）
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