1、大学毕业设计0CO.10CO.15CO.21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/（20.2204）=2989.22 M 3(标)因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取 3000 M3(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：组
2、 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合计含量， 9.07 13.43 54.96 22.04 0.29 0.21 100M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 3000kmol 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) =68.35
3、kmol因此进中变炉的变换气湿组分组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合计含量 5.99 8.87 36.32 14.57 0.19 0.14 33.73 100M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 1531 4539.1大学毕业设计1kmol 12.15 17.99 73.61 29.52 0.39 0.28 68.35 202.64大学毕业设计22.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+H2OH 2+CO2
4、，则 CO的实际变换率公式为：Xp= 100 （2-1） aY1式中 、 分别为原料及变换气中 CO的摩尔分率（湿基）a所以：X p =8.7201.=75.93则反应掉的 CO的量为：8.8775.93=6.73则反应后的各组分的量分别为： H2O=33.73-6.73=27CO=8.87 -6.73=2.14H2 =36.32+6.73=43.05CO2=5.99+6.73=12.72中变炉出口的平衡常数：Kp= （H 2CO 2）/（H 2OCO）=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
5、50，中变的平均温距合理，故取的 H2O/CO可用。大学毕业设计32.2中变炉催化剂平衡曲线根据 H2O/CO=3.8XP= 100 AWqUV=KPAB-CDq= V42U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中 A、B、C、D 分别代表 CO、H 2O、CO 2及 H2的起始浓度计算结果列于下表：T 300 320 340 360 380 400T 573 593 613 633 653 673Xp 0.9286 0.9080 0.8842 0.8574 0.8278 0.7956T 420 440 460T 693 713 733Xp 0.7613 0.7253 0.6880中变炉催
6、化剂平衡曲线如下：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91300 320 340 360 380 400 420 440 460 480T(C)Xp2.3最佳温度曲线的计算由于中变炉选用 QCS-01型催化剂，大学毕业设计4最适宜温度曲线由式 进行计算。122ln1ERTmeE1=74.49kJ/mol，E 2=113.39 kJ/mol。最适宜温度计算结果列于下表中：Xp 0.9286 0.9080 0.8842 0.8574 0.8278 0.7956T 573 593 613 633 653 673T 272 290 308 326 344 362Xp 0.7613 0
7、.7253 0.6880T 693 713 733T 380 397 414将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91272 292 312 332 352 372 392 412 432T(C)Xp2.4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 370进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合计含量 5.99 8.87 36.32 14.57 0.19 0.14 33.73 100大学毕业设计5M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.
8、2 8.7 6.3 1531.02 4539.1kmol 12.15 17.99 73.61 29.52 0.39 0.28 68.35 202.642.4.1 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：60402.9=241.74 M 3(标) =10.79kmol出一段催化床层的 CO的量为：402.9-241.74=161.16 M3(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.
9、1+241.74=513.84 M3(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=3241.74 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= =4.97%16.3247同理得：CO2= =15.85%5.81H2= =58.32%9043.7Ar= =0.27%N2= =20.40%61.4CH4= =0.19%3.7所以出中变炉一段催化床层的变换气干组分：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合计含量 15.85 4.97 58.32 20.40
10、 0.19 0.27 100M3(标) 513.84 161.16 1890.54 661.2 6.3 8.7 3241.74Kmol 22.94 7.19 84.40 29.52 0.28 0.39 144.72剩余的 H2O的量为：大学毕业设计61531.02-241.74=1289.28 M3(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=4531.02 M3(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%189.4530故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中 C
11、O2的含量CO2= =11.34.1同理可得：CO= =3.566.5430H2= =41.72189.N2= =14.595CH4= =0.146.310Ar= =0.1987.2所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（）：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合计含量 11.34 3.56 41.72 14.59 0.14 0.19 28.45 100M3(标) 513.84 161.16 1890.5 661.2 6.3 8.7 1289.28 4531.02Kmol 22.94 7.19 84.40 29.52 0.28 0.39 57.56 202.282.4
12、.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 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合计含量 11.34 3.56 41.72 14.59 0.14 0.19 28.45 100M3(标) 513.84 161.16 1890.5 661.2 6.3 8.7 1289.28 4531.02Kmol 22.94 7.19 84.40 29.52 0.28 0.39 57.56 202.28根据：Kp= （H 2CO 2）/（H 2OCO）计算得 K=5.067查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当 Kp=5.928时 t=475大
13、学毕业设计7设平均温距为 50，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为：475-50=4252.4.3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：370出中变炉一段催化床层的变换气温度为：425可知反应放热 Q：在变化气中含有 CO，H 2O，CO 2, H2 这 4种物质会发生以下 1种反应：CO +H2O=CO2+H2 （1）这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=H 0298=Cpdt 式中：HT 气体在 在 TK的统一基准焓，kc
14、al/kmol(4.1868kJ/kmol)；T298H 0298 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.）4.1868kJ/（kmol.）气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+ 式中 A0、A 1、A 2、A 3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+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 (5-1) 式中常数 a0、a 1、a 2、a 3、a 4与气体特性常数及标准生成热的关系为：a1=A0, a2=A1/2, a3=A
15、3/4, a4=A3/4a0=H 0298298.16a 1298.16 2a2298.16 3a3298.16 4a4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=（niHi） 始 （niHi） 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）;大学毕业设计8ni 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
16、中气体统一基准焓（通式）常数表 5-1.1分子式 a0 a1 a2 A3 a4O2 1.90318103 5.80298 2.15675103-7.404991071.088081010H2 -2.112441037.20974 -5.55838144.8459107 -8.189571011H2O -6.0036104 7.11092 1.293191031.28506107 -5.780391011N2 -1.976731036.45903 5.181641042.03296107 -7.656321011CO -2.836371046.26627 8.986941045.04519109
17、 -4.142721011CO2 -96377.88867 6.396 5.05103 -1.135106 0.00计算 O2的基准焓：根据基准焓的计算通式：Ht=a 0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4在 448时 T=425+273=698K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 H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）2794.508 -54412.553 -23560.11 -89839.079Ht（kJ/kmol） 11697.40 -227762.88 -98619.14 -376053.07放热： CO +H 2O=CO2+H2 （1）H1=（H
18、i） 始 （Hi） 末 =-376053.07+11697.40+98619.146+227762.88=-37973.644kJ/kmolQ1= 10.79（-37973.644）=-409735.62kJ大学毕业设计9气体反应共放热：Q=409735.62KJ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+bT+CT 2来计算热容，热容的单位为 kJ/（kmol.T）表 5-1.2物质 CO H2 H2O CO2 N2 ArA 28.41 27.28 30 44.14 27.87 20.7723b/10-3 4.1 3.26 10.71 9
19、.04 4.27 -c/105 -0.46 0.502 0.33 -8.53 - -CH4可用公式：Cp=a+bT+CT 2+dT3来计算热容:表 5-1.3物质 A b/10-3 c/10-6 d/10-9CH4 17.45 60.46 1.117 -7.2计算结果得：物质 CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4Cp 31 48.2 29.6 37.2 30.7 20.7277 56.1所以平均热容：Cpm=Yi*Cp=34.10KJ/（kmol.T）所以气体吸热 Q2=34.10202.28(425-370)=379376.14kJ假设热损失 Q3（一般热损失都小于总热量的 10%
20、）根据热量平衡的： Q= Q2 +Q3Q3=27187.39kJ2.4.4 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 370中变炉出口气体温度 425大学毕业设计10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：00.10.20.30.40.50.60.7360 370 380 390 400 410 420 430T(C)Xp2.5 中间冷凝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：202.28koml设冷淋水的流量：X kg变换气的温度：425冷淋水的进口温度
21、：20进二段催化床层的温度：380操作压力：1800kp热量计算： 冷淋水吸热 Q1：据冷淋水的进口温度 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)360 1500 3169.2360 2000 3159.3400 1500 3255.8大学毕业设计11400 2000 3247.6冷淋水要升温到 380，所以设在 380, 653K,1800kp 时的焓值为 h对温度进行内查法：1500kpa时(653-633 )/(h-3169.2)=(673-653)/(3255.8-h) h=3212.5 kJ/kg2000kpa时(65
22、3-633)/(h-3159.3)=(673-653)/(3247.6-h)h=3203.45 kJ/kg对压力用内差法得 380，653K，1800Kp 时的焓值 h为：(1800-1500)/(h-3212.5)=(2000-1800)/(3203.45-h)h=3207.07 kJ/kgQ1= X( 3207.07-83.96)变换气吸热 Q2根据表 5-1.2和表 5-1.3的计算方法得：物质 CO CO2 H2 H2O N2 CH4Cp 31 48.2 29.6 37.2 30.7 56.1所以 Cpm= Yi*Cp =34.10 kJ/（kmol.）Q2=202.28*34.10*
23、(425-380)取热损失为 0.05 Q2根据热量平衡：0.95Q2= X(3207.07-83.96)X=99.39kg=5.52koml=123.65 M3(标)所以进二段催化床层的变换气组分：水的量为：123.65+1289.28=1412.93 M 3(标)组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合计含量 11.04 3.46 40.62 14.21 0.14 0.19 30.36 100M3(标) 513.84 161.16 1890.54 661.2 6.3 8.7 1412.93 4654.67Kmol 22.94 7.19 84.40 29.52 0.28 0
24、.39 63.08 202.28大学毕业设计122.6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 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合计含量 15.85 4.97 58.32 20.40 0.19 0.27 100M3(标) 513.84 161.16 1890.54 661.2 6.3 8.7 3241.74Kmol 22.94 7.19 84.40 29.52 0.28 0.39 144.722.6.1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 0.76（总转化率）所以在 CO的变化量为：402.90.76=306.2
25、0M3(标)=13.67 kmol在中变炉二段催化床层的转化的 CO的量为：161.16-(402.9-306.20)=64.46 M3(标)=2.88kmol出中变炉二段催化床层的 CO的量为：161.16-64.46=96.7M3(标)=4.32kmol 故在二段催化床层反应后剩余的 CO2的量为：513.84+64.46= 578.3M3(标)=25.82 kmol故在二段催化床层反应后剩余的 H2的量为：1890.54+64.46= 1955M3(标)=87.28 kmol所以在二段催化床层反应后的变换气总量：V 总（干） =96.7+578.3+1955+661.2+8.7+6.3=
26、3306.2M3(标) =147.60kmol所以出中变炉二段催化床层的变换气干组分：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合计含量 17.49 2.92 59.13 20.00 0.19 0.26 100M3(标) 578.3 96.7 1955 661.21 6.3 8.7 3306.2kmol 25.82 4.32 87.28 29.52 0.28 0.39 147.60故在二段催化床层反应后剩余的 H2O的量为：大学毕业设计131412.93-64.46= 1348.47M3(标)=60.20kmol故出中变炉二段催化床层的变换气湿组分中 CO的含量：CO= 96.745=2
27、.08%同理得：CO2= 78.3465=12.42%H2= 19.7=42.00%N2= 6.45=14.21%CH4= .367=0.14%H2O= 18.5=28.97%Ar= .746=0.19%所以出中变炉的湿组分：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合计含量 12.42 2.08 42.00 14.21 0.14 28.97 0.19 100M3(标) 578.3 96.7 1955 661.2 6.3 134847 8.7 4654.67Kmol 25.82 4.32 87.28 29.52 0.28 60.20 0.39 207.80对出中变炉二段催化床层的
28、变换气温度进行估算：根据：Kp= （H 2CO 2）/（H 2OCO）计算得 Kp=8.66查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当 Kp=8.56时 t=432设平均温距为 42，则出中变炉二段催化床层的变换气温度为：432-42=390大学毕业设计142.6.2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：380出中变炉二段催化床层的变换气温度为：390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 658K时的生成焓。计算结果如下：组分 H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）2
29、513.614 -54772.366 -23857.721 -90306.203Ht（kJ/kmol） 10521.616 -229268.882 -99864.885 -378008.384放热： CO +H 2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi） 始 （Hi） 末 =-38353.001 kJ/kg所以得： Q1=2.88*38353.001=110456.64 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+bT+CT 2来计算热容。热容的单位为 kJ/（kmol.T）表 5-1.2物质 CO H2 H2O CO2 N2 A
30、rA 28.41 27.28 30 44.14 27.87 20.7723b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 -c/105 -0.46 0.502 0.33 -8.53 - -CH4可用公式：Cp=a+b+CT 2+dT3来计算热容:物质 A b/10-3 c/10-6 d/10-9CH4 17.45 60.46 1.117 -7.2计算结果：物质 CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4Cp 31.386 49.665 29.731 38.502 31.2 20.7723 58.72所以得：Cpm=Yi*Cp=33.82KJ/（kmol.T）大学毕业设计15
31、故：Q2=33.82212.77（390-380）=71958.814kJ热损失：Q3=Q1-Q2=38497.83kJ2.6.3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 380中变炉出口气体温度 390中变炉入口 CO变换率 60%中变炉出口 CO变换率 76.6%所以中变炉的操作线如图：00.10.20.30.40.50.60.70.80.9378 380 382 384 386 388 390 392T(C)Xp大学毕业设计160102030405060708090360 370 380 390 400 410 420 430T(C)Xp中变换
32、炉物料量平衡表组分 进中变换炉的物料量/m 3 出一段催化床层的物料量/m 3CO2 272.1 513.84CO 402.9 161.16H2 1648.8 1890.54N2 661.2 661.2Ar 8.7 8.7CH4 6.3 6.3H2O 1531.02 1289.28合计 4539.1 4531.02组分 进二段催化床层的物料量/m 3 出二段催化床层的物料量/m 3CO2 513.84 578.3CO 161.16 96.7H2 1890.54 1955N2 661.2 661.2Ar 8.7 8.7CH4 6.3 6.3H2O 1412.93 1348.47大学毕业设计17合
33、计 4654.67 4654.67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/kJ40973.62 379376.14 30359.48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/kJ110456.64 71958.814 38497.833.低变炉的物料与热量衡算进低变炉的湿组分：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合计含量 12.42 2.08 42.00 14.21 0.14 28.97 0.19 100M3(标) 578.3 96.7 1955 661.2 6.3 134847 8.7 4654.67Kmol 25.82 4.
34、32 87.28 29.52 0.28 60.20 0.39 207.80进低变炉催化床层的变换气干组分：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合计含量 17.49 2.92 59.13 20.00 0.19 0.26 100M3(标) 578.3 96.7 1955 661.2 6.3 8.7 3306.2kmol 25.82 4.32 87.28 29.52 0.28 0.39 147.603.1低变炉的物料衡算要将 CO降到 0.3（湿基）以下，则 CO的实际变换率为：p= 100=89.46XaY1取 p=90%则反应掉的 CO的量为：96.790=87.03M 3(标)=3
35、.89kmol大学毕业设计18出低温变换炉 CO的量： 96.7-87.03=9.67 M3(标)=0.43 kmol出低温变换炉 H2的量： 1955+87.03=2042.03M3(标)=91.16 kmol出低温变换炉 H2O的量：1348.47-87.03=1261.44M3(标)=56.31kmol出低温变换炉 CO2的量: 578.3 +87.03=665.33M3(标)=29.70 kmol出低变炉催化床层的变换气干组分的体积：V 总（干） =9.67+2042.03+665.33+8.7+661.2+6.3=3393.23M3(标)=151.48 kmol故出低变炉催化床层的变
36、换气干组分中 CO的含量：CO= =0.28%9.6732同理得：CO2= =19.61%5.9H2= =60.18%043.N2= =19.49%61CH4= =0.19%.39Ar= =0.26%87.2出低变炉的干组分：组 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 合计含量 0.28 19.61 60.18 19.49 0.19 0.26 100M3(标) 9.67 665.33 2042.03 661.2 6.3 8.7 3393.23kmol 0.43 29.70 91.16 29.52 0.28 0.39 151.48出低变炉催化床层的变换气湿组分的体积：V 总（湿） =3393
37、.23+1261.44=4654.67M3(标)=207.80 kmol故出低变炉催化床层的变换气干组分中 CO的含量：大学毕业设计19CO= =2.01%9.6745同理： CO 2= =14.29%3.H2= =45.53%067N2= =14.21% 1.45CH4= =0.14%3.Ar= =0.19%876H2O= =27.10%1.45所以出低变炉的湿组分：组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合计含量 14.29 0.21 43.87 14.21 0.14 0.19 27.10 100M3(标) 665.33 9.67 2042.03 661.2 6.3 8.7
38、 1261.44 4654.67kmol 29.70 0.43 91.16 29.52 0.28 0.18 56.31 207.80对出低变炉的变换气温度进行估算：根据：Kp=（H 2CO 2）/（H 2OCO）计算得 Kp=110.16查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当 Kp=110.16时 t=235设平均温距为 35，则出中变炉段催化床层的变换气温度为：t=23535=2003.2 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：180出低变炉催化床层的变换气温度为：200变换气反应放热 Q1:在 200时，T=473K，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
39、式 5-1及表 5-1.1计算平均温度为 476K时的生成焓。大学毕业设计20计算结果如下：组分 H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）1220.592 -56372.535 -25200.23 -92342.86Ht（kJ/kmol） 5109.22 -235967.08 -105484.43 -386533.53放热： CO +H 2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi） 始 （Hi） 末 =-39972.8kJ/kg所以：Q1=3.67039972.8=146700.176 kJ气体吸热 Q2：气体吸热时的平均温度：（180+200）/2=190，T=463K根据物理化学教
40、程知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+bT+CT 2来计算热容。热容的单位为 kJ/（kmol.T） 表 5-1.2物质 CO H2 H2O CO2 N2 ArA 28.41 27.28 30 44.14 27.87 20.7723b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 -c/105 -0.46 0.502 0.33 -8.53 - -CH4可用公式：Cp=a+bT+CT 2+dT3来计算热容表 5-1.3物质 A b/10-3 c/10-6 b/10-9CH4 17.45 60.46 1.117 -7.2计算结果：物质 CO CO2 H
41、2 H2O N2 Ar CH4Cp 31.270 49.498 29.621 38.409 31.15 20.7723 58.61所以得：Cpm=Yi*Cp=33.041kJ/（kmol.T）故：Q2=33.041212.77（200-180）=140602.67kJ热损失 ： Q3=Q1-Q2=146700.176-140602.67=6097.33 kJ低变换炉物料量平衡表组分 进低温变换炉的物料量/m 3 出低温变换炉的物料量/m 3大学毕业设计21CO2 578.3 665.33CO 96.7 9.67H2 1955 2042.03N2 661.2 665.33Ar 8.7 8.7CH
42、4 6.3 6.3H2O 1348.47 1261.44合计 4654.67 4654.67低变换炉热量平衡表反应放热/kJ 气体吸热/kJ 热量损失/kJ146700.176 140602.67 6097.333.3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 180低变炉出口气体温度 200低变炉入口 CO变换率 76.6%低变炉出口 CO变换率 90.00%0.740.760.780.80.820.840.860.880.90.92175 180 185 190 195 200 205T(C)Xp大学毕业设计223.4 低变炉催化剂平衡曲线根据公式 X
43、P= 100AWqU2V=KPAB-CDq= V42U=KP（A+B）+（C+D）W=KP-1其中 A、B、C、D 分别代表 CO、H 2O、CO 2及 H2的起始浓度t 160 180 200 220 240 260T 433 453 473 493 513 533Xp 0.9808 0.9687 0.9507 0.9262 0.8928 0.8504t 280T 553Xp 0.7968低变炉催化剂平衡曲线如下：00.20.40.60.811.2160 180 200 220 240 260 280 300T(C)Xp13. 最佳温度曲线的计算由于低变炉选用 B303Q型催化剂。大学毕业设
44、计23查小合成氨厂工艺技术与设计手册B303Q 型催化剂的正反应活化能分别为E1=43250kJ/ 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) + E 1H 为反应热，取其平均温度下的值，即：（180+200）/2=190，T=463KCO的反应式为： CO +H 2O=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/ kmol36231097.10845.291.0 TTT得：H=-38900 kJ/kmolE2 =38900+43250=8215
45、0 kJ/kmol最适宜温度曲线由式 Tm= 进行计算122ln1ERTe最适宜温度计算结果列于下表中：Xp 0.9808 0.9687 0.9507 0.9262 0.8928 0.8504T 409 427 444 462 479 497t 136 154 171 189 206 224Xp 0.7968T 515t 242将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：大学毕业设计2400.20.40.60.811.2136 156 176 196 216 236 256T(C)Xp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 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H
46、2O 合计 6.17 9.14 37.39 14.99 0.14 0.20 31.98 100M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 6.3 8.7 1410.15 4410.15koml 12.15 17.99 73.61 29.52 0.28 0.39 62.95 196.88进废热锅炉的温度为：920出废热锅炉的温度为：370进出设备的水温：20出设备的水温：370进出设备的转化气（湿）：196.88koml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 Q1水在 20时 Cp=33.52 kJ/（kmol.）Q1=X*
47、（20+273）*33.52=9821.36X大学毕业设计25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.）表 5-1.2物质 CO H2 H2O CO2 N2a 28.41 27.28 30 44.14 27.87b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27c/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8.53 -CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3来计算热容：表 5-1.3物质 A b C DCH4 17.45 60.46 1.17 -7.2计算结果：组分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 ArCp 33.27 31.20 54.33 42.8 32.96 78.94 20.73Cpm=Y i*Cp=36.84kJ/（kmol.）Q2=3
