萬噸合成氨一氧化碳變換工段設(shè)計(jì)63

1、目錄 1. 前言 4 2. 工藝原理 4 3. 工藝條件 5 4. 工藝流程的確定 6 5. 主要設(shè)備的選擇說明 6 6. 對(duì)本設(shè)計(jì)的綜述 6 第一章變換工段物料及熱量衡算8 第一節(jié) 中變物料及熱量衡算 8 1 確定轉(zhuǎn)化氣組成 8 2. 水汽比的確定 8 3. 中變爐一段催化床層的物料彳衡算 9 4. 中變爐一段催化床層的熱量 彳衡算 11 5. 中變爐催化劑平衡曲線 13 6. 最佳溫度曲線的計(jì)算 14 7. 操作線計(jì)算15 8. 中間冷淋過程的物料和熱量計(jì)算 16 9. 中變爐二段催化床層的物料衡算 17 10. 中變爐二段催化床層的熱量衡算 18 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計(jì)算 19 第

2、三節(jié)廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算 24 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 26 第五節(jié) 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計(jì)算 28 第二章 設(shè)備的計(jì)算 29 1.低溫變換爐計(jì)算 29 31 35 2. 中變廢熱鍋爐 參考文獻(xiàn)及致謝 氨是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于化學(xué)肥料的生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過 多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。合成氨的生產(chǎn)主要分 為：原料氣的制??；原料氣的凈化與合成。粗原料氣中常含有大量的C,由于 CO是合成氨催化劑的毒物，所以必須進(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過CO變換反 應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為易于清除的 CO和氨合成所需要的H2。因此，CO變換既是原料 氣的凈化過程，又是原料氣造氣

3、的繼續(xù)。最后，少量的CO用液氨洗滌法，或是 低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除。 變換工段是指CC與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。在合成氨工 藝流程中起著非常重要的作用。 目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從 80 年代中期發(fā)展 起來的。所謂中變串低變流程，就是在 B107等Fe-Cr系催化劑之后串入Co-Mo 系寬溫變換催化劑。在中變串低變流程中，由于寬變催化劑的串入，操作條件 發(fā)生了較大的變化。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換 氣中的CO含量也大幅度降低。由于中變后串了寬變催化劑，使操作系統(tǒng)的操作 彈性大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。 工藝

4、原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q （1-1 CO+H2= C+H2O （1-2 其中反應(yīng) 1）是主反應(yīng)，反應(yīng) 2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn) 物的方向進(jìn)行，工業(yè)上采用對(duì)式反應(yīng) 474 563.86 2750.68 1113.9 16.29 18.763 1973.52 6911.02 koml 21.16 25.172 122.798 49.73 0.727 0.838 88.1 308.53 中變爐CO的實(shí)際變換率的求取： 假定濕轉(zhuǎn)化氣為100mol，其中CO基含量為8.16 %，要求變換氣中CO含量為 2%,故根據(jù)變換反應(yīng)：CO+H= H+CO,則CO

5、的實(shí)際變換率為： Y -Y* X % = a a X 100=74% 匕（1+丫） 式中Ya、Ya分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率 濕基） 則反應(yīng)掉的CO的量為：8.16 X 74% =6.04 則反應(yīng)后的各組分的量分別為： HO% =28.56 % -6.04 % +0.48 % =23% CC% =8.16 % -6.04 % =2.12 % % =39.8 % +6.04 % -0.48 % =45.36 % CO% =6.86 % +6.04 % =12.9 % 中變爐出口的平衡常數(shù)： K= H2%X CO%） / 474 563.86 2750.68 1113.9 16.29 18

6、.763 1973.52 6911.02 koml 21.16 25.172 122.798 49.73 0.727 0.838 88.1 308.53 假使C2與H2完全反應(yīng)，C2完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的CO的量為: 60%X 563.86=338.318M3（標(biāo)=15.1koml 出一段催化床層的CO的量為： 563.86-338.318=225.545 M 3（標(biāo)=10.069koml 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 f的量為： 2750.68+338.318-2 X 16.29=3056.41 M 3（標(biāo)=136.447koml 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO的量為： 4

7、74+338.318=812.318 M （標(biāo)=36.26koml 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組分 CQ CO H2 N2 CH 合計(jì) 含量 15.54 43.1 58.47 21.13 0.35 100 M（標(biāo) 812.318 225.545 3056.41 1113.9 18.76 5226.94 koml 36.26 10.069 136.447 49.73 0.838 233.35 剩余的H0的量為： 1973.52-338.318+2 X 16.29=1667.79M3（標(biāo)=74.45koml 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組分 CO CO H2 CH HO

8、合計(jì) 含量 11.78 3.27 44.33 16.16 0.27 24.19 100 Mf（標(biāo) 812.318 225.545 3056.41 1113.9 18.76 1667.79 6894.73 koml 36.26 10.069 136.447 49.73 0.838 74.45 307.8 對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計(jì)算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量 %）: 組分 CQ CO H2 N2 CH HO 合計(jì) 含量 11.78 3.27 44.33 16.16 0.27 24.19 100 M（標(biāo) 812.318 225.545 3056.41 1113

9、.9 18.76 1667.79 6894.73 koml 36.26 10.069 136.447 49.73 0.838 74.45 307.8 對(duì)出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)：K=（H2%x CO% /H2O%X CO 計(jì)算得 K=6.6 查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)K=6.6時(shí)t=445 C 設(shè)平均溫距為30C，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445C -30 C =415C 4 中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐溫度：335 C 出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415C 反應(yīng)放熱Q:在變化氣中含有 CO 0, 02, “這4種物質(zhì)會(huì)發(fā)生以

10、下2種反 應(yīng)： CO +HO=CGH1-1） Q+ 2H2= 2 H2O1-2） 這2個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。 為簡化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓 ； H298該氣體在 25 C下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol（4.1868kJ/kmol ； T絕對(duì)溫度，K; Cp 一 一氣體的等壓比熱容，kcal/vkmol. C ） 4.1868kJ/kmol. C） 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式： 23 Cp=A+A X T+AXT +AXT + 式中凡、A、A、A氣體的特性常數(shù) 將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式： Ht=ao+a XT+qXT2+a3XT3+a4XT4 式中常數(shù)a。、a、a2

11、、a3、a4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a i=Ao,a2=A/2,a3=A/4,a4=A/4 ac=H0298-298.16ai-298.162X a2- 298.163X a3-298.164X a4 采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計(jì)算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn) 行，步驟有多少，只要計(jì)算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效 果。 H=E ni X Hi）始一 刀ni X Hi）末 式中H過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱， kcal ; 4.1868kJ) ni -始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol; Hi 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下; I 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，

12、kcal/kmol , 4.1868kJ/kmol ) 現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓 通式)常數(shù)表 計(jì)算Q的基準(zhǔn)焓： 根據(jù)基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式: Ht=ao+ai x T+比 XT 2+a3 XT 3+q x T4 分子式 a。 a 1 a2 a 3 a4 O2 1.90318 X10 3 5.80298 2.15675 X10 3 -7.40499 X10 7 1.08808 X10 10 H2 -2.11244 X10 3 7.20974 -5.5584 X 104 4.8459 X 10 7 -8.18957 X 10 H2O -6.0036 X 10 7.11092 1

13、.2932 X 10 1.28506 X 10 -5.78039 X 10 N2 -1.97673 X 103 6.45903 5.18164 X 104 2.03296 X 10 7 -7.65632 X 10 CO -2.83637 X 104 6.26627 8.98694 X 104 5.04519 X 109 -4.14272 X 1011 CO2 -96377.88867 6.396 5.05 X 10 3 -1.135 X 10 6 0.00 在 415C 時(shí) T=415+273=683K 查表可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表: 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Htv

14、kcal/kmol ) 6699.742 2724.221 -54502.665 -23634.754 -89956.67833 HtvkJ/kmol ) 28050.412 11405.77 -228191.759 -98953.987 -376630.6208 放熱： CO +H 2O=C2+H 始- 刀 Hi)末 =-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759 =-38079.10484kJ/koml Q仁 15.1X -38079.10484 ) =-575121.414kJ Q + 2H 2= 2 H2O2) Q2=A H2=E ni x Hi

15、)始=891111.78kJ 假設(shè)熱損失Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4=52934.965 kJ 5中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) ”O(jiān)/CO=3.5,與公式 Xp=U q X 100% 2AW V=KAB-CD q= U2 _4WV U=KA+B + 600 1600 3693.2 600 P1800 3691.7 700 1600 3919.7 700 1800 3918.5 冷淋水要升溫到353E，所以設(shè)在353C,615K,1750kp時(shí)的焓值為h 對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時(shí) (626-600 /(h-3693.2=(700-626/(3919.7-h h=3

16、752.09 kJ/kg 1800kpa時(shí) (626-600/(h-3691.7=(700-626/(3918.5-h h=3750.668 kJ/kg 對(duì)壓力用內(nèi)差法得353E, 615K 1750Kp時(shí)的焓值h為: (1750-1600/(h-3752.09=(1800-1750/(3750.668-h h=3751.0235 kJ/kg Q1= X( 3813.244875-83.96 變換氣吸熱Q2 根據(jù)表5-1.2和表5-1.3的計(jì)算方法得: 物質(zhì) CO CO 14 HO CH cp 31 48.2 29.6 37.2 30.7 56.1 所以 Cpm=EYi*Cp =33.92kJ

17、/ 取熱損失為0.04 Q2 根據(jù)熱量平衡：0.96 Q2= X(3751.0235-83.96 X=169.46kg=9.415koml=210.88 M 3(標(biāo) 所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分： 水的量為：210.88+1667.79=1878.67 M 3(標(biāo) 組分 CO CO 14 CH O 合計(jì) 含 量 11.432 3.17 43.01 15.68 0.26 26.44 100 M（標(biāo) 812.318 225.545 3056.413 1113. 9 18.76 1878.67 7105. 61 koml 36.265 10.068 136.45 49.73 0.838 83.87

18、 317.2 2 9 中變爐二段催化床層的物料衡算： 設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為0.74 總轉(zhuǎn)化率）所以在二段CO的變化量 563.86*0.74=417.26 M 3（標(biāo) 在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的 CO的量為： 225.545-563.86-417.26 ） =78.94（標(biāo) =3.52koml 出中變爐二段催化床層的 CO的量為：225.545-78.94=146.605 M 3（標(biāo) 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO的量為： 812.318+78.94=891.26M3（標(biāo) 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為： 3056.413+78.94=3135.353M3（標(biāo) 故在二段

19、催化床層反應(yīng)后剩余的H2O的量為： 3 1878.67-78.94=1799.73M （標(biāo) 所以出中變爐的濕組分： 組分 CO CO CH O 合計(jì) 含 量 12.54 2.06 44.125 15.67 0.26 25.33 100 M（標(biāo) 891.26 146.605 3135.353 1113. 9 18.76 1799.73 7105. 6 koml 39.788 6.545 139.971 49.73 0.838 80.345 317.2 2 對(duì)出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)：K= H2%x CO%) /H2O%x CC) 計(jì)算得K=10.6 查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)

20、計(jì)手冊知當(dāng) K=10.6時(shí)t=409 C 設(shè)平均溫距為48C，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 409 C -44 C =365C 10.中變爐二段催化床層的熱量衡算： 以知條件：進(jìn)變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353 C 出變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365 C 變換氣反應(yīng)放熱Q1： 計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：632K, 計(jì)算結(jié)果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Htkcal/kmol) 2373.4 -54949.05 -24005.565 -90536.421 HtkJ/kmol) 9936.95 -230060.69 -10050

21、6.5 -379057.89 放熱： CO +H 2O=C2+H 1) HU Hi)始 1023.37 14.495 3267.463 1113.9 18.76 1667.62 7105.62 koml 45.68 0.64722 145.869 49.72 0.838 74.45 317.22 出低變爐的干組分: 組分 CO CO pHT N2 CH 合計(jì)| 含量 18.82 0.27 60.08 20.48 0.35 100 M(標(biāo) 1023.37 14.495 3267.463 1113.9 18.76 5437.99 koml 45.68 0.64722 145.869 49.72 0

22、.838 242.767 對(duì)出低變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)：K= H2%X CO%) /H2O%x CC) 計(jì)算得K=141.05 查小合成氨廠工藝與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)K=141.05時(shí)t=223 C 設(shè)平均溫距為20E，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=223-20=203C 3 低變爐的熱量衡算： 以知條件：進(jìn)低變爐催化床層的變換氣溫度為：181C 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203 C 變換氣反應(yīng)放熱Q1： 在 203 C 時(shí)，T=476K 計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：476K, 計(jì)算結(jié)果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Htkca

23、l/kmol ) 1241.516 -56347.304 -25178.916 -92311.594 HtkJ/kmol ) 5197.977 2359149.084 105419.084 -386490.181 放熱： CO +H 2O=C9H 1) HU Hi)始E Hi )末 =-39958.286kJ/kg Q1=5.898*39958.286=235687.29kJ/kg 氣體吸熱Q2 氣體吸熱時(shí)的平均溫度：181+203)/2=191.5 C，T=464.5K 根據(jù)物理化學(xué)知 CO, H2,H2O, CO2, N2，可用公式：Cp=a+b+CT-2來計(jì)算熱 容。 熱容的單位為kJ/

24、vkmol. C) 表 5-1.2 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 28.41 27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8.53 CH可用公式Cp=a+b+ci+df來計(jì)算熱容: 表 5-1.3 物質(zhì) a b c d CH4 17.45 60.46 1.17 -7.2 計(jì)算結(jié)果: 組分 CO 14 CO H.O N CH Cp 30.1 29.03 44.39 35.13 29.85 45.05 Cpm Yi*Cp=32.86kJ/kmol. C) Q2=33.61*

25、317.22*203-181 ) =230669.84kJ 熱損失 Q3=Q1-Q2=235687.29-230669.84=5017.45 kJ 4 低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù)公式Xp=U q X 100% 2AW V=K pAB-CD U=KpA+B ) + 對(duì)于CO變換反應(yīng)r=1，則E2=(- H + E1 H為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即： 181+203) /2=192 C, T=465K CO的反應(yīng)式為：CO +HO=C0H 反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計(jì)算： H=-1000-0.291*T+2.845 X 10-3*T2-0.97.3 X 10-3T3

26、得：AH =-9422.62 kcal/kmol=-39450.653 kJ/kmol E2 =39450.653+43164=82614.653 kJ/kmol 6. 最適宜溫度曲線 由式Tm=一 1 Te RTe ln E2 進(jìn)行計(jì)算 Xp 0.9769 0.9623 0.9389 0.9121 0.8732 0.8229 T 402 421 440 457 475 493 t 129 148 167 184 201 220 E2 -巳 E1 最適宜溫度計(jì)算列于下表中: Xp 0.76 T : 510 t 237 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖: 溫度C) 最適宜溫度曲線 第二節(jié).

27、廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算 1 已知條件： 進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份: 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計(jì) % 7.54 8.97 43.76 17.72 0.29 0.26 21.7 100 M(標(biāo) 474 563.87 2750.68 1113.9 18.76 16.29 1364.55 6285.75 koml 21.161 25.173 122.798 49.73 0.838 0.728 60.917 280.614 進(jìn)廢熱鍋爐的溫度為：925 C 出廢熱鍋爐的溫度為：335 C 進(jìn)出設(shè)備的水溫：20 C 出設(shè)備的水溫：335C 進(jìn)出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣濕): 168.3k

28、oml 進(jìn)出設(shè)備的水量：X koml 物量在設(shè)備里無物量的變化。 2.熱量計(jì)算： (1)入熱： 水的帶入熱Q 水在 20 C 時(shí) Cp=33.52 kJ/vkmol. C) Q=X*20+273 *33.52 =9821.36X 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2 轉(zhuǎn)化氣在925C時(shí)T=1193K 根據(jù)物理化學(xué)知 CO,甩,比0, CO2, N 2 ,可用公式：Cp=a+b+cT來計(jì)算熱 容。 熱容的單位為kJ/vkmol. C) 表 5-1.2 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 28.41 27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c

29、/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8.53 CH可用公式Cp=a+b+cT+d來計(jì)算熱容: 表 5-1.3 物質(zhì) a b c d CH4 17.45 60.46 1.17 -7.2 計(jì)算結(jié)果: 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 33.27 31.2 54.33 42.8 32.96 78.94 CpmYi*Cp=36.4kJ/kmol. C) Q=36.4*280.62*920+273 ) =12185577.7kJ 2)出熱： 轉(zhuǎn)化氣的帶出熱：Q=32.66 X 280.62 X 330+273 =5526711.3KJ 轉(zhuǎn)化氣在335C時(shí)T=608K 根據(jù)

30、物理化學(xué)知 CO,血比0, C02, N 2 ,可用公式：Cp=a+b+cT來計(jì)算熱 容。 熱容的單位為kJ/vkmol. C) 表 5-1.2 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 28.41 27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8.53 計(jì)算結(jié)果: 組分 CO CO HO 2 CH Cp 30.76 29.38 47.25 36.55 30.44 52.73 Cpm=2Y*Cp=32.66kJ/kmol. C) Q=32.66*280.62*330+273 ) =5

31、526711.265kJ 水的帶出熱Q4: 水在 335C, T=603K時(shí)的熱容為：Cp=36.55 kJ/vkmol. C) Q=X*36.55* 熱量平衡： 0.96*(Q 汁 Q2= Q+ Q4 0.969821.36X +12185577.7)=22039.65X+5526711.265 X=489.365koml 3.水蒸汽的加入： 要使HO/CO=3.5還要加入的水量為： 1973.52-1364.55) - 22.4=27.187koml 第四節(jié)主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 1.已知條件： 進(jìn)出設(shè)備的變換氣的量：190.33koml 進(jìn)出設(shè)備的水的量：Xkoml 物料的量在設(shè)備中

32、無變化。 溫度： 變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度：365C 變換氣出設(shè)備的溫度：250 C 水進(jìn)設(shè)備的溫度：20 C 水出設(shè)備的溫度：90 C 2.熱量計(jì)算： (1)入熱： 變換氣帶入熱：Qi 變換氣在 365C時(shí)根據(jù)物理化學(xué)知 CO, H2,H2O, CO2, N 2，可用公式: Cp=a+b+cT來計(jì)算熱容。 熱容的單位為kJ/vkmol. C) 表 5-1.2 物質(zhì) CO H2 H20 CO2 N2 a 28.41 27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8.53 CH可用公式Cp=a

33、+b+cT+d來計(jì)算熱容: 表 5-1.3 物質(zhì) a b c d CH 17.45 60.46 1.17 -7.2 計(jì)算結(jié)果: 組分 CO CO H.O CH Cp 33.27 31.2 54.33 42.8 32.96 78.94 CpmY*Cp=33.94kJ/kmol. C) Q=317.22*33.94*33.52=9821.36*X 出熱： 變換氣在出口溫度為 250C, T=523K時(shí)根據(jù)物理化學(xué)知CO, H2H2O, CO2, N，可用公式：Cp=a+b+cT來計(jì)算熱容 熱容的單位為kJ/vkmol. C) 表 5-1.2 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 28.41

34、27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8.53 CH可用公式Cp=a+b+cT+d來計(jì)算熱容: 表 5-1.3 物質(zhì) a b c d CH 17.45 60.46 1.17 -7.2 計(jì)算結(jié)果: 組分 CO CO HO 2 CH Cp 33.27 31.2 54.33 42.8 32.96 78.94 CpmY*Cp=33.14kJ/=12392.82*X 熱損失Q:取0.04Q 根據(jù)熱量平衡： 0.96*Q1+Q) =Q+Q X=371.93koml 第五節(jié)調(diào)溫水加熱器的物料

35、與熱量計(jì)算 1.已知條件： 入設(shè)備的變換氣溫度：250 C 出設(shè)備的變換氣溫度：181C 進(jìn)設(shè)備的濕變換氣的量：190.33koml 變換氣帶入的熱量：Q=3298841.433kJ 變換氣帶出的熱Q： 變換氣在181 C時(shí)T=454K時(shí)根據(jù)物理化學(xué)知 CO,比0, CC2, N 2 ,可用公 式：Cp=a+b+cT來計(jì)算熱容。 熱容的單位為kJ/vkmol. C) 表 5-1.2 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 28.41 27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c/10-5 -0.46 0.502 0.33 -8

36、.53 CH可用公式Cp=a+b+cT+dT來計(jì)算熱容: 表 5-1.3 物質(zhì) a b c d CH4 17.45 60.46 1.17 -7.2 計(jì)算結(jié)果: 組分 CO CO HO 2 CH Cp 33.27 31.2 54.33 42.8 32.96 78.94 Cpm Y x Cp=32.62kJ/vkmol. C) Q=190.33 x 32.62 x 454=2835274.946kJ 設(shè)備及管道損失?。?.04Q1 變換氣放出的熱量： Q=QQ2-Q3=331612.83kJ 第二章設(shè)備的計(jì)算 1低溫變換爐計(jì)算 1.1已知條件：平均操作壓力 0.83Mpa. 氣體進(jìn)口溫度180 C

37、 氣體出口溫度 220 C 3 氣體流量 CH 合計(jì) 含 量 16.79 2.76 59.09 20.99 0.35 100 低變爐出口干氣中 CC含量：CO%=0.27% 入催化劑蒸汽比 R=0.2445 1.2催化劑用量計(jì)算 B302 型低變催化劑 的宏觀動(dòng)力學(xué)方程為： r=1822exp f4 -1.0351X0 RT 0.3 0.8 y.6co yH 2O yCO 2 yH 2 (1- yco2 yH 2 ycoyH2O 根據(jù)低變催化劑的選用原則，故選 B302型國產(chǎn)低變催化劑，當(dāng)變換氣中 CO干)為0.27%時(shí)，計(jì)算得催化劑床層空速為 2120標(biāo))/m3. h). 對(duì)于B204因動(dòng)力

38、學(xué)方程式中催化劑按體積計(jì)，計(jì)算出的催化劑床層空速 是以體積為單位的“空速”. 因此,催化劑理論用量：V低二67356.09 = 31.77 m3 2120 在采用中變串低變的流程中，低變催化劑條件較好，故可以不考慮催化劑備 用系數(shù)。 1.3催化劑床層直徑計(jì)算 設(shè)計(jì)要求催化劑層總阻力v 690Kpa即700mmH2O) 催化劑層阻力降采用式4-6-16)試算 1 9 P=2.1X 10 fG_ 曲 E3 B302為非球形催化劑，粒度為 即轉(zhuǎn)化為球形粒徑，即 5X4.50.5，取其平均值為 5X4.25=21.25, 4.6mm, dp=4.6mm=0.0046m 設(shè)催化劑床層直徑為4.0m,則:

39、 d p0 0046 E=0.378+0.308二 0.378 0.308二 0.3784 D4.0 1.31催化劑床層阻力 氣體平均分子量M=14.7 氣體在進(jìn)入低變催化劑層中的重度丫 22.4 14.70 273200 273 1 8.5 3 =2.968Kg/m3 式中：200為氣體的平均溫度值 氣體質(zhì)量流量 Q=22456-09 14.71=3519.3Kg/(m2.h 2243.14 4.0 2 4 1.3.2催化劑層高 L= 10.59 =2.53m -(4.0)2 所以： 81.5 2252.351-91 - 0.3784 P=2.1 10 一1132.53 2.96(0.004

40、6).(0.3784) 2 =628Kgf/m2=6.28Kpa(628mmH2O 計(jì)算結(jié)果符合要求 PV 6.90KPa, 故假設(shè)正確，取催化劑直徑4.0m 2.中變廢熱鍋爐 取中變廢熱鍋爐入口熱水溫度為 80C ,假定出口熱水溫度為150C,查飽和 水蒸氣表得 150C 時(shí)的焓值 lH2O=632.20KJ/kg , lH2O(g=2750.7 KJ/kg,汽化熱 為 2115.5 KJ/k 2.1已知條件： 氣體流量及組成(不考慮水蒸氣冷凝量 進(jìn)氣流量：6.323X 10.16=1326.74kmol/h 出氣流量:6.323X 10.16=1326.74 kmol/h 氣體組成： 同中

41、變氣體出口組成(略 m =14.77 操作狀況: 操作狀況 進(jìn)口溫度C 出口溫度C 操作壓 中變氣 430 280 1.2MPa 熱水 80 150 蒸汽壓 換熱器熱負(fù)荷： 擬采用單程換熱器，并使熱氣體走管內(nèi)，冷氣體走管間，故以熱氣體放出熱量 為計(jì)算熱負(fù)荷： Q=18.94X (Q 放-Q 損=18.94 X (998423.71-35620 =18241357.29kJ/h 2.2設(shè)備直徑與列管數(shù)量確定： 為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，減少熱量損失，提高單位面積換熱能力，擬采用 25 X 2.5小列管,單程結(jié)構(gòu),并使熱氣體走管內(nèi),冷氣體走管程. 列管數(shù)量估算： 管內(nèi)氣體重量流量為 G=14.77X 210.16X 18.94=58787.85Kg/h 為使管內(nèi)雷諾準(zhǔn)數(shù)大于10000,估計(jì)重量流速為25