毕业设计（论文）：年产8万吨合成氨变换工段工艺设计.doc

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1、职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）(冶金化工系)题 目 年产8万吨合成氨变换工段工艺设计 专 业 应用化工技术 班 级 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2010年6月25日2010年10月10日 目录摘要1第一章 概述222233445567778888第二章 变换工段物料及热量衡算102.1 中温变换物料衡算及热量衡算1010确定10111315171919202225致谢29参考文献30年产8万吨合成氨变换工段工艺设计摘要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

2、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变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。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，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。本设计介绍了年产8万吨合成氨变换工段的工艺设计，论文主要讲述合成氨的性质、合成氨的生产工艺、合成氨变换的原理和合成氨的发展以及设备的物料和热量计算。关键词：合成氨 变换 工艺设计第一章 概述氨的性质 物理性质氨分子为三角锥型分子，是极性分子。N原子以sp3杂化轨道成键。无色气体,有刺激性恶臭味。分子式NH3。分子量。相对

3、密度。熔点。沸点。自燃点。蒸气密度。蒸气压（）。蒸气与空气混合物爆炸极限1625%（最易引燃浓度17%）。氨在20水中溶解度34%,25时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性水溶液PH值为。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高1。化学性质（1）NH3遇HCl气体或浓盐酸有白烟产生化学方程式：。（2）氨水可腐蚀许多金属，一般若用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青。（3）氨的催化氧化是放热反应，产物是N

4、O，是工业制HNO3的重要反应，NH3也可以被氧化成N2。（4）NH3是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。（5）跟酸反应反应实质是氨分子中氮原子的孤对电子跟溶液里具有空轨道的氢离子通过配位键而结合成离子晶体。若在水溶液中反应，离子方程式为： 8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl（黄绿色褪去，产生白烟）反应实质： 总反应式：（6）NH3的制取工业制法 实验室制法 简易制法 直接加热浓氨水2。氨的用途氨是基本化工产品之一，用途很广。化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。各种氮肥

5、生产是以合成氨为主要原料的，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平。以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料。还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业部门。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。现代国防工业和尖端技术也都与氨合成工业有密切关系，如生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷冻剂。合成氨工业的

6、迅速发展，也促进和带动了许多科学技术部门的发展，如高压技术、低温技术、催化技术、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等。同时，尿素和甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门3。合成氨的工艺流程原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换

7、过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。（1）一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下： 由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。（2）脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序

8、前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法（Rectisol）、聚乙二醇二甲醚法（Selexol）等。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温

9、甲醇洗法（Rectisol），聚乙二醇二甲醚法（Selexol），碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等4。 （3）气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻（-100）条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3

10、/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量（体积分数）一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物（CO+CO2）含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：氨合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%20%，故采用未反应氢

11、氮气循环的流程。氨合成反应式如下： 合成氨工业的发展情况解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅万吨，而1982年达到万吨，成为世界上产量最高的国家之一。近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都 很先进。世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变,

12、其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性”的基本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发。（1）大型化、集成化、自动化, 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。以Uhde公司的“双压法氨合成工艺”和Kellogg 公司的“基于钌基催化剂KAAP 工艺”,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率（提高氨净值） ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件; 开发低压、高活

13、性合成催化剂, 实现“等压合成”。（2）以“油改气”和“油改煤”为核心的原料结构调整和以“多联产和再加工”为核心的产品结构调整,是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的有效途径。实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。生产过程中不生成或很少生成副产物、废物,实现或接近“零排放”的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。提高生产运转的可靠性,延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的必要保证。有利于“提高装置生产运转率、延长运行周期”的技术,包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视5。合成氨生产的市场需要据资料统计:1997 年世界合成氨年产量达t。预计200

14、0 年产量将达。其化肥用氨分别占氨产量的81.7%和82.6%。我国1996 年合成氨产量已达t，专家预测2000 年将达36Mt,2020 年将增加至45Mt。即今后20 年间将增加到现在的1.5 倍。因而合成氨的持续健康发展还有相当长的路要走。未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。合成氨工业在国民经济中举足轻重。农业生产，“有收无收在于水，收多收少在于肥”。所以,合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。我国七十至九十年代先后重复引进30 多套大化肥装置，耗费巨额资金，在提高了化肥生产技术水平的同时，

15、也受到国外的制约。今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术，自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。过去引进建设一套大型化肥装置，耗资数十亿元。当今走老厂改造扩建的道路，可使投资节省1/22/3。节省的巨额资金，用作农田水利建设和农产品深加工，将在加速农村经济发展， 提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要用6。合成氨变换的工艺原理一氧化碳变换反应式为： （1-1） （1-2）其中反应（1-1）是主反应，反应（1-2）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（11）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

16、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： （1-3）合成氨变换的工艺条件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，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a,中型氨厂为Pa。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Pa。温度变化反

17、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式中Tm、Te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。水气比水蒸汽比例一般指H2O/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Fe3O

18、4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，中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：H2O/CO=35，经反应后，中变气中H2O/CO可达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求7。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

19、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 8。 主要设备的选择说明中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。低变炉选用C6型催化剂，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。第二章变换工段物料及热量衡算中温变换物料衡算及热量衡算确定转化气组成表2-1 中变炉进口气体组成 组分CO2COH2N2CH4O2合计%100计算基准：吨氨计算生产1吨氨需要的变化气量：（1700/17）/（），因为在生产过程中物量可能

20、会有消耗，因此变化气量取。年产8万吨合成氨生产能力：日生产量：要求出中变炉的变换气湿组分中CO小于2表2-2 进中变炉的变换气干组分组 分CO2COH2N2O2CH4合计含量，100kmol假设入中变炉气体温度为3350C，取出炉与入炉的温差为300C，则出炉温度为3650C。进中变炉干气压力Pa。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H2故V（水）3(标) n(水)因此进中变炉的变换气湿组分:表2-3 进中变炉的变换气湿组分组 分CO2COH2N2O2CH4H2O合计含量100m3(标)kmol25.27 中变炉CO的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol，其中CO基含量

21、为，要求变换气中CO含量为2，故根据变换反应：CO+H2OH2+CO2，则CO的实际变换率为：式中Ya、分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基）则反应掉的CO的量为： 则反应后的各组分的量分别为： H2OCOH2CO2O2CH4中变炉出口的平衡常数：K= （H2CO2）/（H2OCO）=12查小合成氨厂工艺技术与设计手册可知K=12时温度为397。中变的平均温距为397-365=32中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。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。因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分；表2-4 进中变炉一段催化床层的变换气湿组分组 分CO2C

22、OH2N2O2CH4H2O合计含量100m3(标)kmol假使O2与H2 完全反应，O2 完全反应掉故在一段催化床层反应掉的CO的量为：60m3(标出一段催化床层的CO的量为：573.67-344.202=229.468 m3(标)10.24 kmol故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为:2750.68+344.202-216.29=3062.302 m3(标)=136.7 kmol故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：464.1+344.202=808.3 m3(标表2-5 出中变炉一段催化床层的变换气干组分组 分CO2COH2N2CH4合计含量100m3(标)kmol剩余的H2O的量

23、为：m3(标所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分如表：表2-6 出中变炉一段催化床层的变换气湿组分组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100m3(标)kmol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:表2-7 出中变炉一段催化床层的变换气湿组分组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100m3(标)kmol对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据：计算得查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当时t=465设平均温距为30，则出变炉一段催化床层的变换气温度为：465-30=435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

24、35 出变炉一段催化床层的变换气温度为：435反应放热Q：在变化气中含有CO，H2O，O2，H2 这4种物质会发生以下2种反应： （1-1） （1-3）这2个反应都是放热反应。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=H0298+ 式中 HT 气体在在TK的统一基准焓H0298 该气体在25下的标准生成热T绝对温度，K；Cp,m气体的等压比热容气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：Cp,m=a+bT+cT2 式中a、b、c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= + （T-298）a+(T2-2982)

25、b+(T3-2983)c 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 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；现将有关气体的计算常数列于下表中表2-8 气体统一基准焓（通式）常数物质COH2H2OCO2N2ab/10-35c/10-62计算O2的基准焓：根据基准焓的计算通式：HT= + （T-298）a+(T2-2982)b+(T3-2983)c 在435时T=435+273=70

26、8K表2-9 各个组分的焓值组分O2H2H2OCOCO2HT（kJ/kmol）放热： CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=(Hi)末-（Hi）始=-373549.28+11968.52+98177.85+227145.4 Q1=15.1（） O2 + 2H2= 2H2O （2）Q2H2（niHi）末（niHi）始气体共放热：Q=Q1+Q2气体吸热Q3：根据物理化学知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp,m=a+bT+CT2来计算热容。热容的单位为kJ/（kmol）查表可得：表2-10 各变换气的等压摩尔热容物质COCO2H2H2ON2CH4Cp,m平均Cp,m =Y

27、i*Cp,m =34.5 KJ/（kmol）所以气体吸热Q3=34.25*307.78*(435-330)=1014750.66 kJ假设热损失Q4根据热量平衡的： Q= Q3 +Q4Q4=34352.81 kJ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：设冷淋水的流量：X kg变换气的温度：435冷淋水的进口温度：20进二段催化床层的温度：353操作压力：1750kPa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根据化工热力学可知：表2-11 水在不同温度压力下的焓值T/kP/kPaH/(kJ/kg)6001600600180

28、070016007001800冷淋水要升温到353，所以设在353, 615K,1750kp时的焓值为h对温度进行内查法：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对压力用内差法得353，615K，1750kPa时的焓值h为：(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h)h=3751.0235 kJ/kgQ1= X( 3751

29、.0235-83.96)变换气放热Q2根据表2-10的计算方法得：表2-12 各变换气的等压摩尔热容物质COCO2H2H2ON2CH4Cp,m56所以Cp,m= Yi*Cp,m,m =34.19 kJ/（kmol.）Q2(435-353)取热损失为0.04 Q2根据热量平衡：0.96 Q2= X(3751.0235-83.96)mol=213.05 M3(标)水的量为：+1661.9=1874.95 M3(标)所以进二段催化床层的变换气组分：表2-13 进二段催化床层的变换气组分 组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100m3(标)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

30、率为（总转化率）所以在二段CO的变化量0.74=424.52 m3(标)在中变炉二段催化床层的转化的CO的量为：（）m3(标出中变炉二段催化床层的CO的量为：229.468-80.31=149 m3(标)故在二段催化床层反应后剩余的CO2的量为：m3(标)故在二段催化床层反应后剩余的H2的量为：m3(标)故在二段催化床层反应后剩余的H2O的量为：m3(标)所以出中变炉的湿组分：表2-14 出中变炉的湿组分 组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100m3(标)149对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据：计算得查小合成氨厂工艺技术与设计手册知当时t=413设平均温距为48，则出变

31、炉一段催化床层的变换气温度为：413-48=365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 出变炉二段催化床层的变换气温度为：365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，平均温度为：632K,计算结果如：表2-15 变换气中各组分的生成焓组分H2H2OCOCO2HT（kJ/）放热：CO +H2O=CO2+H2 （1）H1=（Hi）始（Hi）末 =-37091.53 kJ/kgQ137091.53=133158.59 kJ气体吸热Q2：根据物理化学知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp,m =a+bT

32、+CT2来计算热容。热容的单位为kJ/（.）表2-16气体统一基准焓（通式）常数物质COH2H2OCO2N2ab/10-35c/10-62计算结果如：表2-17各变换气的等压摩尔热容组分COH2CO2H2ON2CH4Cp,m平均（.）Q2（365-353）=129221.1680 kJ热损失：Q3=Q1-Q2=133158.59-129221.1680=3937.422 kJ已知条件：表2-18 进低变炉的湿组分 组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100m3(标)149表2-19 进低变炉的干组分 组 分CO2COH2N2CH4合计含量100m3(标)149低变炉的物料衡算要将CO降

33、到（湿基）以下，则CO的实际变换率为：则反应掉的CO的量为：=131.865 m3(标)=5.887 出低温变换炉CO的量：149-131.865=17.135 m3(标出低温变换炉H2的量： 3142.612+131.865=3274.477 m3(标)=146.182 出低温变换炉H2O的量：1794.64-131.865=1662.775 m3(标出低温变换炉CO2的量: 888.61 +131.865=1020.475 m3(标 表2-20 出低变炉的湿组分 组 分CO2COH2N2CH4H2O合计含量100m3(标)表2-21 出低变炉的干组分组 分CO2COH2N2CH4合计含量1

34、00m3(标)对出低变炉的变换气温度进行估算：根据：计算得K=117查小合成氨厂工艺与设计手册知当K=117时t=235设平均温距为20，则出变炉一段催化床层的变换气温度为：t=235-20=215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：181 出低变炉催化床层的变换气温度为：215变换气反应放热Q1:在215时，T=488K计算变换气中各组分的生成焓，原理与计算一段床层一样，平均温度为：488K,计算结果如：表2-22 变换气中各组分的生成焓组分H2H2OCOCO2Ht（）放热： （1）H1=（Hi）末（Hi）始 =-38365.91 kJQ138365.91=225860

35、.11 kJ气体吸热Q2：气体吸热时的平均温度：（181+215）/2=198，T=471K根据物理化学知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp,m=a+bT+CT2来计算热容。热容的单位为kJ/（）表2-23气体统一基准焓（通式）常数物质COH2H2OCO2N2ab/10-35c/10-62CH4可用公式Cp,m =a+bT+cT2+dT3来计算热容表2-24气体统一基准焓（通式）常数物质abcdCH4计算结果：表2-25 各变换气的等压摩尔热容组分COH2CO2H2ON2CH4Cp,m平均Cp,m =Yi（）Q2（215-181）热损失Q3=Q1-Q2=225860.1

36、1-220669.84=5990 kJ已知条件：表2-26 进废热锅炉的转化气组份 组份CO2COH2N2CH4O2H2O合计100m3(标)20.7225.27进废热锅炉的温度为：925出废热锅炉的温度为：335进出设备的水温：20出设备的水温：335进出设备的转化气（湿）：170kmol进出设备的水量：X 物量在设备里无物量的变化。热量计算：(1)入热：水的带入热Q1水在20时 Cp,m,m=33.74 kJ/（）Q1=X（20+273）转化气的带入热Q2：转化气在925时T=1193K根据物理化学知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp,m=a+bT+CT2来计算热容

37、。热容的单位为kJ/（）表2-27气体统一基准焓（通式）常数物质COH2H2OCO2N2ab/10-35c/10-62CH4可用公式Cp,m=a+bT+cT2+dT3来计算热容：表2-28气体统一基准焓（通式）常数物质abcdCH4计算结果：表2-29 各变换气的等压摩尔热容组分COH2CO2H2ON2CH4Cp,m平均Cp,m=Yi（）Q2（920+273）（2）出热：转化气在335时T=608K根据物理化学知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp,m=a+bT+CT2来计算热容。热容的单位为kJ/（）表2-30气体统一基准焓（通式）常数物质COH2H2OCO2N2ab/

38、10-35c/10-62CH4可用公式Cp,m=a+bT+cT2+dT3来计算热容表2-31气体统一基准焓（通式）常数物质abcdCH4计算结果：表2-32各变换气的等压摩尔热容组分COH2CO2H2ON2CH4Cp,mCp,m=Yi（）Q3=32.66*281.317*（330+273）水的带出热Q4:水在335，T=608K时的热容为：Cp,m=36.23 kJ/（）Q4（335+273）热损失Q5:Q5(Q1+ Q2)热量平衡：0.96(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 （）(3)水蒸汽的加入：要使H29还要加入的水量为：（）已知条件进出设备的变换气的量：190kmol进出设备的水的量：X

39、 物料的量在设备中无变化。温度：变换气进设备的温度：365变换气出设备的温度：250水进设备的温度： 20水出设备的温度： 90热量计算入热：变换气带入热Q1 变换气在365时根据物理化学知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp,m=a+bT+CT2来计算热容。热容的单位为kJ/（）表2-33气体统一基准焓（通式）常数物质COH2H2OCO2N2ab/10-35c/10-62CH4可用公式Cp,m=a+bT+cT2+dT3来计算热容表2-34气体统一基准焓（通式）常数物质abcdCH4计算结果如图：表2-35 各变换气的等压摩尔热容组分COH2CO2H2ON2CH4Cp,m平均Cp,m=Yi（）Q1（365+273