合成氨工艺和设计计算.doc

第一章 物料与热量衡算 已知条件： 表1－1 原料气各组分的含量 Table 1-1 of the feed gas components in 组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合计 含量，％ 9.60 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100 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/（2×22.56）=2920.31 m3(标) 因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2962.5 m3(标) 年产12万吨合成氨生产能力（一年连续生产330天）： 日生产量：120000/330=363.6T/d=１5.16T/h 要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于2％。 进中变炉的变换气干组分： 表1－2 进中变炉的变换气干组分 Table 1-2 into the furnace in the variable component of the transformation air-dry 组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合计 含量，％ 9.6 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100 m3(标) 284.44 338.32 1650.41 668.34 9.78 11.26 2962.50 kmol 12.696 15.103 73.679 29.837 0.436 0.503 132.25 假设进中变炉的变换气温度为330℃，取变化气出炉与入炉的温差为35℃，出炉的变换气温度为365℃。 进中变炉干气压力为1.75Mpa. 1.1水气比的确定： 考虑到是原煤转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.5 故V（水）=3.5 V水=1184.113m3(标) ，n(水)=52.862kmol 因此进中变炉的变换气湿组分如下： 表1－3 进中变炉的变换气湿组分 Table 1-3 into the furnace of transformation in the variable component wet gas 组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合计 含量％ 6.86 8.16 39.80 16.12 0.24 0.27 28.56 100 m3(标) 284.42 338.32 1650.42 668.34 9.77 11.26 1184.12 4146.61 kmol 12.69 15.10 73.68 29.84 0.44 0.50 52.86 185.12 1.2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8.16％，要求变换气中CO含量为2％，故根据变换反应： CO+H2O＝H2+CO2， 则CO的实际变换率公式为： Xp=X2/X1×100% 式中X1、X2分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基） 所以：Xp= 74％ 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： H2O％=28.56％-6.04％+0.48％ =23％ CO％=8.16％ -6.04％ =2.12％ H2％ =39.8％+6.04％-0.48％ =45.36％ CO2％=6.86％+6.04％ =12.9％ 中变炉出口的平衡常数： Kp= （H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）=12 查《 小合成氨厂工艺技术与设计手册 》可知Kp=12时温度为397℃。 中变的平均温距为397℃-365℃=32℃ 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。 1.3中变炉催化剂平衡曲线 根据H2O/CO=3.5，与文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》上的公式 XP= X2/X1×100% V=KP（AB-CD） 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： 表1－4 t-T-Xp关系 Table 1-4 t-T-Xp relations t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp 0.9012 0.8737 0.8424 0.8074 0.7687 0.7058 表1－5 t-T-Xp关系 Table 1-5 t-T-Xp relations t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 0.6859 0.6416 0.5963 1.4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 进行计算。 查《3000吨合成氨厂工艺和设备计算》C6型催化剂的正负反应活化能分