合成氨工艺毕业设计(3)

设中变一段变换炉出口气体温度为485℃，平均温距取15℃，

℃，查手册[1]，知500℃时，

则

入

炉蒸汽量：

,

则入炉湿气组成

组分

CO2 7.74 2168.25 96.76

CO 24.17 6806.1 303.84

H2 33.49

N2 20.28

CH4 1.04 5708.5 13.125

O2 0.34 294 4.375

H2O 12.94 3642.17 162.598

合计 100.00 28142.17 1256.34

9425.15 4158.000 420.76

254.84

c. 出一段催化剂层气体组成 ① 出一段催化剂层干气组成

组分

CO2 21.23 5994.480 267.611

CO 10.55 2978.954 132.989

H2 46.95 13252.086 591.610

N2 20.22 5708.500 254.840

CH4 1.04 294.000 13.125

合计 100.00 27205.217 1260.179

② 出一段催化剂层湿气组成

组分

CO2

CO 9.07

H2 40.38

N2 17.39

CH4 0.86 294.000 13.125

H2O 13.96

合计 100.00

d. 热量计算

18.26 5994.48 267.611

2978.954 13252.086 5708.500 132.989

591.610

254.840

4589.624 31794.840 204.894

1419.413

计算CO变换反应气体温升 ① 入热 CO反应放热Q1

设气体由320℃升至485℃，反应取平衡温度403℃时的热效应，查资料[2]图4-2-1的反应热效应CO反应热

O2燃烧热

合计

② 出热 气体温升吸热图

热损失设合计热平衡： ∴

℃

设气体温升为Δt，气体在平均温度403℃下查资料[2]图4-6-1～

。

4-6-8

气体出口温度为t = 320 + 165 = 485℃ 与前面所假设温度一致。 e. 一段催化剂平衡曲线计算

根据中变炉一段入口中蒸汽比（汽/气）0.3814，由式

计算各温度下的平衡变换率列于下表

/℃

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

29.564 56.997

22.910 56.853

18.059 56.683

14.449 56.483

11.723 56.253

9.6345 55.992

8.0122 55.698

6.7362 55.372

5.7200 55.014

4.9035 54.625

式中由资料[2]查的，用表中数据作图即得平衡曲线（如图2.1），气体组分及

蒸汽比不同时，则计算的平衡变换率亦不相同。 f. 最适宜温度曲线计算 最适宜温度曲线由下式作出

以B109催化剂的数据进行计算。由于B109催化剂

CO变换的逆反应活化能

对于变换反应r=1，则

为：

为反应热，取其平均温度403℃下的值，即

求得不同下的

593.15 568.015 56.997

值如下表

613.15 586.330 56.853

633.15 604.592 56.683

653.15 622.803 56.483

673.15 640.962 56.253

693.15 659.069 55.992

713.15 677.125 55.698

733.15 695.130 55.372

753.15 713.084 55.014

以上面的数据作出最适宜温度曲线（如图2.1） g. 操作线计算

由一段催化剂变化率及热平衡计算结果知

一段入口气体温度320℃ 一段出口气体温度485℃ 一段入口CO变换率0 一段出口CO变换率56.23%

由此可作出一段催化剂反应的操作线（如图2.1）

图2.1 一段操作的平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线

(4) 中变炉二段催化剂层物料及热量计算

设中变一段炉出口气体经过30%的半水煤气冷激后温度为400℃ 中变二段炉进口气体温度为370℃

则气体从400℃降到370℃的平均温度为385℃，查得385℃的比热容为33.56kJ/（kmol·℃）冷激气的湿气组成

组分

CO2 8.06

CO 25.32

H2 34.34

N2 21.24

CH4 1.09

O2 0.36 42.000 1.875

H2O 9.48

合计 100.00

929.250 2916.900 3955.350 1446.500 126.000 41.484

130.218

176.578

109.218

5.625

1560.930 11516.791 48.779

514.4245

出一段气经原料气冷激后湿气组成

组分

CO2 14.80

CO 13.81

H2 39.54

N2 18.15

CH4 0.93

O2 .069 42.000

H2O 12.65

合计 100.00

6651.456 6203.702 17762.573 8155.000 420.000 8365.484 47768.974

196.940 276.950 792.972 364.063 18.750 1.875 253.673 2005.223

则气体降温放出的热量为设喷淋水的温度为61℃

则查出水在2 Mpa下蒸汽的焓为207.4039kJ/kg 则需要的喷淋水量为

a. 入二段中变炉湿气组成

组分

CO2 11.66

CO 10.87

H2 31.14

N2 14.29 8155 364.063

CH4 0.73 420.000 18.75

O2 0.07

kJ

H2O 31.20

合计 100.00

6651.456 6203.702 17762.573 296.940

276.950

792.972

42.000 17795.650 57030.382 1.875

920.900 2545.999

则入二段炉蒸汽比(汽／气)为0.312 b. 二段平衡转化率

二段平均反应平衡温度为（370+430）/2=400℃，在此温度下查资料[2]得

由

则CO反应量为则CO反应总量为

求得

则二段反应需要的蒸汽量为

c. 出二段催化剂层气体组成 ① 出二段催化剂层干气组成 假设二段中O2和H2完全反应

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