合成氨工艺毕业设计(4)

组分

CO2 22.19 9072.760 405.034

CO 7.44 3045.006 135.937

H2 49.37 20183.877 901.066

N2 19.95 8155.000 364.063

CH4 1.02 420.000 18.75

合计 100.00 40876.642 1824.850

② 出二段催化剂层湿气组成

组分

CO2 15.35 9072.76 405.034

CO 5.15

H2 34.16

N2 13.80

CH4 0.71 420.000 18.75

H2O 30.79

合计 100.00

3045.006 20183.877 8155.000 135.937

901.066

364.063

18192.445 59069.088 812.163

2637.012

d. 热量计算

计算CO变换反应气体温升 ① 入热 CO反应放热Q1

设气体由370℃升至430℃，反应取平衡温度400℃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

设气体温升为Δt，气体在平均温度400℃下查资料[2]图4-6-1～

4-6-8

。

热损失设合计热平衡： ∴

℃

气体出口温度为t=370+60=430℃ 与前面所假设温度一致。 e. 二段催化剂平衡曲线计算

根据中变炉二段入口中蒸汽比（汽/气）0.312，由式

400 11.723 38.968

410 10.611 38.614

420 9.6345 38.238

430 8.7735 37.838

计算各温度下的平衡变换率列于下表

/℃

370 16.124 39.893

380 14.449 39.607

390 12.993 39.298

式中由资料[2]查的，用表中数据作图即得平衡曲线（如图2.2），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

643.15 613.70407 39.893

653.15 622.8029 39.607

663.15 631.8887 39.298

673.15 640.9617 38.968

683.15 650.0218 38.614

693.15 659.069 38.238

703.15 668.1034 37.838

由上面数据作得最适宜温度曲线（如图2.2）。 g. 操作线计算

由二段催化剂变化率及热平衡计算结果知 二段入口气体温度370℃ 二段出口气体温度430℃ 二段入口CO变换率56.23% 二段出口CO变换率38.97%

由此可作出一段催化剂反应的操作线（如图2.2）

图2.2 二段操作的平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线

(5) 中变炉三段催化剂层物料及热量计算 段炉出口气体后温度为430℃

设进中变三段炉进口气体温度为400℃

气体从430℃降到400℃的平均温度为415℃，415℃的比热容为34.83

气体降温放出的热量为2690798.538kJ a. 入三段催化剂层气体组成

组分

CO2 15.43 8900.436 397.341

CO 6.88

H2 35.28

N2 10.30

CH4 0.57 330.000 14.732

H2O 31.54

合计 100.00

3969.564 20351.436 5940.000 177.213

908.546

265.179

18192.445 57683.881 812.163

2575.173

则入三段炉蒸汽比(汽／气)为0.315 b. 三段平衡转化率

三段平均反应平衡温度为（400+415）/2=408℃，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

则三段反应需要的蒸汽量为

c. 出三段催化剂层气体组成 ① 出三段催化剂层干气组成

组分

CO2 24.64 10000.799 446.464

CO 7.07 2869.201 128.089

H2 52.85 21451.799 957.670

N2 14.63 5940.000 265.179

CH4 0.81 330.000 14.732

合计 100.00 40591.799 1812.134

② 出三段催化剂层湿气组成

组分

CO2 17.34

CO 4.97

H2 37.19

N2 10.30

CH4 0.57 330.000 14.732

H2O 29.63

合计 100.00

10000.799 2869.201 21451.799 5940.000 446.464

128.089

957.670

265.179

17092.082 57683.881 763.039

2575.173

d. 热量计算

计算CO变换反应气体温升 ① 入热 CO反应放热Q1

设气体由400℃升至415℃，反应取平衡温度408℃时的热效应，查资料[2]图4-2-1的反应热效应CO反应热

。

Q1??nco如-nco出???t??135.737?128.089??38450?0.294?106kJ ② 出热 气体温升吸热6-8

计

设气体温升为Δt，气体在平均温度408℃下查资料[2]图4-6-1～算

得

到

平

均

摩

尔

热

容

为

Q2?n总?出二段??q??t?2637.012?36450?t?9.611?104?t 热损失Q3

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