合成氨工艺毕业设计(5)

设Q3?1.470?106kJ 合计

热平衡：Q1?Q2?Q3 ∴

℃

气体出口温度为t=400+15=415℃ 与前面所假设温度一致。 e. 三段催化剂平衡曲线计算

计算各温度下的平衡变换率列于下表

/℃

400 11.723 28.383

402 11.489 28.221

404 11.261 28.057

406 11.039 27.891

408 10.822 27.722

410 10.611 27.551

412 10.406 27.379

414 10.205 27.203

416 10.010 27.026

式中由资料[2]查的，用表中数据作图即得平衡曲线（如图2.3），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E2为：

对于变换反应r=1，则

为反应热，取其平均温度403℃下的值，即

673.15 640.962 28.383

675.15 642.775 28.221

677.15 644.587 28.057

679.15 646.399 27.891

681.15 648.211 27.722

683.15 650.022 27.551

685.15 651.832 27.379

687.15 653.642 27.203

689.15 655.452 27.026

由以上数据作得最适宜温度曲线（如图2.3）。 g. 操作线计算

由三段催化剂变化率及热平衡计算结果知 三段入口气体温度400℃ 三段出口气体温度415℃ 三段入口CO变换率38.97% 三段出口CO变换率27.72%

由此可作出一段催化剂反应的操作线（如图2.3）。

图2.3 三段操作的平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线

2.2 典型设备计算

计算基准：以产氨9.132t/h计算。 2.2.1 中温变换炉计算 已知条件： 平均操作压力2MPa 一段气体进口温度320℃ 一段出口温度485℃ 二段进口温度370℃ 二段出口温度430℃ 三段进口温度400℃ 三段出口温度415℃ 一段进口气流量（干）

出一段催化剂湿气量

进一段催化剂气体成分（干）

组分 V/%

CO2 8.85

CO 27.78

H2 38.47

N2 23.3

CH4 1.2

O2 0.4

合计 100

一段出口CO含量12.08%； 一段入口汽/气比R=0.3814 二段催化剂进口流量（干）

进二段催化剂湿气量

进二段催化剂气体成分（干）

CO2

CO

H2

N2

CH4

O2

合计

21.03 10.55 46.95 20.12 1.04 0.00 100

二段出口CO含量10.05% 二段入口蒸汽比R=0.357 进三段催化剂气体成分（干）

组分 V/%

CO2 22.19

CO 7.44

H2 49.37

N2 19.95

CH4 1.02

O2 0

合计 100

三段出口CO含量7.07% 三段入口蒸汽比R=0.357 催化剂型号：按B109计算 (1) 催化剂用量计算 a. 一段催化剂用量计算

根据B109动力学方程式，输入计算机计算出催化剂在操作条件下CO的空速等有关数据，并列于下表。

入口条件（干气）：CO%?27.78%, CO2%?8.85%, H2%?38.47% 汽/气=0.1486 温度：403℃

出口条件：CO（干）12.08% 操作压力：2MPa（表）

CO变换率% 0.00 4.01 8.58 13.84 19.98 27.14

气体中CO含量（干）% 29.44 28.26 26.56 24.66 22.51 20.09

气体中

催化剂重量%

汽/气比R 0.4120 0.4083 0.3896 0.3686 0.4350 0.3185

60 70 80 90 100

CO 变换率% 36.36 44.13 52.06 57.41 60.07

气体中

气体中

CO含量

汽/气比R

（干）% 17.43 14.71 12.37 10.83 10.09

0.2893 0.2595 0.2337 0.2169 0.2087

催化剂重量%

0 10 20 30 40 50

当变换气中CO含量(干)达到12.08%时，计算催化剂床层空速1984

折算成催化剂床层体积空速为

。

b. 二段催化剂用量计算 二段催化剂采用B109催化剂

入口条件（干气）：CO%=17.53%，CO2%=17.16%，H2%=48.28% 汽/气=0.357 温度：400℃

出口条件：CO（干）10.05% 操作压力：2MPa（表）

根据已知条件计算结果如下表所列

催化剂重量%

0 10 20 30 40 50

CO变换率% 0.00 4.59 9.14 13.60 17.90 21.98

气体中CO含量（干）% 10.09 9.58 9.08 8.60 8.14 7.70

气体中

催化剂重量%

汽/气比R 0.2565 0.2506 0.2449 0.2394 0.2341 0.2291

60 70 80 90 100

CO 变换率% 25.77 29.24 32.34 35.06 37.36

气体中

气体中

CO含量

汽/气比R

（干）% 7.30 6.94 6.61 6.33 6.09

0.2246 0.2204 0.2167 0.2135 0.2107

当变换气中CO含量(干)达到10.058%时，计算催化剂床层空速为1538

折算成催化剂床层体积空速为

c. 三段催化剂用量计算 二段催化剂采用B109催化剂

入口条件（干气）：CO%=10.05%，CO2%=22.54%，H2%=51.53%

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