化学工程与工艺年产12万吨合成氨变换工段工艺设计.doc
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四 川 理 工 学 院 毕 业 设 计
兰州交通大学毕业设计
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四 川 理 工 学 院 毕 业 设 计
第一章 物料与热量衡算
已知条件：
组 分CO2COH2N2ArCH4合计含量 ％9.07 13.43 54.96 22.04 0.290.21100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/（2×0.2204）=2989.22 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3000 M3(标)
年产10万吨合成氨生产能力（一年连续生产300天）：
日生产量：100000/300=333.3T/d=13.89T/h
要求出低变炉的变换气干组分中CO％不大于0.3％。
进中变炉的变换气干组分：
组 分CO2COH2N2ArCH4合计含量，％9.0713.4354.9622.040.290.21100M3(标)272.1402.91648.8661.28.76.33000kmol12.1417.9973.6129.520.390.28133.93假设进中变炉的变换气温度为370℃，取变化气出炉与入炉的温差为20℃，出炉的变换气温度为390℃。
进中变炉干气压力。P=1.8Mpa.
1．水气比的确定：
考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.8
故V（水）=3.8Vc=1531.02m3(标) ，n(水)=68.35kmol
因此进中变炉的变换气湿组分
组 分CO2COH2N2ArCH4H2O合计含量％5.998.8736.3214.570.190.1433.73100M3(标)272.1402.91648.8661.28.76.315314539.1kmol12.1517.9973.6129.520.390.2868.35202.64 兰州交通大学毕业设计
2.中变炉的计算
2.1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8.87％，要求变换气中CO含量为0.2％，故根据变换反应：
CO+H2O＝H2+CO2，
则CO的实际变换率公式为：
Xp％=×100 （2-1）
式中、分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基）
所以：Xp =
=75.93％
则反应掉的CO的量为：
8.87×75.93％=6.73
则反应后的各组分的量分别为：
H2O％=33.73％-6.73％
=27％
CO％=8.87％ -6.73％
=2.14％
H2％ =36.32％+6.73％
=43.05％
CO2％=5.99％+6.73％
=12.72％
中变炉出口的平衡常数：
Kp= （H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）=9.48
查得Kp=9.48时温度为424℃。
中变的平均温距为424℃-390℃=34℃
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。
2.2中变炉催化剂平衡曲线
根据H2O/CO=3.8
XP=×100％
V=KPAB-CD
q=
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：
T300 320 340 360 380400T573593613633653673Xp0.92860.90800.88420.85740.82780.7956
T 420 440 460T693713733Xp0.76130.72530.6880中变炉催化剂平衡曲线如下：
2.3最佳温度曲线的计算
由于中变炉选用QCS-01型催化剂，
最适宜温度曲线由式 进行计算。
E1=74.49kJ/mol，E2=113.39 kJ/mol。
最适宜温度计算结果列于下表中：
Xp0.92860.90800.88420.85740.82780.7956T573593613633653673T272290308326344362
Xp0.76130.72530.6880T693713733T380397414
将以上数据作图即
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