1、 1 第一章第一章 物料与热量衡算物料与热量衡算 已知条件： 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合计 含量 9.07 13.43 54.96 22.04 0.29 0.21 100 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/（20.2204）=2989.22 M 3(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 M 3(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
2、换气干组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合计 含量， 9.07 13.43 54.96 22.04 0.29 0.21 100 M 3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 3000 kmol 12.14 17.99 73.61 29.52 0.39 0.28 133.93 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 1水气比的确定水气比的确定： 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=15
3、31.02m 3(标) ，n (水)=68.35kmol 因此进中变炉的变换气湿组分 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合计 含量 5.99 8.87 36.32 14.57 0.19 0.14 33.73 100 M 3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 1531 4539.1 kmol 12.15 17.99 73.61 29.52 0.39 0.28 68.35 202.64 2 2 2. .中变炉的计算中变炉的计算 2 2.1.1 中变炉中变炉 COCO 的实际变换率的求取的实际变换率的求取 假定湿转化气为 100mol， 其
4、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+H2OH2+CO2， 则 CO 的实际变换率公式为： Xp= aa aa YY YY 1 100 （2-1） 式中 a Y、 a Y分别为原料及变换气中 CO 的摩尔分率（湿基） 所以：Xp = 8.872100 10028.87 =75.93 则反应掉的 CO 的量为： 8.8775.93=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
5、出口的平衡常数： Kp= （H2CO2）/（H2OCO）=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。 3 2.2.2 2 中变炉催化剂平衡曲线中变炉催化剂平衡曲线 根据 H2O/CO=3.8 XP= AW qU 2 100 V=KPAB-CD q=WVU4 2 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： T 300 320 340 360 3
6、80 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp 0.9286 0.9080 0.8842 0.8574 0.8278 0.7956 T 420 440 460 T 693 713 733 Xp 0.7613 0.7253 0.6880 中变炉催化剂平衡曲线如下： 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 300320340360380400420440460480 T(C) Xp 2 2.3.3 最佳温度曲线的计算最佳温度曲线的计算 由于中变炉选用 QCS-01 型催化剂， 4 最适宜温度曲线由式 1 2 12 ln1 E E EE RT T Tm e e 进行计算。 E1=74.49kJ/mol，E2=113.39 kJ/mol。 最适宜温度计算结果列于
