氮肥工艺设计手册 气体压缩、氨合成、甲醇合成PDF电子书下载

第一节 压缩机的分类及选用 1

一、压缩机的分类和特点 1

二、活塞式压缩机的分类 1

三、离心式压缩机的分类 1

第一章 气体的压缩 1

四、压缩机的选用 2

图1-1-1 压缩机的适用范围 2

第二节 气体压缩的热力学基础 2

一、气体的状态方程 2

（一）理想气体的状态方程 2

（二）实际气体的状态方程 3

表1-2-1 纯组分的临界性质 6

（二）焓值的计算 7

（三）熵的计算 7

（一）热容的计算 7

二、混合气体的热容、焓、熵计算 7

表1-2-2 热容系数、基准焓、基准熵 8

第三节 压缩机的工艺计算 8

一、压缩功率及温度的计算——熵平衡、焓校正方法 8

（一）理论功率及理论温度的计算 8

（二）实际功率及实际温度的计算 9

二、活塞式压缩机的一般计算方法 9

（一）功率与温升的计算 9

图1-3-1 氮气的Z、β和B值 11

图1-3-2 氢气的Z、β和B值 12

图1-3-3 甲烷的Z、β和B值 13

图1-3-4 氢、氮混合气的Z、β和B值 14

图1-3-5 空气的Z、β和B值 15

图1-3-6 氧气的Z、β和B值 16

图1-3-8 二氧化碳的Z值 17

图1-3-9a 压缩系数Z与Pr、Tr的关系（pr=0～0．1） 17

图1-3-7 一氧化碳的Z值 17

图1-3-9b 压缩系数Z与Pr、Tr的关系（pr=0～1．0） 18

图1-3-9c 压缩系数Z与Pr、Tr的关系（pr=0～10） 18

图1-3-9d 压缩系数Z与Pr、Tr的关系（r==0～40） 19

图1-3-10 常压吸气压缩1米3/分气体时的理论功耗（吸入温度t=20℃时） 19

图1-3-11 氢氮混合气压缩功率计算 20

图1-3-12 天然气压缩功率计算 21

图1-3-13 CO2气体压缩功率计算 22

图1-3-14 空气压缩功率计算 23

图1-3-15 吸入压力Ps、压出压力Pd与相对压力损失的关系 24

图1-3-16 不同对比温度Tr对比压力Pr下的绝热指数kT 25

表1-3-1 某些气体绝热指数的平均值 25

表1-3-4 ？的计算值（或？） 26

表1-3-2 某些气体的绝热指数k 26

表1-3-3 多变指数m值 26

表1-3-5 不同多变指数时，容积比值、温度比值和压力比值的关系 27

表1-3-6 ε？-1值 27

表1-3-7 ？值 28

表1-3-8 ？计算值 28

图1-3-17多段压缩的理论功率 29

图1-3-18 绝热压缩时排气温度与吸气温度T1及压缩比ε的关系 30

图1-3-19 最佳压力比的确定 30

图1-3-20 等温效率与终了压力的关系 31

图1-3-21 等压力比分配与级数关系 32

（二）压缩机的输气量和各种效率计算 32

图1-3-22 最终压力、级数与各中间级名义压力选取关系 33

图1-3-10 吸入口大气压力换算成标准状态的修正系数 34

图1-3-9 吸入口毫米水银柱换算成标准状态的修正系数 34

图1-3-23 容积系数λv 36

图1-3-24 m=1．2时，容积系数及余隙与压缩比的关系 36

图1-3-25 温度系数与压缩比的关系 37

图1-3-26 H型四列对称式压缩机 37

表1-3-11 H型四列对称式压缩机各级泄漏系数的计算 38

三、活塞式制冷压缩机的功率计算 38

（一）制冷机的制冷能力与制冷系数 38

（二）制冷机的功率计算 39

表1-3-12 氨压缩机的理论单位制冷能力K 40

表1-3-13 氨的单位容积制冷能力qv 41

表1-3-14 立式和V型氨压缩机的输气系数λ 42

表1-3-15 立式和V型氨压缩机的制冷量换算系数K1 43

表1-3-16 压缩机系列表 44

表1-3-17 活塞式压缩机选用表 48

四、离心式压缩机一般计算方法 50

（一）离心式压缩机段数的确定和段压比的计算 50

图1-3-27 压缩机段数J与省功比△h的关系 50

（二）离心压缩机的功率与温升计算 51

图1-3-28 水力效率与进口流量的关系 52

图1-3-29 多变能量头与效率、压缩比、分子量及温度的关系 53

（三）离心压缩机级数与转速的计算 54

图1-3-30 离心式压缩机估计的特性曲线（吸入温度为40℃） 54

表1-3-18a 离心压缩机系列表 55

表1-3-18b 离心压缩机选用表 56

第四节 汽轮机的选用 56

表1-4-1 各种汽轮机的技术特性 57

二、技术特性 57

（三）按热力过程特性分类 57

（二）按缸数分类 57

（一）按级数分类 57

一、汽轮机的分类 57

三、汽轮机的选择 58

（一）凝汽式汽轮机的选择 58

图1-4-1 凝汽式透平机的选择图 59

表1-4-2 质量流量与速度的关系 60

图1-4-2 进汽压力为29．6大气压时的基本效率 60

图1-4-3 进汽压力为49．3大气压时的基本效率 60

图1-4-4 进汽压力为98．7大气压时的基本效率 60

图1-4-5 速度与效率的关系 60

图1-4-6 温度与效率的关系 61

（二）背压式汽轮机的选择 61

图1-4-7 背压小于19．7大气压汽轮机选择 62

图1-4-8 背压大于19．7大气压汽轮机的选择 64

图1-4-3 入口段最大允许速度 65

图1-4-9 基本效率图 65

图1-4-10 温度与效率的关系 66

图1-4-4a 汽轮机系列表 66

图1-4-4b 汽轮机的选用表 67

参考文献 68

第二章 氨的合成 69

第一节 氨合成过程的物化基础 69

一、氨合成反应的化学平衡与热效应 69

（一）低压下反应的平衡常数 69

（二）加压下反应的平衡常数 69

表2-1-1 常压下不同温度时的平衡常数KP 70

表2-1-2 不同压力下β、I值 71

表2-1-3 在不同压力下的Kp值（Larson-Dodge式） 72

表2-1-4 由实验数据计算的平衡常数Kp值 74

图2-1-1 逸度系数(与对比温度T(、对比压力P(的关系（P(=0～4．0） 75

图2-1-2 逸度系数(与对比温度T(对比压力P(的关系（P(=0～20） 75

图2-1-3 氨合成反应的K(值与压力和温度的关系 75

表2-1-5 氨合成反应的K(值 76

表2-1-6 用公式计算氨合成反应的K(值 76

表2-1-7 在不同压力下的Kp值（Gillespie-Beattie式） 78

（三）平衡氨浓度 80

图2-1-4a 氢氮混合气中平衡氨含量与温度、压力的关系（p=10～1000大气压，t=200～700℃） 82

图2-1-4b 氢氮混合气中平衡氨含量与温度、压力的关系（p=0～800大气压，t=200～550℃） 82

图2-1-5 氢氮混合气体及含有惰性气体时，在不同压力、温度下的平衡氨含量（p=0～400大气压，t=350～700℃） 83

表2-1-8 平衡氨浓度（H2/N2=3）yNH3 分子%（Larson-Dodge数据） 83

图2-1-6 混合气H2-N2-NH3平衡时的列线图 84

表2-1-9 P=1～1000大气压，t=300～640℃．H2/N2=3，无惰性气体存在时，平衡氨浓度y？H3，分子% 85

表2-1-10 P=100～800大气压，t=344～600℃，无惰性气体存在时，平衡氨浓度（H2/H2=3）y？H3，分子% 87

表2-1-11 不同压力、温度下含有惰性气体时的平衡氨浓度y？H3，分子% 89

表2-1-12 P=320大气压，不同氢氮比下平衡氨浓度y？H3，分子% 95

图2-1-7 在P=300大气压、t=500℃和不同氨氮比下混合气体中的平衡氨浓度 95

（四）氨合成反应的热效应 95

表2-1-13 常压下不同温度时氨合成反应热效应△H°值 96

表2-1-14 纯N2：3H2气生成17．6%NH3+20．6%N2+61．8%H2的混合热△HM 97

表2-1-15 不同压力下，反应最后生成物组成为7．6%NH3+20．6%N2+61．8%H2的表观反应热△HR 97

表2-1-16 在500℃，不同压力下的反应热 98

图2-1-8 不同温度、压力下的氨合成反应热△HF 98

表2-1-17 不同压力、温度下的反应热△HF 99

二、汽液相平衡常数及混合气体中饱和氨含量 115

（一）用经验公式计算混合气体中饱和氨含量 115

表2-1-18 不同温度、压力下液氨上方混合气体中的饱和氨含量 115

图2-1-9 混合气体中饱和氨含量与温度、压力的关系（P=200～400大气压（绝），t=-15～95℃） 116

图2-1-10 混合气体中饱和氨含量与温度、压力的关系（P=100～1000大气压，t=-30～70℃） 117

表2-1-19 饱和氨浓度计算系数 118

表2-1-20 混合气体中饱和氨含量计算值 118

图2-1-11 混合气体中饱和氨含量与温度、压力的关系（P=100～700大气压，t=-20～18℃） 118

（二）汽液相平衡常数的计算 118

表2-1-21 平衡时气相中氨的百分含量，H2：N2：（CH4+Ar）=3：1：0，CH4：Ar=2 119

表2-1-22 饱和压力下，饱和液氨克分子体积及组分的偏克分子体积计算系数 125

表2-1-23 组分在液氨中亨利常数的系数值 125

表2-1-24 组分在液氨中的自交互作用系数值 125

图2-1-12 在H2/N2=3时氨混合物中氨的相平衡常数K值 126

图2-1-13 在H2/N2=3时氨混合物中氢的相平衡常数K值 127

图2-1-14 在H2/N2=3时氨混合物中氮的相平衡常数K值 128

图2-1-15 甲烷在氨中的平衡常数K值 129

图2-1-16 氩在氨中的相平衡常数K值 130

图2-1-17a 在H2/N2=3时氨混合物的近似露点 131

图2-1-17b 在H2/N2=3时氨混合物的近似泡点 132

表2-1-25 氨的相平衡常数K值H2:H2:（CH4+Ar）=3:1:0,CH4:Ar=2 133

表2-1-26 氢、氮、氩及甲烷的K值（P=75～500大气压，t=-30～50℃） 136

（三）不同温度、压力下混合气体中饱和水蒸汽含量 139

表2-1-27 不同温度、压力下混合气中饱和水蒸汽含量 139

图2-1-18 压缩氮氢混合气中饱和水蒸汽含量 139

三、氨合成反应动力学 139

（一）动力学方程式的应用及反应速度常数的计算 140

图2-1-19 函数值(（t）与温度及活化能的关系（t=370～450℃，E取E1值） 146

图2-1-20 函数值(（t）与温度及活化能的关系（t=450～540℃，E取E2值） 147

表2-1-28 yIo=0．05时函数F（y？H3）与y？H3之间的关系 148

表2-1-29 yIo=0．10时函数F（y？H3）与y？H3之间的关系 148

表2-1-33 yI=0．15时函数F（yNH3）与yNH3之间的关系 149

表2-1-32 yI=0．10时函数F（yNH3）与yNH3之间的关系 149

表2-1-31 yIo=0．05时函数F（yNH3）与yNH3之间的关系 149

表2-1-30 yIo=0．15时函数F（y？H3）与y？H3之间的关系 149

表2-1-34 yI=0．05时函数G（yNH3）与yNH3之间的关系 150

表2-1-35 yI=0．10时函数G（yNH3）与yNH3之间的关系 150

表2-1-36 yI=0．15时函数G（yNH3）与yNH3之间的关系 150

表2-1-37 温度450℃时不同压力的k值，大气压0．5/时 150

表2-1-38 不同压力下，A105、A109型催化剂的kT计算值 151

表2-1-39 压力300公斤/厘米2下，A105催化剂的kT值，大气压0．5·秒-1 151

表2-1-40 压力300公斤/厘米2下，A109，A110-1催化剂的k值，大气压0．5·时-1 151

图2-1-21 A6、A9型催化剂速度常数与温度的关系 153

表2-1-41 函数f(yNH3)=？值 154

表2-1-42 积分值I（yNH3）=？ 158

表2-1-43 不同压力、温度下的IyNH3·103值（P=300大气压；200大气压；100大气压） 163

图2-1-22a 函数值f(yNH3)与氨含量及平衡氨浓度的关系（y*NH3=0.15～0.31） 166

图2-1-22b 函数值f(yNH3)与氨含量及平衡氨浓度的关系（y*NH3=0.32～0.37） 167

图2-1-22c 函数值f(yNH3)与氨含量及平衡氨浓度的关系（y*NH3=0.38～0.49） 168

图2-1-22d 函数值f(yNH3)与氨含量及平衡氨浓度的关系（y*NH3=0.50～0.60） 169

图2-1-23 积分值I（yNH3）与混合气中氨含量yNH3及平衡氨含量y*NH3的关系（yNH3=5～30%，y*NH3=12～62%） 170

图2-1-24a 积分值I（y*NH3）与混合气中氨含量及平衡氨含量的关系（yNH3=2～16%，yNH3=22～40%） 171

图2-1-24b 积分值I（y*NH3）与混合气中氨含量及平衡氨含量的关系（yNH3=6～30%，yNH3=22～40%） 171

图2-1-24c 积分值I（y*NH3）与混合气中氨含量及平衡氨含量的关系（yNH3=16～30%，yNH3=42～54%） 172

图2-1-24d 积分值I（y*NH3）与混合气中氨含量及平衡氨含量的关系（yNH3=6～30%，yNH3=42～60%） 172

图2-1-24e 积分值I（yNH3）与混合气中氨含量及平衡氨含量的关系（yNH3=18～30%，yNH3=42～60%） 172

图2-1-25a P=135大气压，A6型催化剂的活性曲线（温度t=380～500℃） 173

图2-1-25b P=135大气压，A6型催化剂的活性曲线（温度t=410～520℃） 174

图2-1-26 P=250大气压，A6型催化剂函数值？与温度的关系 175

图2-1-27 P=250大气压，A6型催化剂函数值？与温度的关系 176

图2-1-28 P=300大气压，A6型催化剂函数值？与温度的关系 177

图2-1-29 P=300大气压，A6型催化剂函数值？与温度的关系 178

图2-1-31 P=300大气压，A6型催化剂？—T列线图 179

图2-1-30 P=300大气压，A6型催化剂？—T列线图 179

（二）催化剂内表面利用率的计算 180

表2-1-44 催化剂内表面利用率？与？的关系 181

表2-1-45 —f’yNH3S值用2-1-103式计算 181

表2-1-46 不同粒度催化剂的当量直径 181

表2-1-47 一定气体成分下的压缩因子Z 182

表2-1-48 不同组分下的DoNH3值 182

表2-1-49 不同温度下的M值1/米2 183

表2-1-50 P=300公斤力/厘米2，不同温度下催化剂的内表面利用率？（惰性气含量15%，颗粒3．3～4．7毫米，H2/N2=3，气体成分如表2-1-48） 183

表2-1-51 工业生产条件下催化剂的内表面利用率？ 184

表2-1-52 催化剂内表面利用率？计算参考值 184

（三）最适宜温度的计算 184

表2-1-53 在P=320公斤力/厘米2，H2/N2=3，Y10=0．15逆反应活化能E2=41990千卡/公斤分子，最适宜温度Topt与平衡温度T*之间的关系 185

（四）动力学计算的近似式 185

一、氨合成催化剂的基本组成、规格与使用条件 186

第二节 氨合成催化剂 186

表2-2-1 A106、A109、A110-1型催化剂的温度特性 187

表2-2-2 A106、A109、A110-1型催化剂的活性 187

表2-2-3 A110～1型催化剂的耐热性 187

表2-2-4 国外氨合成催化剂主要性能 187

二、催化剂的物理性能 189

三、催化剂的还原条件 189

表2-2-5 A10σ型催化剂还原条件 189

表2-2-6 A109型催化剂还原条件 190

表2-2-7 A110～1型催化剂还原条件 190

四、催化剂的还原及出水量计算 190

第三节 氨合成系统工艺流程及主要设备 191

一、工艺流程 191

图2-3-1 中置式体外副产蒸汽氨合成流程 192

表2-3-1 图2-3-1的工艺物料数据表（以年产氨5万吨计算） 193

图2-3-2 双级氨冷式氨合成流程 194

表2-3-2 图2-3-2的工艺物料数据表（以年产氨30万吨计算） 195

图2-1-3 三级氨冷式氨合成流程 196

表2-3-3 （一）图2-3-3的工艺物料数据表（一）（以年产氨30万吨计算） 197

表2-3-3 （二）图2-3-3的工艺物料数据表（二）（以年产氨30万吨计算） 197

图2-3-4 四级氨冷式氨合成流程 198

表2-3-4 图2-3-4的工艺物料数据表（以年产氨30万吨计算） 199

图2-3-5 溴化锂吸收低温制冷式氨合成流程 200

表2-3-5 图2-3-5的工艺物料数据表（以年产氨30万吨计算） 201

表2-3-6 各流程的工艺操作指标 201

表2-3-7 各流程的热量回收及冷量消耗 201

（二）废热锅炉 202

（三）开工加热器 202

（一）氨合成塔 202

图2-3-6 三套管式氨合成塔 202

二、主要设备 202

图2-3-7 双层径向合成塔 203

图2-3-8 轴向冷激式氨合成塔 203

图2-3-8 氨合成塔的主要工艺参数比较 204

图2-3-9 中置式废热锅炉 204

图2-3-10 开工加热器 205

（四）其它设备 205

表2-3-9 换热设备类 205

第四节 氨合成系统的工艺计算 205

一、物料衡算 205

（一）初始数据 205

图2-4-1 氨产量与合成率之间的关系 206

（二）氨合成塔进出口的物料衡算 206

（三）新鲜气体加入量与弛放气体量的计算 207

图2-4-2 氨合成塔进气量与合成率的关系 207

图2-4-3 当YNE，Ar=0．4%和30℃时YNE；CH4，Y0，I，Y0，CH4，Vo，Y之间的关系 208

图2-4-4 当YNE，Ar=0．4%和30℃时YNE；CH4，Y0，I，Y0，CH4，Vo，Y之间的关系 209

（四）溶解气量的计算 210

图2-4-5 汽液平衡示意图 210

表2-4-1 汽液相组成计算表 211

表2-4-2 汽液相组成计算表 211

（五）氨合成系统物料衡算步骤 211

二、热量平衡的计算 211

（一）氨合成塔的热量衡算 212

图2-4-6 合成塔进出口温差与氨合成率的关系 212

（二）中置式废热锅炉回收热量流程，从塔内一段换热器出来气体的最佳温度计算 212

图2-4-7b 塔最终出口温度为100℃时 214

图2-4-7c 塔最终出口温度为110℃时 214

图2-4-7 不同的塔最终出口温度下，一次引出温度与副产蒸汽压力及气量的关系 214

图2-4-7a 塔最终出口温度为90．5℃时 214

图2-4-7d 塔最终出口温度为120℃时 215

图2-4-7e 塔最终出口温度为130℃时 215

图2-4-7f 塔最终出口温度为140℃时 215

（三）热量回收器（或废热锅炉）回收热量与出二段换热器（或热热换热器）的气体温度关系 216

图2-4-8 回收热量与合成搭出口温度的关系 216

（四）液氨焓值的计算 217

表2-4-3 纯液氨的焓值 217

第五节 主要设备的工艺计算 218

一、氨合成塔催化剂层的计算 218

（一）绝热反应催化剂层的计算 218

（二）双套管和三套管内部连续换热式催化剂层的计算 220

图2-5-1 绝热反应时催化剂层中温度与氨含量的关系 220

（三）单管并流与单管逆流内部连续换热式催化剂层的计算 221

（四）冷激式催化剂层的计算 222

图2-5-2 冷激式催化剂层的物料分布 223

（五）催化剂床层与冷却壁间的给热系数 224

图2-5-3 Nu=0．023Re0.8·Pr0．4算图 226

（六）内部换热式催化剂筐冷管分布均匀度的计算 226

图2-5-4 冷管排列方案 227

表2-5-1 冷管分布均匀度系数β1 227

二、氨合成塔内气体流动阻力的计算 228

表2-5-2 国内催化剂的A值 229

表2-5-3 K值与催化剂颗粒大小之间的关系 229

图2-5-5 空间速度与压力降的关系（1000～30000时-1） 229

三、废热锅炉的计算 230

图2-5-7 管壁影响的修正系数 230

图2-5-6 空间速度与压力降的关系（20000～60000时-1 230

图2-5-8 摩擦系数与雷诺准数的关系 231

四、开工加热器的计算 232

（一）电加热器的计算 232

图2-5-9 电炉功率、床层温度、出水率与时间的关系 233

表2-5-4 电热元件单位表面容许负荷计算程序 234

（二）燃料加热炉的计算 235

图2-5-10 电热元件的结构形式 236

图2-5-11 燃料加热炉的结构形式 236

图2-5-12 燃烧烟气量、理论空气量、燃料油低发热值及过剩空气系数的关系 237

图2-5-13 燃料中H/C原子比和燃烧产物及其中CO2及H2O的含量关系 238

图2-5-14a 单排光滑管水冷壁的角系数 241

图2-5-14b 直径不同的光滑管构成的单排管水冷壁的角系数 241

图2-5-14c 双排光滑管水壁的角系数 241

图2-5-15 三原子气体的辐射减弱系数 242

图2-5-16a 介质黑度与KPS之间的关系 243

图2-5-16b 炉子黑度的求法 244

图2-5-17 炉子黑度、理论燃烧温度与炉子出口处烟温关系 245

图2-5-18 辐射给热系数与烟温及壁温的关系 246

图2-5-19a 介质横向流过顺列光滑管束时的对流给热系数 247

图2-5-19b 介质横向流过错列光滑管束时的对流给热系数 248

图2-5-19c 空气及烟气作纵向流动时的给热系数 249

图2-5-20a 燃用固体燃料时，对于错列管束的污染系数 251

图2-5-20b 燃用固体燃料时，对于顺列管束的污染系数 251

图2-5-20c 燃用固体燃料时，镶成横向鳍片的管束的污染系数 251

表2-5-5 燃用液体燃料、气体燃料及木材的污染系数 252

参考文献 252

（一）常压下反应平衡常数 254

一、甲醇合成反应的化学平衡与热效应 254

第一节 甲醇合成过程的物化基础 254

第三章 甲醇的合成 254

表3-1-1 常压下甲醇合成反应平衡常数计算值 255

表3-1-2 Ewell的平衡常数值 257

图3-1-1 甲醇合成反应平衡常数与温度的关系 257

表3-1-3 不同温度下逆变换反应的平衡常数值 258

（二）加压下反应平衡常数 258

图3-1-2 H2、CO及CH3OH的逸度系数 259

表3-1-4 不同温度及压力下的K(值 260

图3-1-3不同压力、温度下，CO+2H2=CH3OH反应的K(值（P=0～1000大气压） 261

图3-1-4 不同温度、压力下，CO+2H2=CH3OH反应的逸度比（P=50～300大气压） 262

图3-1-5 不同温度、压力下，CO+2H2=CH3OH反应的逸度比（P=0～700大气压） 263

表3-1-5 在H2/CO=2，无惰性气体时，不同压力、温度下的K(值 264

表3-1-6 不同压力、温度下的Kp值 266

（三）平衡甲醇浓度的计算 269

图3-1-6 压力P=100～120大气压下平衡常数与温度的关系 269

表3-1-7 100～120大气压下Kp的实验值 269

表3-1-8 在H2/CO=2，无惰性气体时，不同压力、温度下的Y？值 270

表3-1-9 不同H2/CO、惰性气体含量和不同压力、温度下的平衡甲醇浓度Y？值 272

（四）甲醇合成反应的热效应 301

图3-1-7 反应热与反应温度和压力的关系 302

图3-1-8 在压力P=300大气压，起始组成H2/CO=4～4．6，不同甲醇合成率时，气体混合物的焓值 302

表3-1-10 甲醇合成反应热效应 303

二、混合气体中饱和甲醇含量 315

图3-1-9 混合气中甲醇含量随温度和甲醇分压的变化 315

图3-1-10 压力P=300大气压，混合气中甲醇冷凝温度与含量的关系 315

三、甲醇合成反应的动力学 316

（一）Померанцев-Мухленов-Трабер（巴米拉采夫-蒙柯列诺夫-特拉贝尔）方程 316

图3-1-11 混合气中甲醇含量与温度、压力的关系 316

图3-1-12 气体组成为H265%；CO14%；CO21．0%；N2+CH420%时，不同温度下？值 318

表3-1-11 压力P=250大气压，气体组成：CO26%；H268．5%；CO21．5%；（N2+CH4）4%，不同甲醇浓度下的(m和？值 319

表3-1-12 当空速Vo=20000时-1，图解积分得到的反应速度常数kT值大气压-1时 319

表3-1-13 压力P=300大气压，甲醇合成反应速度与温度的关系（一） 319

表3-1-14 压力P=300大气压，甲醇合成反应速度与温度的关系（二） 320

图3-1-13 M-2型催化剂，压力P=300大气压，甲醇合成反应速度与温度的关系（一） 322

图3-1-14 M-2型催化剂，压力P=300大气压，甲醇合成反应速度与温度的关系（二） 323

图3-1-15 M-2型催化剂，压力P=300大气压，反应速度的倒数与温度的关系（一） 324

图3-1-16 M-2型催化剂，压力P=300大气压，反应速度的倒数与温度的关系（二） 325

图3-1-17 甲醇合成反应速度理论值与工业反应器实际值的比较 326

图3-1-18 甲醇合成反应速度计算值与工业反应器实际值的比较 327

（二）Natta（纳塔）公式计算甲醇合成反应速度 327

图3-1-20 ZnO-Cr2O3催化剂活性常数A、B 328

图3-1-21 ZnO-Cr2O3催化剂活性常数C、D 328

图3-1-19 ZnO-Cr2O3催化剂活性常数K 328

表3-1-15 ZnO-Cr2O3催化剂利用系数η 329

图3-1-22 ZnO-CuO-Cr2O3催化剂活性常数A、B 329

图3-1-23 ZnO-CuO-Cr2O3催化剂活性常数C、D 330

（三）Чередниченко-Темкин方程 330

第二节 甲醇合成催化剂 331

一、甲醇合成催化剂的类型 331

二、甲醇合成催化剂的性能 331

表3-2-1 化学活性 331

表3-2-2 粗甲醇的质量 331

图2-2-4 不同压力和温度下，空速40000时-1，粒度0．5～1．0毫米催化剂生产能力 332

（一）反应机理 332

三、催化剂的升温还原 332

图3-2-3 不同压力和温度下，粒度0．5～1和4～5毫米的催化剂生产能力对比关系 332

图3-2-2 350大气压、温度390℃不同空速下，粒度0．5～1毫米的催化剂生产能力 332

图3-2-1 气体空速40000时-1，压力350大气压，不同温度下的催化剂生产能力曲线 332

（二）催化剂还原工艺条件 333

表3-2-3 催化剂升温还原时，升、降温速度，空间速度与出水速率 333

表3-2-4 某厂甲醇催化剂活化控制指标（催化剂量4．6吨） 333

（三）催化剂升温还原过程中出水量的计算 334

图3-2-5 M-2型甲醇催化剂升温还原曲线 335

四、国外甲醇合成催化剂 336

图3-2-5 国外低、中压甲醇合成催化剂一览表 336

第三节 甲醇合成系统工艺流程及主要设备 336

一、工艺流程 336

（一）高压法甲醇合成流程 336

图3-3-1 高压法甲醇合成流程 337

（二）低压法冷激式甲醇合成流程 337

表3-3-1 图3-3-1的工艺物料数据表 338

（三）低压法副产蒸汽甲醇合成流程 339

图3-3-2 低压法冷激式甲醇合成流程 339

表3-3-2 图3-3-2的工艺物料数据表 340

图3-3-3 低压副产蒸汽甲醇合成流程 341

表3-3-3 图3-3-3的工艺物料数据表 342

（一）甲醇合成塔 344

图3-3-4 高压单管式合成塔 344

图3-3-5 四层冷激式合成塔 345

图3-3-6 管式合成塔 346

（二）其它设备 346

表3-3-4 甲醇合成附属设备主要参数 346

第四节 甲醇合成系统的工艺计算 346

一、物料平衡计算 346

（一）初始条件 346

（五）生成的甲烷量 347

（七）新鲜气中CO的含量 347

（六）进行逆交换反应消耗的CO2量 347

（三）循环气中氮气含量的计算 347

（四）弛放气量及新鲜气加入量的计算 347

（二）物料平衡的基本关系式 347

（八）塔出口甲醇浓度与入塔气量之间的关系 348

（九）甲醇浓度与进气中CO含量间关系及CO转化率 348

图3-4-1 塔出口甲醇浓度与入塔气量之间的关系 349

表3-4-1 气体中甲醇含量与克分子浓度之间的关系 350

图3-4-2a 气体中甲醇含量与克分子浓度之间的关系 350

图3-4-2b 进塔气中CO含量与其平衡转化率之间的关系 351

图3-4-2c 甲醇克分子浓度与CO转化率之间的关系 352

二、热量平衡计算 353

（一）合成塔热平衡计算 353

（三）其它设备的热平衡计算 355

（二）各组分比热的计算 355

附表1 工业用甲醇标准GB338-76 357

附表2 苏联及美国标准 357

附录 357

附图1 甲醇物理-化学性质列线计算图 358

附图2 气体在甲醇中的溶解度与温度的关系 358

附图3 甲醇水溶液汽液平衡图 359

附图4 甲醇水溶液密度列线计算图 359

附图5 甲醇水溶液粘度列线计算图（一） 360

附图6 甲醇水溶液粘度列线计算图（二） 360

附图7 低于大气压下，甲醇水溶液沸点列线计算图 361

附图8 甲醇水溶液的饱和蒸汽压列线计算图 361

附图9 甲醇水溶液导热系数列线计算图 362

附图10 甲醇水溶液热容量列线计算图 362

附图12 甲醇水溶液电容率列线计算图 363

附图11 甲醇水溶液克分子体积列线计算图 363

附图13 甲醇合成用锌—铬催化剂生产能力列线计算图 364

附图14 CHM-1催化剂的生产能力修正系数列线计算图 365

附图15 当惰性组分浓度为15%（体积）时，CHM-1催化剂的生产能力q’（吨/米3·日）与循环气组成的关系曲线图 366

附图16 当惰性组分浓度为17．5%（体积）时，CHM-1催化剂的生产能力与循环气组成的关系曲线图 366

附图17 当惰性组分浓度为20%（体积）时，CHM-1催化剂的生产能力与循环气组成的关系曲线图 367

附图18 当惰性组分浓度为25%（体积）时，CHM-1催化剂的生产能力与循环气组成的关系曲线图 367

附图19 当惰性组分浓度为30%（体积）时，CHM-1催化剂的生产能力与循环气组成的关系曲线图 368

附图20 当惰性组分浓度为35%（体积）时，CHM-1催化剂的生产能力与循环气组成的关系曲线图 368

附图21 贮罐气中的H2含量与其在循环气中的分压的关系曲线图 369

附图22 贮罐气中CO2和CH4的含量与其在循环气中的分压的关系曲线图 369

附图23 贮罐气中CO和N2的含量与其在循环气中的分压的关系曲线图 369

参考文献 369

附表 常用单位换算表 370