氮肥工艺设计手册 气体压缩、氨合成、甲醇合成2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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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kT25

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k26

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λv36

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K40

表1-3-13 氨的单位容积制冷能力qv41

表1-3-14 立式和V型氨压缩机的输气系数λ42

表1-3-15 立式和V型氨压缩机的制冷量换算系数K143

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KP70

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△HM97

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△HR97

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△HF98

表2-1-17 不同压力、温度下的反应热△HF99

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=2119

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=2133

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-1151

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-1151

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Z182

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2183

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β1227

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-1230

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、B328

图3-1-21 ZnO-Cr2O3催化剂活性常数C、D328

图3-1-19 ZnO-Cr2O3催化剂活性常数K328

表3-1-15 ZnO-Cr2O3催化剂利用系数η329

图3-1-22 ZnO-CuO-Cr2O3催化剂活性常数A、B329

图3-1-23 ZnO-CuO-Cr2O3催化剂活性常数C、D330

（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GB338-76357

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