【正文】 算及熱量衡算 物料 已知條件中變爐進(jìn)口氣體組成： 組分 % CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 100 計算基準(zhǔn)： 1 噸氨 計算生產(chǎn) 1 噸氨需要的變化氣量： 1000/17） （ （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因為在生產(chǎn)過程中物量可能 回有消耗，因此變化氣量取 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 5 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 日生產(chǎn)量： 50000/330=換氣干組分中 CO％小于 2％ 進(jìn)中變爐的變換氣干組分： 組 分 含量，％ M3(標(biāo) ) 合 CO2 474 6 68 9 CO H2 2750. N2 1113. 3 O2 CH4 計 100 493 假設(shè)入中變爐氣體溫度為 335 攝氏度，取出爐與入爐的溫差為 30 攝氏度，則 出爐溫度為 365 攝氏度。 進(jìn)中變爐干氣壓力 P 中 =. 2．水汽比的確定： 考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取 H2O/CO= 故 V（水） =(標(biāo) ) n(水 )= 因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分 : 6 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 474 CO H2 N2 O2 CH4 H 2O 合計 100 中變爐 CO 的實際變換率的求?。? 假定濕轉(zhuǎn)化氣為 100mol，其中 CO 基含量為 ％，要求變換氣中 CO 含量為 2％，故根據(jù)變換反應(yīng)： CO+H2O＝ H2+CO2，則 CO 的實際變換率為： X ％ = Ya ? Ya′ 100=74％ Ya (1 + Ya′ ) 式中 Ya、 Ya39。 分別為原料及變換氣中 CO 的摩爾分率（濕基） 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： 74％ = 則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O％ =％ ％ +％ =23％ CO％ =％ ％ =％ H2％ =％ +％ ％ =％ CO2％ =％+％ =％ 中變爐出口的平衡常數(shù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％ ） =12 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知 K=12 時溫度為 397℃。 中變的平均溫距為 397℃365℃ =32℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 算 假設(shè) CO 在一段催化床層的實際變換率為 60％。 因為進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 含量，％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 474 CO H2 N2 O2 CH4 H 2O 合計 100 假使 O2 與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO 的量為： 7 60 ％ =( 標(biāo) )= 出 一 段 催 化 床 層 的 CO 的 量 為 ： = M (標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2 的量為 : + = M (標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO2 的量為： 474+= M3(標(biāo) )= 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 3 3 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 100 剩余的 H2O 的量為： +2 =(標(biāo) )= 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 CO H2 N2 CH4 H 2O 合計 100 對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％） ： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3CO2 CO H2 N2 CH4 H 2O 合計 100 對出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計算得 K= 查《小合成氨廠工 藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng) K= 時 t=445℃ 設(shè)平均溫距為 30℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445℃ 30℃ =415℃ 4．中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐溫度： 335℃ 8 出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 415℃ 反應(yīng)放熱 Q：在變化氣中含有 CO， H2O，O2， H2 這 4 種物質(zhì)會發(fā)生以下 2 種反應(yīng)： CO +H2O=CO2+H2 O2 + 2H2= 2 H2O 這 2 個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。 為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計算。以 P=1atm， t=25℃ 為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計算式為： HT=△ H 298=Cpdt 式 中 HT — — 氣 體 在 0 （ 11） （ 12） ∫ T 在 TK 的 統(tǒng) 一 基 準(zhǔn) 焓 ， 298 kcal/kmol()； △ H0298 — — 該 氣 體 在 25℃ 下 的 標(biāo) 準(zhǔn) 生 成 熱 ， kcal/kmol()； T—— 絕對溫度， K； Cp — — 氣 體 的 等 壓 比 熱 容 ， kcal/ （ kmol.℃ ） [（ kmol.℃） ] 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗式： Cp=A0+A1 T+A2 T2+A3 T3+?? 式中 A0、 A A A3??氣體的特性常數(shù) 將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計算通式： Ht=a0+a1 T+a2 T2+a3 T3+a4 T4 式中常數(shù) a0、 a a a a4 與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4 a0=△ H0298－ － a2－ a3－ a4 采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行， 步驟有多少，只要計算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。 △ H=（∑ ni Hi）始－（∑ ni Hi）末 式中△ H —— 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時為放熱，為負(fù)數(shù)時系統(tǒng)為吸熱， kcal； （ ） 。 ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)， kmol； 9 Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下； I — 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol， （ ） 現(xiàn)將有關(guān)氣體的計算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表 分子式 O2 H2 H2O N2 CO CO2 a0 10 3 a1 3 a2 10 – 3 a3 10 10 － 7 – 7 a4 10 – 10 10 10 4 10 10 － 4 10 10 10 10 － 11 － 3 10 10 10 10 － 7 － 11 10 10 3 10 10 10 － 3 － 4 － 7 － 11 4 － 4 － 9 － 11 － 6 計算 O2 的基準(zhǔn)焓： 根據(jù)基準(zhǔn)焓的計算通式： Ht=a0+a1 T+a2 T2+a3 T3+a4 T4 在 415℃時 T=415+273=683K 查表可得變換氣的各個組分的基準(zhǔn)焓列于下表： 組分 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） O2 H2 H2O CO CO2 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △ H1=( ∑ Hi) 始 （∑ Hi ）末 =+++ =（ ） = O2 + 2H2= 2 H2O （ 2） Q2=△ H2=（∑ ni Hi）始－（∑ ni Hi）末 = 氣體共放熱： Q=Q1+Q2=+= 氣體吸熱 Q3： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 來計算熱容。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃） 查表可得： 10 物質(zhì) a b/10 c/10 3 CO H2 H 2O 30 CO2 N2 5 Cpm= ∑ Yi*Cp=