化工企業(yè)變換工段工藝培訓(xùn)講義(已修改)
2024-09-08 12:33 本頁(yè)面
【正文】 化工企業(yè) 變換工段工藝培訓(xùn)講義 第一節(jié) 一氧化碳變換反應(yīng)基本原理 第二節(jié) 一氧化碳變換反應(yīng)催化劑 第三節(jié) 一氧化碳變換工藝條件的選擇 第四節(jié) 一氧化碳變換的工藝流程 第五節(jié) 主要控制回路及裝置特點(diǎn) 第六節(jié) 主要設(shè)備介紹 第一節(jié) 一氧化碳變換反應(yīng)基本原理 一氧化碳與水蒸氣的變換反應(yīng)可用下式表示： CO+H2O?CO2+H2+Q (1) 變換反應(yīng)特點(diǎn)是放熱、可逆，反應(yīng)前后氣體體積不變，且反應(yīng)速度比較慢，只有在催化劑的作用下才有較快的反應(yīng)速度。 一 . 變換反應(yīng)的熱 效應(yīng) 變化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱隨溫度升高有所減少，其關(guān)系式為： Q= 104T2+ 106T3 式中： Q— 反應(yīng)熱，卡 /摩爾（或 kcal/kgmol） T— 溫度， K 不同溫度下的反應(yīng)熱如下表： 在工業(yè)生產(chǎn)中，一但變換爐升溫完畢轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)后．即可利用其反應(yīng)熱以維持生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行。 二 .變換反應(yīng)的化學(xué)平衡 1 平衡常數(shù)： 在一定條件下，當(dāng)變換反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速度相等時(shí)，反應(yīng)即達(dá)到平衡狀態(tài)，其平衡常數(shù)為： Kp＝ (PC02 PH2)／ Pco PH2O)=(YC02 YH2)／ (Yco YH2O) 式中： PC02， PH2， Pco， PH2O 各組分的平衡分壓， atm Y C02 Y H2 Yco YH2O —— 各組分的平衡組成，摩爾分?jǐn)?shù) 平衡常數(shù) Kp 表示反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物與反應(yīng)物之間的數(shù)量關(guān)系，因此，它是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行完全程度的衡量標(biāo)志。從式 (3)可以看出， Kp 值愈大，即 YC02與 YH2的乘積愈大，說(shuō)明原料氣中一氧化碳轉(zhuǎn)化愈完全．達(dá)到平衡進(jìn)變換氣中殘余一氧化碳量愈少。 由于變換反應(yīng)是放熱反應(yīng) ，降低溫度有利于平衡向右移動(dòng)，因此平衡常數(shù)隨溫度的降低而增大。平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式很多．通常采用下列簡(jiǎn)化式： lgKp＝ 1914／ (4) 式中： T溫度， K 不同溫度下一氧化碳變換反應(yīng)的平衡常數(shù)值如下： 若已知溫度，就能求出 Kp 值，從而就可以計(jì)算出不同溫度、壓力和氣體成分下的平衡組成。 2 變換率： 一氧化碳的變換程度，通常用變換率表示，定義為已變換的一氧化碳量與變換前的一氧化碳量的百分比率，若反應(yīng)前氣體中有 a 摩爾一氧化碳，變換后氣體中剩下 b 摩爾一氧化碳，則變換 率為： X=(ab) ／ a l00 ％ (5) 實(shí)際生產(chǎn)中，變換氣中除含一氧化碳外，尚有氫、二氧化碳、氮等組分，其變換率可根據(jù)反應(yīng)前后的氣體成分進(jìn)行計(jì)算。由變換反應(yīng)式 (1)可知，每變換掉一體積的一氧化碳，就生成一體積的二氧化碳和一體積的氫，因此，變換氣的體積 (干基 )等于變換前氣體的體積加上被變換掉的一氧比碳的體積，設(shè)變換前原料氣的體積 (干基 )為 1．并分別以 Vco， V180。co 表示變換前后氣體中一氧化碳的體積百分?jǐn)?shù)（于基 ）則變換氣的體 積為 (1+Vco X)，變換氣中一氧化碳的含量為： V180。co=(VcoVco X)／ (1+Vco X) 100% (6) 經(jīng)整理．可得 X=(Vco — V 180。 co) ／ [Vco(1+V 180。 co)] 100% (7) 在一定條件下，變換反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的變換率稱為平衡變換率，它是在該條件下變換率的最大值，以 l 摩爾干原料氣為基準(zhǔn)時(shí)，平衡常數(shù)與平衡變換率的關(guān)系式為： Kp=(c+ax*)(d+ax*)/（ aax*） (bax*) (8) 式中： a， b， c， d反應(yīng)前原料氣中一氧化碳、水蒸汽、二氧化碳、氫的含量，摩爾分?jǐn)?shù)： x*平衡變換率，％ 由式 (4)， (8)可計(jì)算出不同溫度和組成條件下的平衡變換率，然后再根據(jù)式 (6)可求出變換氣中殘留一氧化碳的平衡濃度。平衡變換率越高，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)變換氣中一氧化碳?xì)堄嗔吭缴?。大工業(yè)生產(chǎn)條件下，由于反應(yīng)不可能達(dá)到平衡，因此變換率實(shí)際不可能達(dá)到平衡變換率，必要時(shí)，可以用實(shí)際變換率與平衡變換率接近程度來(lái)衡量生產(chǎn)工藝條件的好壞。 三 . 影響變換反 應(yīng)化學(xué)平衡的因素 ： 由式（ 4）及表 2 可知，溫度降低，平衡常數(shù)增大，有利于變換反應(yīng)向右進(jìn)行，因而平衡變換率增大
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