化工企業(yè)變換工段工藝培訓講義-wenkub
2022-09-03 12:33:07 本頁面
【正文】 不僅經(jīng)濟上不合理，同時還會使催化劑層溫度難以維持。生產(chǎn)中總是向原料氣中加入過量的蒸汽，以提高變換率。 圖 1 溫度與平衡變換率關(guān)系 ： 一氧化碳變換反應是等分子反應．反應前后氣體分子數(shù)相同，氣體總體積不變。當原始氣體中的 H2:CO=1:1 時，溫度與平衡變換率的關(guān)系如圖所示： 工業(yè)生產(chǎn)中，降低反應溫度必須與反應速度和催化劑性能綜合考慮。 co)] 100% (7) 在一定條件下，變換反應達到平衡時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時，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反應前原料氣中一氧化碳、水蒸汽、二氧化碳、氫的含量，摩爾分數(shù)： x*平衡變換率，％ 由式 (4)， (8)可計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。co=(VcoVco 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)反應前后的氣體成分進行計算。 YH2O —— 各組分的平衡組成，摩爾分數(shù) 平衡常數(shù) Kp 表示反應達到平衡時，生成物與反應物之間的數(shù)量關(guān)系，因此，它是化學反應進行完全程度的衡量標志。 YH2)／ (Yco 一 . 變換反應的熱 效應 變化反應是放熱反應，反應熱隨溫度升高有所減少，其關(guān)系式為： Q= 104T2+ 106T3 式中： Q— 反應熱，卡 /摩爾（或 kcal/kgmol） T— 溫度， K 不同溫度下的反應熱如下表： 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．即可利用其反應熱以維持生產(chǎn)過程的連續(xù)進行。 二 .變換反應的化學平衡 1 平衡常數(shù)： 在一定條件下，當變換反應的正、逆反應速度相等時，反應即達到平衡狀態(tài)，其平衡常數(shù)為： Kp＝ (PC02 YH2O) 式中： PC02， PH2， Pco， PH2O 各組分的平衡分壓， atm Y C02從式 (3)可以看出， Kp 值愈大，即 YC02與 YH2的乘積愈大，說明原料氣中一氧化碳轉(zhuǎn)化愈完全．達到平衡進變換氣中殘余一氧化碳量愈少。由變換反應式 (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。 X)／ (1+Vco平衡變換率越高，說明反應達到平衡時變換氣中一氧化碳殘余量越少。對一氧化碳含量較高的氣化氣，開始反應時為了加快反應速度，一般在較高溫度下進行，而在反應的后一階段，為使反應較完全，就必須使反應溫度降低一些，工業(yè)上采用兩段變換就是這個原因。在目前的工業(yè)操作條件下，壓力無顯著的影響。不同溫度下蒸汽添 加量與的關(guān)系如圖 2 所示。 ： 在變換反應過程中，如果能將生成的二氧化碳除去，就可以使變換反應向右 移動，提高了一氧化碳轉(zhuǎn)換率。以上這些副反應均為體積減小的放熱反應，因此，降低溫度，提高壓力有利于副反應的進行。水分子中氫氧鍵的結(jié)合能很大，要斷開 HOH 兩個鍵．須有相當大的能量．因而反應進行很緩慢。 在工藝計算中，較常用的動力學方程式有： (1) . 二級反應： rco=K（ Ya (2). 冪函數(shù)型動力學方程式： 大多數(shù)動力學方程式都屬此類，它可完整地表達變換反應的速度： rco＝ k PH2q 內(nèi)表面利用率不僅與催化劑的尺寸、結(jié)構(gòu)及反應活性有關(guān)，而且與操作溫度及壓力等因素有關(guān)。 第 二節(jié) 一氧化碳變換反應催化劑 中變催化劑按組成分為鐵烙系及鈷鉬系兩大類。此外，還有少量氧化鎂、氧化鉀、氧化鈣等物質(zhì)。硫、氯、磷、砷的化合物 及油 類物質(zhì)，均會使其中毒。 (2) 活性高，且起始活性溫度比鐵鉻系催化劑的低得多。 這種耐硫、活性高而又能再生的的鈷鉬系變換催化劑，盡管成本較高，在重油和煤氣化的工廠中 受用廣泛。 4. 鈷
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