【正文】 k m o l 1 100 入爐濕氣的量 k m o l 0 1 22。 查文獻(xiàn) [1]知 CO變換反應(yīng)的 kJ/kmol 39572)( H 22和表 24中 的數(shù)據(jù)可求出 kJ )(7 1 Q 2 Q2 查文獻(xiàn) [2]可知氧氣和氫氣燃燒焓為 484017 kJ/kmol kJ 2 Q 3 Q3 在平均溫度 285 ℃和平均壓力 MPa下可查出 Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?K Cp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(O2)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 則平 59 . ) ( m PC = kJ/kmol?K 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 氣體吸熱 t Q 設(shè)熱損失 kJ 4 Q 由熱平衡方程式 1 2 3 4Q Q Q Q t=℃。 CO變換的逆反應(yīng)活化能 E2 為 kJ )(1 2 HEE 當(dāng) Xp=% Te=200+= K 23 K 43340 ln 1 mT tm = ℃。查文獻(xiàn) [1]知此時(shí)的 Kp=。 表28 出第二變換爐第一段催化劑變換氣組成 Table27 The position of the gas outlet the first paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計(jì) % 100 Nm3 kmol 出口溫度校核 50 .22 %% %%2 22 OHCO HCO KP 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 由上述計(jì)算可知與所取 Kp 第二變換爐第一段催化劑熱量衡算 1 CO放熱 Q1 設(shè)第二變換爐一段內(nèi) CO變換反應(yīng)放熱量為 Q1 氣體由 230℃升至 280 tm=255 ℃[1]知 kJ/kmol 39762)( H 則 6 13 9 7 6 2 ( 2 9 5 . 8 1 1 0 . 9 ) 7 . 3 5 1 0 k J Q 2 Q2 濕變換氣在平均溫度 255 MPa [1]知 Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?K Cp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 則 ( ) 23 4 9 2 . 7 3 4 . 6 9 t Q 3 kJ 3 Q 由熱量平衡得 Q1=Q2+Q3 6 106 10 Q t △ t=℃ 第二變換爐第一段催化劑床層平衡曲線計(jì)算 入此段催化劑床層汽 /氣比為 29。 表 210 CO 在第二段變換爐第一段催化劑最適宜轉(zhuǎn)化溫度 Table 210 The optimal temperature for CO in the first stage of the second shift converter Xp % Te K Tm K tm ℃ 由以上數(shù)據(jù)作圖即可求得此段最適宜溫度曲22。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 表 211 入第二變換爐第二段催化劑層變換氣組成 Table211 The position of the shift gas inlet the second paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計(jì) % 100 Nm3 kmol 可知 CO在此段變換量為 3Nm )( CO在此段的 轉(zhuǎn)化率為 % %100 第二變換爐第二段催化劑層 CO 的平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算 由出口平衡溫度 200 [1]知道此時(shí)的 Kp= 22 % ))(( ))(( P PP pPX XX XX 由上面的計(jì) 212。 第二變換爐第二段催化劑床層平衡曲線計(jì)算 入此段催化劑床層汽 /氣比為 214。 0 20 40 60 80 100 120 100 150 200 250 300 溫度 %二段平衡曲線 二段最適宜溫度 二段操作線 CO在第二變換爐第二段催化劑層變換反應(yīng)操作線 由二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果可知 此段入口氣體溫度 175 ℃ 出口氣體溫度 200 ℃ 入口變換率 % 出口變換率 % 99% 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 由以上數(shù)據(jù)即可作出此段 23。 kJ 4 Q 設(shè)熱損失 Q5= 106 kJ 由熱量衡算知 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q 代入數(shù) 據(jù)計(jì)算可得 t=℃ 190℃。即進(jìn)設(shè)備半水煤氣溫度為 130 ℃。 取催化劑的床層直徑 t D 33 L E E d fG pp 81 33 p —— kgf/m2 f —— G —— kg/m2 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 第二變換爐的計(jì)算 第二變換爐第一段催化劑用量計(jì)算 已知條件 變換氣進(jìn)口溫度 230 ℃ 變換氣出口溫度 280 ℃ 操作壓力 MPa 進(jìn)口變換氣流量 進(jìn)此段變換氣氣體組成見(jiàn)表 32。 取催化劑的 床層直徑 Dt4 33 L E E d Gf pp 81 B302Q型催化劑的粒度為φ 35mm 4 mm dp= m 由公式 : td E D 代入數(shù)據(jù)可求得 E=。氣體的密度 30 . 3m/kg 氣體質(zhì)量流速 h kg/ )( 4 1 2 G 催化劑層高度 m )( 4 L 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 kPa )( )( 8 p 由以上可以知道第二變換爐催化劑層總的阻力降為 kPa 21 ppp總 由上面計(jì)算可以知道總壓力降總 p kPa 取 m可用。 現(xiàn)取管內(nèi)氣體流速 m/s w。 表 34入第一變換爐濕半水煤氣組成 Table34 The position of the wet semiwater gas into the first shift converter 變換氣平均壓力 MPa 變換氣流量 變換氣進(jìn)口溫度 360 ℃ 變換氣出口溫度 200 ℃ 變換氣平均分子量 變換氣組成見(jiàn)表 35。 氣體的密度 78 . 3m/kg 氣體質(zhì)量流速 7 .3347 )( 4 1 Gkg/m2 第二變換爐第二段催化劑用量計(jì)算 已知條件 變換氣進(jìn)口溫度 175 ℃ 變換氣出口溫度 200 ℃ 平均操作壓力 MPa 變換氣流量 Nm3 進(jìn)此段催化劑氣體組成見(jiàn)表 33 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 表 33 入第二變換爐第二段催化劑層變換氣組成 Table33 The position of the shift gas inlet the second paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計(jì) % 100 Nm3 kmol 由已知條件可知此操作狀態(tài)下的平均溫度為 187 [1]知道此溫度下 的 Kp= B302Q型催化劑動(dòng)力學(xué)方程 2 2 2 2 2 2 20 1822 exp( ) (1 ) co H co H O co H p co H Ov dy y y p y y y y dw RT K y y ) 1( ))()()()( 43164 exp()101(1822 . dw dy CO w= 故可知道實(shí)際催化劑用量為 w實(shí) = 。 h 氣體質(zhì)量流速 0 .7076 4 1 Gkg/m2 K T—— K Kp—— CO反應(yīng)平衡常數(shù) γ —— CO mol/h 4770—— 反應(yīng)速率常數(shù) 組分 CO2 CO H2 CH4 O2 H2O N2 合計(jì) % 100 Nm3 kmol 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 16040—— J/mol 則由上式可推出 : 2 2 2 2 2 2 20 1822 exp( ) (1 ) co H co H O co H p co H Ov dy y y p y y y y dw RT K y y 32 V0— Nm3 T— 2 . 2 360200 TK 查文獻(xiàn) [1]得 CO的平衡常數(shù) Kp= 2coy的含量由 32 2 . 43164 exp . yddCO 積分并解之得 w= 備用系數(shù)取 故實(shí)際催化劑用量取 。 1 帶入熱 Q1 在 200 ℃、 MPa下 ,查文獻(xiàn) [1]知平均比熱容為 K kJ/ )( mCp kJ 1 QkJ 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 2 Q2 設(shè)進(jìn)設(shè)備半水煤氣溫度為 130℃、 在壓力 MPa [1]可計(jì)算出此時(shí)的平均比熱容為 K kJ/ )( mCp t Q 2 1 在 155 ℃、 MPa [1]計(jì)算平均比熱容為 K kJ/ )( mC p kJ 3 Q 2 在 190℃、 MPa [1]計(jì)算平均比熱容為 。 t Q 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 過(guò)熱蒸汽帶入熱 Q2 查文獻(xiàn) [3]可知在 360 MPa下水蒸汽的焓為 2902 kJ/kg kJ 2 Q 半水煤氣帶出熱 Q3 在 200 Cp(m)= kJ/kmol?K。 CO在第二變換爐第二段催化劑層最適宜變換溫度 23 [1]知型 B302Q催化劑的 E1=43340 kJ 在平均溫度 187 kJ/kmol )( H 2 1( ) 43340 kJ / kmol