【文章內(nèi)容簡介】 溫度，往往還是加入比較高的蒸汽量。一、二段間宜噴水降溫，其調(diào)溫手段靈活 ，同時取得增加汽氣比的效應(yīng)，符合觸媒后期變換反應(yīng)的要求，采用爐內(nèi)噴水比爐外噴水增濕，減少設(shè)備，節(jié)省投資，縮短管線，減少阻力。 冷凝水宜用軟水。若用硬水，易造成設(shè)備腐蝕，且易結(jié)垢，堵塞催化劑空隙，增大床層阻力。 第三段 CO 變換反應(yīng)量是比較低的，不必追求增加汽氣比的效應(yīng)。因此，二、三段間降溫放出的熱，應(yīng)當(dāng)用以加熱半水煤氣，以便三段出口的變換氣熱能能夠加以充分利用，且三段入口汽氣比仍遠高于安全狀態(tài)的需要，所以采用間接換熱為 好。 [7] 13 4 變換工藝的計算 中變爐的計算 （以一噸為基準(zhǔn)計算） 已知條件 表 1 半水煤氣的組分（干） 組分 2CO 2CO 2H 2N 4CH 2O 合 計 % 100 3Nm Kmol 10754 (2)壓力 進工段半水煤氣壓力 進工段蒸汽壓力 MPa （ 3）溫度 進系統(tǒng)半水煤氣溫度 35℃ 進中變爐一段催化劑氣體溫度 320℃ 過熱蒸汽溫度 350℃ 出中變系統(tǒng)變換氣溫度 40℃ 精練來循環(huán)水溫度 70℃ 出系統(tǒng)變換氣（干）中 CO含量 % 計算生產(chǎn) 1 噸氨需要的 變化氣量： 31000 2 M? ??? (標(biāo) )同理計算得其各組分的體積及物質(zhì)的量并列于上表。 年產(chǎn) 20 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 每小時 生產(chǎn)量： 202000 27. 8 /300 24 th?? 中變爐物料及熱量計算 干變換氣量及熱量計算：設(shè)氧與氫在變換爐一段催化劑內(nèi)完全燃燒生成水，由 ： 2 2 2O 2H 2H O?? 知，實際參加 CO 變換 反應(yīng) 的半水煤氣量為 ： 2 3O3 0 2 2 . 1 3 3 V 3 0 2 2 . 1 3 3 1 2 . 0 9 2 9 8 5 . 8 6 N m? ? ? ?－ 則干變換氣量應(yīng)為 ..coV V V y X??變 14 式中： y —— 半水煤氣體積； yco —— 混合氣中 CO含量，體積 %； CO 總變換率為 ： 39。( ) 1 0 0 %(1 0 0 39。) 1 0 0 %C O C OC O C OVVX VV??? ? ? ? 式中 coy 3 0 2 2 . 1 3 2 8 . 5 0 % / 2 9 8 5 . 8 6 2 8 . 8 2 %? ? ? X 2 8 . 8 5 3 . 0 1 0 0 / [ 1 0 0 3 . 0 2 8 . 8 5 ] 1 0 0 % 8 7 . 0 %? ? ? ? ? ? ?（ ） （ ） 則 3V 2 9 8 5 . 8 6 1 2 8 . 8 5 % 8 7 . 0 % 3 7 3 5 . 2 2 N m? ? ? ? ?變 （ ） CO 變換總量 ： 2 9 8 5 . 8 6 2 8 . 8 5 % 8 7 . 0 % 3 3 . 4 6 k m o l? ? ? 變換氣中 CO的量 ： 32 9 8 5 . 8 6 2 8 . 8 5 % 7 4 9 . 4 1 1 2 . 0 5 . 0 k m o lNm? ? ?－ 總蒸汽比計算：設(shè)中變爐出口溫度為 362℃ ，平衡溫距取為 20℃ t 362 20 382? ? ? ℃. CO 的變換反應(yīng)式為 ： 2 2 2C O H O C O H? ? ? 設(shè) a b c d 則 a= c= d= CO 的反應(yīng)量 33CO 2 8 .5 8 7 .0 % 2 4 .8 / N m / 1 0 0 N m? ? ?V 干半水煤氣 ， 查 表 得382℃ 時 Kp=， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?p c o 2 H 2 O c o H 2 O 2 2K P P / P P C C O d C O 2 O / [ a C O b C O O? ? ? ? ? ? ? ? ? ?V V V V 代入數(shù)據(jù)，得 ： ( 8 . 0 0 2 4 . 8 0 ) ( 4 0 . 0 0 2 4 . 8 0 2 0 . 4 ) 1 4 . 3 7( 2 8 . 5 0 2 4 . 8 ) ( 2 4 . 8 2 0 . 4 0 )b? ? ? ? ?? ? ? ? 解得 ： b ? 即汽：氣 = ： 需總蒸汽量（包括噴水的冷凝水量） ： 33 0 2 2 . 1 3 6 3 . 4 8 2 % 1 7 7 1 . 4 6 N m 8 5 . 6 7 m o lK? ? ? 中變爐一段催化劑層物料及熱量計 算 入爐蒸汽比（汽 /氣）計算：設(shè)CO一段催化劑層轉(zhuǎn)化率為 56%，且 O2在一段催化劑層與氧氣完全燃燒生成水， 則 CO 反應(yīng)量為： 33C O 2 8 . 5 0 5 6 % 1 5 . 9 6 N m / 1 0 0 N m? ? ?（ 干半水煤氣 ） CO 總反應(yīng)量 ： 33 0 2 2 . 1 3 1 5 . 9 6 / 1 0 0 4 8 2 . 3 3 N m 2 1 . 5 3 k m o l? ? ? 15 氣體 出一段催 化劑層溫度為 482℃ ,平衡溫 度 40℃ ，出口氣體平衡溫度為482 40 522?? ℃，查得 522℃ 的 pK ? ,則 ： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?p c o 2 H 2 O c o H 2 O 2 2K P P / P P C CO d CO 2 O / a CO b CO O? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????V V V V 代入數(shù)據(jù)，得 ： ))(( ))(( ???? ???? b= 解得 b= 即汽：氣 = 入爐蒸汽量 33 0 2 2 . 1 3 3 9 . 9 6 / 1 0 0 1 2 0 7 . 6 7 N m 5 3 . 9 1 k m o l? ? ? 表 2 入爐濕氣組成 組成 CO2 CO H2 N2 CH4 CO2 H2O 合計 % 100 N m3 kmol 平衡變換率計算及出一段催化劑層組成 ， 設(shè) 482℃ 的 CO 平衡變換率為 Xp查得 Kp=。 則 ： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?p c o 2 H 2 O c o H 2 O 2 2K P P / P P C CO d CO 2 O / a CO b CO O? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????V V V V代入數(shù)據(jù)，得 ： Kp=))(( ))(( ???? ???? XpXp XpXp= 解上式得 pX %? 實際變換率為平衡變換率的 6 2 % / 6 2 % 9 3 %? 出一段催化劑干氣體量： 3 0 2 2 . 1 3 4 8 2 . 3 3 1 2 . 0 9 3 3 4 6 8 . 1 9? ? ? ? 出 一 段 催 化 劑 剩 余 蒸 汽 量 ：31 2 0 7 . 5 8 4 8 2 . 3 3 1 2 . 0 9 2 7 4 9 . 4 3 N m 3 3 . 4 6 k m o l? ? ? ? ? 表 3 出一段催化劑層濕氣組成 組成 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 % 100 N m3 kmol 熱量衡算 計算 CO 變換反應(yīng)氣體溫升 16 入熱 CO 反應(yīng)放熱 Q： 設(shè)氣體由 320℃ 升到 480℃ ， 平衡溫度 400℃ 時的熱效應(yīng) 查得 △H= kJ /kmol。 [1] 1Q 2 1 . 5 3 3 3 8 5 2 8 . 0 8 2 9 6 2 3 . 4 2 4 k J? ? ? Q2的燃燒熱： 2Q 0 . 5 4 1 1 5 6 0 0 4 . 1 8 6 8 2 6 1 3 5 6 . 8 0k J? ? ? ? 合計： kJ 出熱 氣體溫升吸熱 Q3： 設(shè)氣體溫升為 △t ， 氣體在平均溫度 400℃ 下 查 圖 461~圖 468 得各組分的比熱容為： [8] CO2 kJ/ kmol℃ CO kJ/ kmol℃ H2 kJ/ kmol℃ N 2 kJ/ kmol℃ CH4 kJ/ kmol℃ H 2O kJ/ kmol℃ 計算得平均比熱容為： ℃ 。 3Q 3 4 .7 9 2 6 1 8 8 .2 9 4 t? ? ?V 熱損失 Q4：取 Q4= 熱平衡 1 2 3 4Q Q Q Q? ? ? 即 1 0 9 0 9 8 0 . 2 2 4 1 7 5 2 6 . 2 5 6 5 5 1 . 2 4 t?? V 解得 t ?V ℃ 氣體出口溫度 t 3 2 0 1 6 3 .8 6 4 8 3 .8 6? ? ? ℃ 與前面假設(shè)溫度一致。 一段催化劑平衡曲線計算 根據(jù)中變爐一段入口氣中蒸汽比（汽 /氣） ，計算各溫度下的平衡變換率 。 表 4 氣體變換率 t/℃ 300 320 340 360 380 400 Xp t/℃ 420 440 460 480 500 Xp 由表中數(shù)據(jù)作圖即得平衡曲線氣體組分與蒸汽比不同時 ， 計算平衡變換率亦不同。 最適合溫度曲線計算 最適合溫度曲線計算 ， 以 B109 催化劑的數(shù)據(jù)進行計 17 算。 由于 B109 催化劑 E1=67156 kJ / kmol， CO 變換的逆反應(yīng)活化能 E2為 ： ? ?2 1 RE E r H? ? ?V 對于變換反應(yīng) r=1 則 ： ? ?2 R 1E H E? ? ?V △H R 為反應(yīng)熱 ，取其平均溫度下的值，即 320 480 400??（ ） ℃，得： RH 9 1 9 9 . 2 1 c a l / k m o l 3 8 5 1 5 . 3 4 k J / k m o l? ? ?V 2E 10 5 6 7 k J / k m o l? 表 5 氣體最適宜溫度 Xp tm/℃ Xp tm/℃ Xp tm/℃ 用以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線 。 操作線計算 ： 由一段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 一段入口氣體溫度 320℃ 一段出口氣體溫度 480℃ 一段入口 CO變換率 0 一段出口 CO變換率 56% 由此可作出一段催化劑反應(yīng)的操作線 。 中變爐二段催化劑層物料及熱量計算 中間冷激過程的物料及熱量計算 。 35 8 . 6 1 6 3 9 . 9 6 3 0 2 2 . 1 3 / 1 0 0 5 6 3 . 8 N m 2 5 . 1 7 k m o l 4 5 3 . 0 6 k g? ? ? ? ?（ ） 表 6 入二段催化劑床層氣體組成 組成 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 % 100 N m3 kmol 噴水前氣體溫度為 480℃ ，設(shè)噴水后降溫 △t 。 氣體放出熱 Q1設(shè)噴水后氣體溫度為 360℃ ，氣體從 480℃ 降到 360℃ 的平均溫度為 420℃ 下，查 圖 461圖 462 并計算得比熱容為 ： [8] p .mC 3 1 5 k J / k m o l? 18 1Q 2 1 6 3 1 5 t?? V 冷 凝水吸收熱 Q2 ： 進水溫度為 70℃ ， 查得 70℃ 時水的焓為 kJ/kg； 360℃ 、 時蒸汽的焓 為 kJ /kg。 則 2Q 2 4 4 2 . 6 2 9 2 . 9 9 4 5 3 . 0 6 9