【文章內容簡介】 物質 a b/103 c/106 d/109 CH4 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 365353） = 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 9．中變二段催化劑操作線計算 由中變二段催化劑變換率及熱平衡計算結果知： 中變爐入口氣體溫度 353℃ 中變爐出口氣體溫度 365℃ 中變爐入口 CO 變換率 60% 中變爐出口 CO 變換率 74% 01020304050607080352 354 356 358 360 362 364 366溫 度（℃）CO轉化率 Xp 所以中變爐的操作線如圖： 0102030405060708090100300 325 350 375 400 425溫 度（℃）CO轉化率 Xp ] 中變換爐物料量平衡表 組分 進中變換爐的物料量 /m3 出一段催化床層的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 O2 —————————— CH4 H2O 合計 組分 進二段催化床層的物料量 /m3 出二段催化床層的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 中變換爐一段熱量平衡表 反應放熱 /kJ 氣體 吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ CO 反應： O2反應： 總熱量： 中變換爐二段熱量平衡表 反應放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 已知條件： 進低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標 ) kmol 所以 進低變爐催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量％ 100 M3(標 ) kmol 低變爐的物料衡算 要將 CO％降到 ％（濕基）以下，則 CO 的實際變換率為： X p％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=％ 則反應掉的 CO 的量為： ％ = M3(標 ) = kmol 出低溫變換爐 CO 的量： = M3(標 ) = kmol 出低溫變換爐 H2 的量： += M3(標 ) = kmol 出低溫變換爐 H2O 的量： = M3(標 ) = kmol 出低溫變換爐 CO2 的量 : += M3(標 ) = kmol 出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干） =++++ = M3(標 )= kmol 故出低變爐催化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： CO2％ ==% H2％ ==% N2％ ==% CH4％ ==% 出低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量％ 100 M3(標 ) kmol 出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（干） =+++++ = M3(標 ) = kmol 故出低變爐催化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = ? =% 同理： CO2％ = ? =% H2％ = ? =% N2％ = ? =% CH4％ = ? =% H2O％ = ? =% 所以出低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標 ) kmol 對出底 變爐的變換氣溫度進行估算： 根據(jù)： Kp=（ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 計算得 Kp= 查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》知當 Kp= 時 t=223℃ 設 平均溫距為 20℃，則出中變爐 一段催化床層的變換氣溫度為： t=223－ 20=203℃ ．低變爐的熱量衡算 以知條件： 進低 變爐催化床層的變換氣溫度為： 181℃ 出低 變爐催化床層的變換氣溫度為： 203℃ 變換氣反應放熱 Q1: 在 203℃時， T=476K， 計算變換氣中各組分的生成焓原理與計算一段床層一樣，使用公式 51 及表 計算 平均溫度為 476K 時的生成焓。 計算結果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △ H1=（ ∑ Hi） 始 － （∑ Hi） 末 = kJ/kg 所以： Q1= = kJ/kg 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時的平均 溫度：（ 181+203） /2=℃， T= 根據(jù)《物理化學教程》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/（ ） 表 物質 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容 表 物質 a b/103 c/106 b/109 CH4 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 203181） = 熱損失 ： Q3=Q1Q2 == kJ 低變換爐物料量平衡表 組分 進低溫變換爐的物料量 /m3 出低溫變換爐的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 低變換爐熱量平衡表 反應放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 11．低變催化劑操作線計算 有低變二段催化劑變換率及熱平衡計算結果知： 低變爐入口氣體溫度 181℃ 低變爐出口氣體溫度 203℃ 低變爐入口 CO 變換率 74% 低變爐出口 CO 變換率 % 0102030405060708090100175 180 185 190 195 200 205溫 度（℃）CO轉化率 Xp 12． 低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) 公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D） W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 H2O、 CO2及 H2的起始濃度 t 160 180 200 220 240 260 T 433 453 473 493 513 533 Xp t 280 T 553 Xp 低 變爐催化劑平衡曲線如下： 0102030405060708090100100 150 200 250 300溫 度（℃）CO轉化率 Xp 13. 最佳溫度曲線的計算 由于低變爐選用 B302 型催化劑。 查 《 小合成氨廠工藝技術與設計手冊 》 B302 型催化劑的正反應活化能分別為E1=43164kJ/ kmol CO 變化反應的逆反應活化能 E2為： E2 E1=r (△ H) 對于 CO 變換反應 r=1，則 E2=(△ H) + E1 △ H 為反應熱，取其平均溫度下的值，即： （ 181+203） /2=192℃ ， T=465K CO 的反應式為： CO +H2O=CO2+H2 由《 小合成氨廠工藝技術與設計手冊》可知反應熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應熱可以用以下公式計算： △ H= 3623 109 7 0 4 9 0 0 0 TTT ?? ???????? kcal/ kmol 得： △ H= kcal/kmol= kJ/kmol E2 =+43164= kJ/kmol 最適宜溫度曲線由式 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 進行計算 最適宜溫度計算結果列于下表中： Xp T 402 421 440 457 475 493 t 129 148 167 184 201 220 Xp T 510 t 237 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 020406080100100 150 200 250溫 度（℃）CO轉化率 Xp 14．廢熱鍋爐的熱量和物料衡算 以知條件： 進廢熱鍋爐的轉化氣組份： 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計 ％ 100 M3(標 ) kmol 進廢熱鍋爐的溫度為： 920℃ 出廢熱鍋爐的溫度為： 330℃ 進出設備的水溫： 20℃ 出設備的水溫： 330℃ 進出設備的轉化氣（濕）： kmol 進出設備的水量： X kmol 在設備里無物料的變化。 熱量衡算： （ 1） 入熱： 水的帶入熱 Q1 水在 20℃時 Cp= kJ/（ ） 所以： Q1=X （ 20+273） = 轉化氣的帶入熱 Q2： 轉化氣在 920℃時 T=1193K 根據(jù)《物理化學》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/（ ） 表 物質 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容 :