【文章內(nèi)容簡介】 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= (∑ Hi)始 （ ∑ Hi） 末 =+++ =Q1= （ ） = O2 + 2H2= 2 H2O （ 2） Q2=△ H2=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 = 氣體共放熱： Q=Q1+Q2=+= 氣體吸熱 Q3： 根據(jù)《物理化學(xué)》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/（ kmol.℃ ） 查表可得： 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 Cpm=∑ Yi*Cp= KJ/（ kmol.℃ ） 所以氣體吸熱 Q3=**(415330)= 假設(shè)熱損失 Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 5．中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與公式 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、 CO CO2及 H2的起始濃度 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp中變爐平衡曲線 由于中變爐選用 C6型催化劑， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTee?? 進(jìn)行計算。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊 》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為E1=10000 千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 最適宜溫度計算列于下表中： Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444溫度（℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度線7．操作線計算 有中變催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 335℃ 中變爐出口氣體溫度 415℃ 中變爐入口 CO變換率 0 中變爐出口 CO變換率 60% 由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下： 010203040506070330 415溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp操作線 8．中間冷淋過程的物料和熱量衡算： 此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。 以知條件： 變換氣的流量： 設(shè)冷淋水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷淋水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 1750kp 熱量計算： 冷淋水吸熱 Q1：據(jù)冷淋水的進(jìn)口溫度 20℃查《化工熱力學(xué)》可知 h1 =根據(jù)《 化工熱力學(xué)》可知 T/k P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷淋 水 要升溫到 353℃，所以設(shè)在 353℃ , 615K,1750kp 時的焓值為 h 對溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時 (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時 (626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg 對壓力用內(nèi)差法得 353℃， 615K， 1750Kp 時的焓值 h為： (17501600)/()=(18001750)/() h= kJ/kg Q1= X( ) 變換氣吸熱 Q2 根據(jù)表 和表 的計算方法得： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 Cpm= ∑ Yi*Cp = kJ/（ kmol.℃ ） Q2=**(415353) 取熱損失為 Q2 根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X=== M3(標(biāo) ) 所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分： 水的量為： += M3(標(biāo) ) 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1113.9 7105.61 koml 2 9．中變爐二段催化床層的物料衡算： 設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為 （總轉(zhuǎn)化率） 所以在二段 CO 的變化量 *= M3(標(biāo) ) 在中變爐二段催化床 層的轉(zhuǎn)化的 CO的量為： （ ） =(標(biāo) )= 出中變爐二段催化床層的 CO 的量為： = M3(標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 CO2的量為： += (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2的量為： += (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2O 的量為： = (標(biāo) ) 所 以出中變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1113. 7105.9 6 koml 2 對出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 計算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng) K= 時 t=409℃ 設(shè) 平均溫距為 48℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 409℃ 44℃ =365℃ ： 以知條件： 進(jìn) 變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 353℃ 出 變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 365℃ 變換氣反應(yīng)放熱 Q1: 計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣，平均溫度為： 632K,計算結(jié)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 Q1=*= kJ/kg 氣體吸熱 Q2： 根據(jù)《物理化學(xué)》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/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) 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： 物質(zhì) a b c d CH4 計算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**（ 365353） = 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計算 ： 進(jìn)低變爐的濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1113.9 7105.6 koml 2 進(jìn)低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 2． 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 ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=％ 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： ％ = M3(標(biāo) )= koml 出低溫變換爐 CO的量： = M3(標(biāo) )= 出低溫變換爐 H2的量： += M3(標(biāo) )= koml 出低溫變換爐 H2O 的量： = M3(標(biāo) )= 出低溫變換爐 C