【文章內(nèi)容簡介】 基準(zhǔn)焓列于下表： 如表 表 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 ○ 1 △ 1H =(∑ iH )始 （ ∑ iH ） 末 =+++ =1Q =（ ） = 2Q + 2H2= 2 H2O ○ 2 2Q =△ H2=（ ∑ni iH ） 始 －（ ∑ni iH ） 末 = 氣體共放熱： Q= 1Q + 2Q =+= 氣體吸熱 3Q 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O , CO2, N2 ，可用公式： PC =a+b+CT2來計(jì)算熱容。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 查表可得： 如表 表 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 11 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 PmC =∑YiPC = KJ/（ kmol.℃ ） 所以氣體吸熱 3Q =(415330)= 假設(shè)熱損失 Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= 3Q + 4Q 4Q = kJ 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 如 表 表 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 12 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp中變爐平衡曲線 最佳溫度 度曲線的計(jì)算 由于中變爐選用 C6 型催化劑 ， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEERTTee?? 進(jìn)行計(jì)算。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊 》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為 E1=10000 千卡 /千克 分子， E2=19000 千卡 /千克 分子。 最適宜溫度計(jì)算列于下表中： 如表 表 Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 13 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 操作線計(jì)算 由 中變催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐 入 口氣體溫度 380℃ 中變 爐出口氣體溫度 410℃ 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： 010203040506070380 410溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp操作線 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 14 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。 已 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： 440℃ 冷淋水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 385℃ 操作壓力： 1750kPa 熱量計(jì)算： 冷淋水吸熱 1Q ：據(jù)冷淋水的進(jìn)口溫度 20℃ 查《化工熱力學(xué)》可知 1h =根據(jù)《化工熱力學(xué)》可知 如表 表 T/k P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷 凝 水 要升溫到 353℃ ，所以設(shè)在 353℃ , 615K,1750kp 時(shí)的焓值為 h 對溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時(shí) (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時(shí) (626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg 對壓力用內(nèi)差法得 353℃ ， 615K， 1750Kp 時(shí)的焓值 h 為： (17501600)/()=(18001750)/() 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 15 h= kJ/kg 1Q = X( ) 變換氣吸熱 2Q 根據(jù)表 和表 的計(jì)算方法得： 如表 表 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 pmC = ∑YipC = kJ/（ kmol.℃ ） 2Q =(440380) 取熱損失為 2Q 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) ) 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 100 m3(標(biāo) ) 4673． 3 kmol 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 ? =312 m3(標(biāo) ) 在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的 CO 的量為： （ ） =59m3(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： 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 16 +59= (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 2H 的量為： +59= (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： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 100 m3(標(biāo) ) kmol 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(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) K= 時(shí) t=405℃ 設(shè) 平均溫距為 40℃ ，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 405℃ 40℃ =365℃ 中變爐二段催化床層的物料衡算 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 1Q ： 計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：632K,計(jì)算結(jié)果如下 ： 如表 表 組分 2H H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 17 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △ 1H =（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 1Q == kJ/kg 氣體吸熱 2Q ： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, 2H , H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 來計(jì)算熱容。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO 2H H2O CO2 N2 a 30 b/ 310? c/ 510? CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容： 如表 表 物質(zhì) a b c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 如表 表 組分 CO 2H CO2 H2O N2 CH4 pC pmC =∑Yi ? Cp=（ kmol.℃ ） 2Q = ? ? （ 365353） = 熱損失： 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 18 3Q = 1Q 2Q = kJ 低變爐的物料與熱量計(jì)算 已知條件 ： 進(jìn)低變爐的濕組分 ： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 100 m3(標(biāo) ) kmol 進(jìn)低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量 % 100 M3(標(biāo) ) kmol 低變爐的物料衡算 要將 CO%降到 %（濕基）以下，則 CO 的實(shí)際變換率為： X %= ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=% 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： %=(標(biāo) )= 出低溫變換爐 CO 的量： = m(標(biāo) )= 出低溫變換爐 2H 的量： += m3(標(biāo) )= 出低溫變換爐 2HO的量： = m3(標(biāo) )= 出低溫變換爐 2CO 的量 ： += m3(標(biāo) )= 出低變爐的濕組分： 如表 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 19 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 48． 23 100 M3(標(biāo) ) kmol 出低變爐的干組分： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量 % 100 M3(標(biāo) ) kmol 對出低 變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K= （ H2%CO2%） /（ H2O%CO%） 計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) K= 時(shí) t=225℃ 設(shè) 平均溫距為 30℃ ，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22530=195℃ 低變爐的熱量衡算 已 知條件： 進(jìn)低 變爐催化床層的變換氣溫度為： 180℃ 出低 變爐催化床層的變換氣溫度為： 195℃ 變換氣反應(yīng) 放熱 1Q ： 在 195℃ 時(shí)， T=468K 計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：468K,計(jì)算結(jié)果如下： 如表 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 20 表 組分 2H 2HO CO 2CO Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 ○ 1 △ 1H =（ ∑ iH ） 始 －（ ∑ iH ） 末 = kJ/kg 1Q == kJ/kg 氣體吸熱 2Q ： 氣體吸熱時(shí)的平均溫度：（ 180+195） /2=℃ ， T= 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, 2H , 2HO, 2CO , N2 ，可用公式： pC =a+b+CT2 來計(jì)算熱容。熱容的單位為 kJ/（ kmol .℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO 2H 2HO 2CO N2 a 30 b/103