【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ； 半干水煤氣溫度： 35℃ ； 催化劑：中變催化劑 B112 或 B111；鐵系 低變催化劑 CuZn系； 出熱水塔氣體溫度：〈 75℃ ； 出變換系統(tǒng)氣體壓強(qiáng)： ?105Pa； 變換率：中變： 88%； 低變： 99%； 水碳比 ： ； 補(bǔ)充蒸汽壓強(qiáng)： 8?105Pa； 變換爐（中變爐）； 年開(kāi)工率： 300 天。 中變爐工藝條件的計(jì)算 為了計(jì)算方便，計(jì)算過(guò)程中以 kmol 為單位。 計(jì)算基準(zhǔn)： 1kmol 干半水煤氣（變換爐條件計(jì)算除外） 進(jìn)口溫度的估計(jì) 根據(jù)觸媒的活性溫度，選取變換爐進(jìn)氣溫度為 420℃ ，因過(guò)程中有冷激水，冷激氣體原始成分將有改變，故出口溫度需要經(jīng)過(guò)計(jì)算決定。 蒸汽比的選擇 采用水冷激流程中開(kāi)始的蒸汽比可以稍低，選取 。 ∴每標(biāo)準(zhǔn)米 3干半水煤氣中應(yīng)加入蒸汽量： ?= 濕半水煤氣的組成 H2： ? ?0 .3 8 9 4 1 0 0 % = 1 9 .6 7 %1 + 0 .9 8 ? 。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 CO： ? ?0 .3 0 6 8 1 0 0 % = 1 5 .4 9 %1 + 0 .9 8 ?。 CO2： ? ?0 .0 7 9 2 1 0 0 % = 4 .0 0 %1 + 0 .9 8 ?。 N2： ? ?0 .2 1 2 0 1 0 0 % = 1 0 .7 1 %1 + 0 .9 8 ?。 O2： ? ?0 .0 0 3 1 0 0 % = 0 .1 5 %1 + 0 .9 8 ?。 CH4:? ?0 .0 0 7 1 1 0 0 % = 0 .3 6 %1 + 0 .9 8 ?。 Ar： ? ?0 .0 0 2 5 1 0 0 % = 0 .1 3 %1 + 0 .9 8 ?。 H2O:? ?1 .0 1 1 0 0 %= 4 9 .4 9 %1 + 0 .9 8 ?。 第一段平衡線(xiàn)計(jì)算 查 [1]中表 426得各溫度下的平衡常數(shù) Kp，計(jì)算結(jié)果如下表 表 22 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 T（ ℃ ） 420 440 460 480 500 520 560 Xp（ %） 用以上數(shù)據(jù)作圖得平衡線(xiàn) 圖 21 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第一段最適宜溫度曲線(xiàn)計(jì)算 第一段最適宜溫度曲線(xiàn)計(jì)算 ]))(( ))(([198612 ??? ????PPPPm AXBAXA AXDAXCEELgT 查表 [1]613 得 B111 型中變催化劑的活化能 KmolKJE /921101 ? ，中變反應(yīng)熱近似取 KmolKJ /37530 ,故 KmolKJE /1296402 ? 。 由 [1]中 473 式計(jì)算 表 23 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 t(℃ ) Xp(%) 用這些數(shù)據(jù)作圖得最適宜溫度曲線(xiàn) 圖 22 第一段操作線(xiàn)的計(jì)算 選取 第一段中溫變換轉(zhuǎn)換率 75%。 變換掉的 CO： ?= 出一段氣體組成： 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 表 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 成分 數(shù)量 % H2 +?2= CO = CO2 += O2 0 0 N2 CH4 Ar H2O +?2= 合計(jì) 100 化學(xué)平衡常數(shù) K=OHCOHCOPP pp222..= 查 [1]表 426 得溫度 t=561℃ 冷激水用量計(jì)算 二段觸媒進(jìn)口溫度取為 400℃ ，冷激段熱損失取為 5℃ ，出一段氣體的平均溫度為 458℃ ，冷激水初溫 60℃ ，終溫 ℃ 。系統(tǒng)焓變 H=。 出一段氣體的熱容： Cp=(?+?+?+?+ ?+ ?+?)/= kJ/（ kmol℃） 查 [2]附錄二 得在 壓力下水的沸點(diǎn)為 ℃ 水由 40℃ 升高至 ℃ 的焓變?yōu)?1H =℃ 水的汽化熱為 2H =水蒸氣 有 ℃ 升高至 400℃ 的焓變 KgKJK m o lKJdTTTH / 6 7/0 8 4 0 6)100 2 ( ??????? ???總的焓變 H== K m o lKJKgKJHHH / 4 5 5 6/ 0 3 0321 ???? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 ∴冷激水量 = ? ?0. 99 85 35 .5 6 51 6 40 0 5 k m ol?? ? 第二段平衡曲線(xiàn)和最適宜溫度曲線(xiàn)計(jì)算 用水冷激后氣體的起始組成發(fā)生了變化，因此平衡曲線(xiàn)和最適宜溫度也都發(fā)生了變化。 冷激后氣體的原始組成： H2： ? ?0 .1 9 6 7 1 0 0 % = 1 8 .3 5 %1 + 0 .0 7 2 ?。 CO： ? ?0 .1 5 4 9 1 0 0 % = 1 4 .4 5 %1 + 0 .0 7 2 ? CO2： ? ?0 .0 3 9 2 1 0 0 % = 3 .7 3 %1 + 0 .0 7 2 ?。 H2O： %% ??? ? 。 由 [1]中式 422計(jì)算不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率 表 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 T℃ 380 400 420 440 460 480 Xp 以第一組為例計(jì)算： A=； B=； C=； D=； t=380℃； Kp=； w=Kp1=； u=Kp（ A+B） +C+D=?（ +?9） ++=； v=KpABCD=???=； q=（ u24wv） 1/2= 4 ? ? ?=； xp= ? ? ? ?u q 10 04 .71 64 410 0% = 35 12A w 2 14 .4 13 .5????。 由以上數(shù)據(jù)作圖得第二段的平衡曲線(xiàn)： 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 23 由 [1]中（ 413）式計(jì)算不同變換率下的最適宜溫度： 表 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 Xp tmOC 用以上數(shù)據(jù)作圖得最適宜溫度曲線(xiàn)： 圖 24 第二段操作線(xiàn)計(jì)算 第二段進(jìn)口溫度和最終變換率都已定，即變換爐出口溫度需要計(jì)算決定。假設(shè)先反應(yīng)后升溫。 冷激后氣體原始組成： 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 表 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 成分 H2 CO CO2 O N2 CH4 Ar H2O 合計(jì) % 100 最終變換率為 88%，氧全部與氫化合成水，則變換氣組成： 表 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 成分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O 合計(jì) % 100 kmol 01763 假設(shè)出口氣體溫度為 417℃ 變換氣在 417℃ 時(shí)的熱容： Cp=?+?+?+?+?+?+?= kcal/（ kmol℃） 由 [1]中 431 圖查得， 417℃時(shí)反應(yīng)熱 ?HR= kcal/kmol； 第二段熱損失取為 3℃ 代入 [1]中 493式中計(jì)算二段出口溫度 t=4003 + ? ?（ ） =℃ 與假設(shè)相符，可以滿(mǎn)足要求，由此可以認(rèn)為以上計(jì)算的變換爐的工藝條件可用。 結(jié)論 中變爐的工藝條件決定如下 進(jìn)一段溫度： 420℃ ； 出一段溫度： 516℃； 出一段變換率： 75%； 冷激水量： ； 進(jìn)二段溫度： 400℃ ； 二段溫度： ℃ ； 出二段變換率： 88% 中溫變換爐的物料衡算 物料衡算 進(jìn)一段氣體量： 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 干煤氣： 1kmol； 水蒸汽： ； 合計(jì)： 各組成： 表 進(jìn)一段氣各組成 成分 H2 CO CO2 O2 N2 CH4 Ar H2O 合計(jì) % 100 kmol 出一段變換率： 75% 氧全與氫反應(yīng)成 水 CO變換量 ?= 出一段氣體量 表 出一段氣各組成 成分 Kmol % H2 + 2= CO = CO2 += N2 CH4 Ar H2O + 2= 合計(jì) 100 進(jìn)二段變換率： 88% 二段中， CO 變換量： （ ） = 出二段變換氣量 表 進(jìn)二段氣各組成 成分 kmol 基準(zhǔn) % 干基 % 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 H2 += CO = CO2 += O2 N2 CH4 Ar += H2O 100 合計(jì) 100 熱量衡算 第一段： CO變換反應(yīng)熱： ?37530= O2反應(yīng)熱： 查 [1]表 42 42 425得 468℃時(shí) O2 的反應(yīng)熱 H=℃ Q2=*2*= 氣體升溫耗熱： 查圖 461～ 468 計(jì)算變換氣的平均熱容 ./( KmolKJC P ? ℃） ??（ 516420） = kJ 熱損失： += kJ 第二段： CO變換反應(yīng)熱： ?38340= kJ 氣體升溫耗熱： ??（ 417400） = kJ 熱損失： = kJ 低變換爐的工藝條件計(jì)算 進(jìn)出口 溫度的估計(jì) 選用 CuZn 系催化劑；選取低變爐進(jìn)氣溫度為 220℃ ，出口溫度需經(jīng)計(jì)算決定。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 入低變爐濕氣組成同中變爐二段出口組成 表 入低變爐濕氣組成 成分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O 合計(jì) 濕 % 100 干 % —— 100 平衡曲線(xiàn)計(jì)算 查 [1]中式 422計(jì)算得： 表 中變爐二段出口 組成 t℃ 200 220 240 260 280 xp 由以上數(shù)據(jù)作平衡曲線(xiàn)圖： 圖 25 以第一組計(jì)算為例： t=200℃； Kp=； A=； B=； C=； D=； w=Kp1=； u=Kp（ A+B） +C+D=?（ +） ++=； v=KpABCD=???=； q=（ u24wv） 1/2= 1 4 4 7 4 59 0 1 941 7 9 4 0 2 ??? =； xp=（ uq） /2Aw ?100% = %% ???? ? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 最適宜溫度曲線(xiàn)計(jì)算 由 [2]中 473 式計(jì)算 催化劑 CuZn系的 E1=，取 170250℃的平均溫度 （ 230℃）下的反應(yīng)熱效應(yīng)，由 [1]中圖 421查得。 ?H=39960kJ/kmol E2= E1+?H=+39960=表 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 xp Tm K tm ℃ 利用以上數(shù)據(jù)作圖： 圖 26 操作線(xiàn)計(jì)算 185℃ 混合摩爾熱容為 kcal/（ kmol℃） 。 185℃ 時(shí)反應(yīng)熱： ?HR= kcal/kmol，熱損失為 1℃ 計(jì)算出口溫度： 假設(shè)設(shè)出口溫度為 234℃ ，該溫度下混合熱容 Cp= + + + ++ + =假設(shè) CO 總的轉(zhuǎn)化率為 99%，則低溫變換的實(shí)際轉(zhuǎn)換率為 %)88%99( ??? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 查 [1]圖 421 得 234℃時(shí)反應(yīng)熱為 39920 kJ/kmol ,熱損失為 5℃ 出口溫度