【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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= V=KPABCD q= U 2 ? 4WV 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 T 573 593 613 633 653 Xp t T Xp 420 693 440 713 460 733 U ?q 100％ 2 AW 400 673 中變爐催化劑平衡曲線如下： 11 1 轉(zhuǎn)化率 Xp 中變爐平衡曲線 0 250 300 320 340 360 380 400 420 440 460 溫度 （℃） 由于中變爐選用 C6 型催化劑， 最適宜溫度曲線由式 Te 進(jìn)行計(jì)算。 RTe E2 1+ ln E 2 ? E1 E1 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》 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(jì)算列于下表中： Xp T t Xp T t Xp T t 526 253 671 398 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 12 1 轉(zhuǎn)化率 Xp 0 253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444 最適宜溫度線 溫度（℃） 7．操作線計(jì)算 有中變催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 中變爐出口氣體溫度 中 變爐入口 CO 變換率 中變爐出口 CO 變換率 335℃ 415℃ 0 60% 由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下： 70 60 50 40 30 20 10 0 330 415 溫度 （℃） 轉(zhuǎn)化率 Xp 操作線 8．中間冷淋過(guò)程的物料和熱量衡算： 此過(guò)程采用水來(lái)對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。 13 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(jì)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 =據(jù)《化工熱力學(xué)》可知 T/k 600 600 700 700 P/kPa 1600 1800 1600 1800 H/(kJ/kg) 冷淋水要升溫到 353℃，所以設(shè)在 353℃ , 615K,1750kp 時(shí)的焓值為 h 對(duì)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(duì)壓力用內(nèi)差法得 353℃， 615K， 1750Kp 時(shí)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(jì)算方法得： 物質(zhì) CO CO2 H2 H 2O N2 CH4 14 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： += M (標(biāo) ) 組 分 含 量％ M3(標(biāo) ) koml CO2 CO H2 N2 1113. 9 CH4 H 2O 合計(jì) 100 7105. 61 2 3 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 含 量％ M3(標(biāo) ) CO2 CO H2 N2 1113. CH4 H 2O 合計(jì) 100 7105. 15 9 koml 6 2 對(duì)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(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) 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℃ 二段催化床層的熱量衡算： 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 Q1: 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： H2 組分 Ht （ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： H2O （ 1） = kJ/kg CO CO2 CO +H2O=CO2+H2 △ H1=（∑ Hi）始－（∑ Hi）末 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(lái)計(jì)算熱 容。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃） 表 物質(zhì) a b/103 c/105 CO H2 H2O CO2 N2 30 CH4 可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3 來(lái)計(jì)算熱容： 16 物質(zhì) CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO Cp a H2 b CO2 H2O c N2 d CH4 Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃） Q2=**（ 365353） = 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 17 第二節(jié) ： 進(jìn)低變爐的濕組分 : 組 分 含 量％ 3 M (標(biāo) ) koml CO2 CO 低變爐的物料與熱量計(jì)算 H2 N2 1113. 9 CH4 H 2O 合計(jì) 100 7105. 6 2 進(jìn)低變爐的干組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 100 2．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 ％ = Ya ? Ya′ 100=％ Ya (1 + Ya′ ) 3 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： ％ = M (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 CO2 的量 : += M3(標(biāo) )= 出低變爐的濕組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 CO H2 N2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 出低變爐的干組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) 3 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 100 koml 對(duì)出低變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 18 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(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=223℃ 設(shè)平均溫距為 20℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22320=203℃ 3．低變爐的熱量衡算： 以知條件：進(jìn)低變爐催化床層的變換氣溫度為： 181