【文章內(nèi)容簡介】 T(`C)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 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 16 CO H2 N2 Ar 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 1955 N2 Ar CH4 H2O 合計 中變換爐一段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 中變換爐二段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 進低變爐的濕組分： 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 17 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計 含量％ 100 M3(標 ) 1955 1348． 47 Kmol 進低變爐催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合計 含量％ 100 M3(標 ) 1955 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=％ 取 X p=90% 則反應(yīng)掉的 CO的量為： 90％ =(標 )= 出低溫變換爐 CO 的量： = M3(標 )= kmol 出低溫變換爐 H2 的量： 1955+=(標 )= kmol 出低溫變換爐 H2O 的量： =(標 )= 出低溫變換爐 CO2 的量 : +=(標 )= kmol 出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干） =+++++=(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： 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 18 CO2％ = =% H2％ ==% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% 出低變爐的干組分： 組 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 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（濕 ） =+=(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％ = =% Ar％ = =% H2O％ = =% 所以出低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計 含 100 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 19 量％ M3(標 ) 7 kmol 對出低 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(shù)與設(shè)計手冊》知當 Kp= 時 t=235℃ 設(shè)平均溫距為 35℃，則出中變爐段催化床層的變換氣溫度為： t=235－ 35=200℃ 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： 180 出低變爐催化床層的變換氣溫度為： 200℃ 變換氣反應(yīng)放熱 Q1: 在 200℃時， T=473K， 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(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 =所以： Q1= = kJ 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時的平均溫度：（ 180+200） /2=190℃， T=463K 根據(jù)《物理化學教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+bT+CT2來計算 熱容。熱容的單位為 kJ/（ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 Ar 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 20 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+bT+CT2+dT3來計算熱容 表 物質(zhì) A b/103 c/106 b/109 CH4 計算結(jié)果： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 200180） = 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 1955 N2 Ar CH4 H2O 合計 低變換爐熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 21 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(jié)果知： 低變爐入口氣體溫度 180℃ 低變爐出口氣體溫度 200℃ 低變爐入口 CO 變換率 % 低變爐出口 CO 變換率 % 175 180 185 190 195 200 205T(`C)Xp 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 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 22 t 280 T 553 Xp 低變爐催化劑平衡曲線如下： 01160 180 200 220 240 260 280 300T(`C)Xp 13. 最佳溫度曲線的計算 由于低變爐選用 B303Q 型催化劑。 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》 B303Q 型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43250kJ/ kmol CO 變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能 E2為： E2 E1=r (△H ) 對于 CO 變換反應(yīng) r=1，則 E2=(△H ) + E1 △H 為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即： （ 180+200） /2=190℃， T=463K CO 的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 由《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計算： △H = 3623 109 7 0 0 0 0 TTT ?? ???????? kcal/ kmol 得： △H =38900 kJ/kmol E2 =38900+43250=82150 kJ/kmol 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 23 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(jié)果列于下表中： Xp T 409 427 444 462 479 497 t 136 154 171 189 206 224 Xp T 515 t 242 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01136 156 176 196 216 236 256T(`C)Xp 第三節(jié)．廢熱鍋爐的熱量和物料計算 1．已知條件： 進廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份： 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計 ％ 100 M3(標 ) koml 進廢熱鍋爐的溫度為： 920℃ 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計 24 出廢熱鍋爐的溫度為： 370℃ 進出設(shè)備的水溫： 20℃ 出設(shè)備的水溫： 370℃ 進出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： 進出設(shè)備的水量： X koml 物量在設(shè)備里無物量的變化。 ： （ 1） 入熱： 水的帶入熱 Q1 水在 20℃時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q1=X*（ 20+273） * = 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱 Q2： 轉(zhuǎn)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/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105