【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 a3 a4O2103 10–310–710–10H210310－410－710－11H2O10410－310－710－11N210310－410－710－11CO10410－410－910－11CO210－310－6計(jì)算O2的基準(zhǔn)焓：根據(jù)基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 (211)在415 ℃時(shí)T=415+273=683 K。將O2的常數(shù)帶入上式得：Ht=103+683+10–310–76833+10–106834=同理根據(jù)以上方法計(jì)算可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于表210。表 210 變換氣各組分的基準(zhǔn)焓組分O2H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）反應(yīng)放熱： CO +H2O=CO2+H2 （7） 反應(yīng)焓變：△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =+++= kJ/kmolQ1=（）= kJO2 + 2H2= 2 H2O （8）反應(yīng)焓變：Q2=△H2=（∑niHi）始－（∑niHi）末= kJ氣體反應(yīng)共放熱：Q=Q1+Q2=+= kJ氣體吸熱Q3：根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO，H2，H2O，CO2，N2可用公式：Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容，熱容的單位為kJ/（）表211 變換氣組分的a、b、c常數(shù)列表物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105表 212 甲烷的的a、b、c、d常數(shù)列表物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計(jì)算熱容。熱熔計(jì)算結(jié)果如表213所示。表213 變換氣各組分在683K時(shí)熱熔列表物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以平均熱容：Cpm=∑YiCp= KJ/（）所以氣體吸熱：Q3=(415330)= kJ假設(shè)熱損失Q4（一般熱損失都小于總熱量的10%）。根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 + Q4Q4= kJ 中變一段催化劑操作線的計(jì)算 有中變一段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330 ℃。 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)的操作線如圖23所示：圖 23 中變爐催化劑反應(yīng)的操作線圖 中間冷凝過程的物料和熱量計(jì)算此過程采用水來對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。以知條件：變換氣的流量： koml。設(shè)冷凝水的流量：X kg。變換氣的溫度：415 ℃。冷凝水的進(jìn)口溫度：20 ℃。 進(jìn)二段催化床層的溫度：353 ℃。 操作壓力：1750 kpa。冷凝水吸熱Q1：據(jù)冷凝水的進(jìn)口溫度20 ℃查《化工熱力學(xué)》可知h1 = kJ/kg。根據(jù)《化工熱力學(xué)》可知溫度、壓強(qiáng)與焓值的關(guān)系如表214所示。表 214 溫度、壓強(qiáng)與焓值的關(guān)系表 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 ℃, 626 K,1750 kpa時(shí)的焓值為H。對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法：1600 kpa時(shí)：(626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg1800 kpa時(shí)： （626600）/（）=(700626)/( ) h= kJ/kg再對(duì)壓力使用內(nèi)查法得在353 ℃,626K,1750kp時(shí)的焓值H為：(17501600)/()=(18001750)/()H= kJ/kg。Q1= X( )。變換氣吸熱Q2：由表（213）知：Cpm= ∑YiCp = kJ/（）。Q2=(415353)= kJ。 Q2。根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X= kg= kmol= m3(標(biāo))水的量為：+= m3(標(biāo)) = kmol所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分如表215所示.表 215 變換氣進(jìn)二段催化床層各組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol 中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算已知條件：所以進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣干組分如表216所示。表216 進(jìn)中變爐二段變換氣干組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol：（總轉(zhuǎn)化率）。所以在CO的變化量為：= m3(標(biāo)) = kmol在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的CO的量為：（）= m3(標(biāo))= kmol出中變爐二段催化床層的CO的量為：= M3(標(biāo)) = kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：+= m3(標(biāo)) = kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：+= m3(標(biāo)) = kmol所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量：V總（干）=++++ = m3(標(biāo)) = kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分如表217所示。表217 變換氣出中變爐二段時(shí)變換氣干組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2O的量為：= m3(標(biāo)) = kmol故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中CO的含量：CO％= =%同理得：CO2％= =%H2％= =% N2％= =%CH4％= =%H2O％= =%所以出中變爐的濕組分如218所示。表218 變換氣出中變爐濕氣組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100m3(標(biāo))kmol對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：Kp= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計(jì)算得Kp=查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng)Kp==409 ℃設(shè)平均溫距為44 ℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409℃44℃=365 ℃。 中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353 ℃。 出中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，使用公式211及表210計(jì)算平均溫度為632 K時(shí)的生成焓。計(jì)算結(jié)果如表219所示。表219 變換氣各物質(zhì)的生成焓列表組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）反應(yīng)放熱： CO +H2O=CO2+H2 （9）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kg所以得： Q1== kJ/kg氣體吸熱Q2：根據(jù)《物理化學(xué)教程》知CO，H2，H2O，CO2，N2，可用公式：Cp=a+b+CT2來計(jì)算。表 220 各組分的a、b、c常數(shù)列表物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計(jì)算熱容。表 221 甲烷的的a、b、c、d常數(shù)列表物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4計(jì)算各物質(zhì)熱熔結(jié)果如表222所示。表222 變換氣各組分在623K時(shí)的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp 所以得：Cpm=∑YiCp= kJ/（）故：Q2=（365353）= kJ熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 中變爐物料、熱量恒算結(jié)果列表表 223 中變爐一段物料平衡表組分進(jìn)中變換爐的物料量/m3 出一段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2O2——————————CH4H2O合計(jì)表 224 中變爐二段物料平衡表組分進(jìn)二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)表 225 中變爐一段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJCO反應(yīng)：O2反應(yīng)：總熱量：表226 中變爐二段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ 低變爐的物料與熱量衡算已知進(jìn)中變爐的濕氣組分如表227所示，干變換氣的組分如表228所示。表 227 變換氣進(jìn)低變爐時(shí)濕氣各組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100m3(標(biāo))kmol表 228 變換氣進(jìn)低變爐干氣各組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100m3(標(biāo))kmol 低變爐的物料衡算要將CO％％（濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為：p ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標(biāo))= kmo