合成氨變換工段設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-25 04:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式中： HT —— 氣體在在T（K）的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol()；△H0298 —— 該氣體在25℃下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol()；T——絕對(duì)溫度，K；Cp ——?dú)怏w的等壓比熱容，kcal/（kmol.℃）[（kmol.℃）]氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+…… 式中A0、AAA3……氣體的特性常數(shù)將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式： Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 式中常數(shù)a0、aaaa4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4a0=△H0298－－a2－a3－a4采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計(jì)算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計(jì)算出過(guò)程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過(guò)程的總熱效果?！鱄=（∑niHi）始－（∑niHi）末 式中△H ——過(guò)程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱，kcal；（）。ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol；Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol，（）；現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表表3–7：分子式 a0 a1 a2 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在415℃時(shí)T=415+273=683K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)焓列于下表：表3–8：組分O2H2 H2O CO CO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （3–3）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =（+）（）=Q1=nCO△H1=（）=O2 + 2H2= 2 H2O （3–4）同理：△H2=（∑Hi）始－（∑Hi）末 =2 （）－（2+） = kJ/kmolQ2= nO2△H2=（）=氣體反應(yīng)共放熱：Q=Q1+Q2=+=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(lái)計(jì)算熱容，熱容的單位為kJ/（）。結(jié)果同表3–7CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容，結(jié)果同表3–8。則在在415℃時(shí)T=683K時(shí)計(jì)算結(jié)果如下表：表3–9：物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以平均熱容： Cpm=∑（Yi*Cp）=31+++++= KJ/（）所以氣體吸熱Q3=(415330)=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 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)的操作線如下：圖3–1此過(guò)程采用水來(lái)對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。以知條件：變換氣的流量： 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：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 =根據(jù)《化工熱力學(xué)》可知：表3–10： 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℃, 626K,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/kg1800kpa時(shí)：（626600）/（h ）=(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)/()故：h= kJ/kg Q1= X( )變換氣吸熱Q2根據(jù)表3–7和表3–8得：表3–11：物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以Cpm= ∑Yi*Cp = kJ/（）Q2=(415353)= kJ Q2根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X= = 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下表：表3–12：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))kmol已知進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣干組分如下表：表3–13：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： =(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： =(標(biāo)) = kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2的量為：+= (標(biāo)) = kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的H2的量為：+= (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）=++++=(標(biāo)) = kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分如下表：表3–14：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： = (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下表：
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