【正文】 uilibrium temperature curve, optimal temperature curve and operating line for the second stage of the second shift converter 煤氣換熱器熱量衡算 （ 1）已知條件 進設備半水煤氣量（干）： kmol 進設備變換氣量： kmol 出設備半水煤氣量（濕）： kmol 出設備變換氣量： kmol 進設備半水煤氣溫度： t 出設備半水煤氣溫度： 200 ℃ 進設備變換氣溫度： 360 ℃ 出設備 變換氣溫度： 200 ℃ （ 2） 熱量衡算 半水煤氣帶入熱 Q1： 設半水煤氣進口溫度為 187 ℃ ，查 184 ℃ ， MPa 下半水煤氣各組分的比熱容并求出平均比熱容 Cp(m)= kJ/kmol?K。 tQ ??? 5 2 71 過熱蒸汽帶入熱 Q2： 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 27 查文獻 [3]可知在 260 ℃ ， MPa 下水蒸汽的焓為 2902 kJ/kg，故 62 ?????Q 半水煤氣帶出熱 Q3： 在 200℃ ， 下的半水煤氣的平均比熱容為 Cp(m)= kJ/kmol?K。 kJ 0 9 3 4 63 ?????Q 出設備變換氣帶走熱量 Q4： 200℃ 時，變換氣的平均比熱容為 Cp(m)= kJ/kmol?K。 0 9 2 0 64 ?????Q 設熱損失 Q5= 106 kJ 由熱量衡算知 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q? ? ? ? 代入數(shù)據(jù)計算可得 t= ℃ 與所設溫度相近，故不需要重復計算。即入設備半水煤氣溫度為 187 ℃ 。 變換氣換熱器熱量衡算 根據(jù)前面的計 算，進出 變換氣換熱器 的物料參數(shù)為 進出設備變換氣量（濕）： kmol 進設備變換氣溫度： 200 ℃ 進出設備半水煤氣量（干）： kmol 出設備變換氣溫度： 155 ℃ 出設備半水煤氣溫度： 187 ℃ 但 進設備半水煤氣溫度 還未知，設為 t。 進設備熱量計算 （ 1）變換氣帶入熱 Q1 在 200 ℃ 、 MPa 下，查文獻 [1]知平均比熱容為 kJ/kmol?K。 61 8 1 5 ?????Q kJ （ 2）半水煤氣帶入熱 Q2 設進設備半水煤氣溫 度為 125 ℃ 、 在壓力 MPa 下，查文獻 [1]可計算出此時的平均比熱容為 kJ/kmol?K。 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 28 tQ ??? 5 2 72 出設備熱量計算 （ 1）變換氣帶出熱 在 155 ℃ 、 MPa 下，查文獻 [1]計算平均比熱容為 kJ/kmol?K。 kJ 5 8 1 5 63 ?????Q （ 2）半水煤氣帶出熱 在 187 ℃ 、 MPa 下，查文獻 [1]計算平均比熱容為 kJ/kmol?K。 kJ 8 5 2 7 64 ?????Q 設 Q5= 106 kJ 由 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q? ? ? ? 可得 t= ℃ 與假設 溫度相近 ,故不需計算 。 即進設備半水煤氣溫度為 125 ℃ 。 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 29 第三章 主要設備計算 第一變換爐的計算 已知條件： 平均操作壓力： MPa 一段氣體進口溫度： 200 ℃ 一段氣體出口溫度： 360 ℃ 一段氣體進口流量（干）： Nm3 一段氣體出口流量： Nm3 一段出口 CO 含量： 一段入口汽氣比 R： 催化劑型號： B302Q 進此段催化劑氣體成分（濕）見表 31： 表 31 進 一變換爐濕半水煤氣組成 Table22 The position of the wet semiwater gas into the first shift converter 組分 CO2 CO H2 CH4 O2 H2O N2 合計 % 100 Nm3 105404 kmol 催化劑用量計算 根據(jù) B302Q 催化劑宏觀動力學方程 得 )1()43 16 4e xp (18222222222 OHCOPHCOHCOOHcoCO yyK yyyyyyRTpdwdN ???? ??? （ 31） 式中 ，2 2 2, , ,co H co H Oy y y y——各組分濕基摩爾分率 R——通用氣體常數(shù)， kJ/（ molK） T——氣體溫度， K Kp——CO 反應平衡常數(shù) γ——CO 反應速度， mol/h 4770——反應速率常數(shù) 16040——反應活化能， J/mol 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 30 則由上式可推出 : 2 2 22 2 220 0 . 5 0 . 6 0 . 3 0 . 8431641 8 2 2 e x p ( ) ( 1 )2 2 . 4 c o c o Hc o H O c o Hp c o H Ov d y y yp y y y yd w R T K y y????? （ 32） 式中 ， V0—氣體的體積 ， Nm3 T—平均溫度 ， 360200 ????T K 查文獻 [1]得 CO 的平衡常數(shù) Kp=，2coy的含量由 上升到 ，將以上數(shù)據(jù)代入式（ 32） ： ?????? ???????? ?????? ?? ??????? ? 43164e yd d CO 積分并解之得 w= 考慮到一段催化劑床層操作條件較惡劣，油污、雜質較多，備用系數(shù)取 ，故實際催化劑用量取 催化劑床層阻力計算 變換爐設計應考慮催化劑床層的阻力降，阻力降與設備直徑及催化劑床層高度有關，這里要求低變催化劑的床層阻力 kPa。 取催化劑的床層直徑 tD 催化劑床層的阻力降由公式下式（ 33）計算 LE EdfGp p ????? ? ? （ 33） 式中： p? ——變換氣通過催化劑床層的壓力降， MPa f ——摩擦系數(shù)，一般取 G ——變換氣質量流率， kg/m2h ? ——氣體的重度， kg/m3 L——催化劑床層高度， m 0 .3 7 8 0 .3 0 8 ptdE D?? 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 31 pd ——催化劑顆粒直徑， m tD ——催化劑床層直徑， m B302Q 型催化劑為球型催化劑，其粒度為 35 mm，取其值為 4 mm，則有 ?pd 由公式 0 .3 7 8 0 .3 0 8 ptdE D?? ，代入數(shù)據(jù)可得 ????E 氣體平均分子量 M=，則在此操作條件下 氣體的 密度 7 3 5 ?????kg/m2h 氣體質量流速 0 9 41 2 7 2 32????? ?G kg/m2h 催化劑床 層高度 )(42?? ?L 由以上數(shù)據(jù) 得 催化劑床層 壓降為 56.. )( )( ?????????? ?p Mpa 由以上結果可知 p? kPa， 符合要求，故催化劑床層直徑取 m 第二變換爐的計算 第二變換爐第一段催化劑用量計算 已知條件 變換氣進口溫度 230 ℃ 變換氣出口溫度 280 ℃ 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 32 操作壓力 MPa 進口變換氣流量 進此段變換氣氣體組成見表 32。 表 32 入第 二 變換爐第一段變換氣組成 Table32position of the shift gas inlet the first paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計 % 100 Nm3 kmol 由已知條件可知道此操作狀態(tài)下的平均溫度為 255 ℃ ，查文獻 [1]得 此溫度下的 Kp=，根據(jù) B302Q 型催化劑動力學方程（ 31），代入數(shù)據(jù)) ())()()()( 43164e xp ()101( ????????? ??dwdy CO 積分并解之得： w= 3m 故可知道實際催化劑用量為 w 實 = m3。 第二變換爐第二段催化劑用量計算 已知條件 變換氣進口溫度 175 ℃ 變換氣出口溫度 200 ℃ 平均操作壓力 MPa 變換氣流量 Nm3 進此段催化劑氣體組成見表 33： 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 33 表 33 入第二變換爐第二段催化劑層變換氣組成 Table211 The position of the shift gas inlet the second paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計 % 100 Nm3 kmol 由已知條件可知此操作狀態(tài)下的平均溫度為 187 ℃ ，查文獻 [1]知道此溫度下的 Kp=，根據(jù) B302Q 型催化劑動力學方程2 2 22 2 220 0 . 5 0 . 6 0 . 3 0 . 8431641 8 2 2 e x p ( ) ( 1 )2 2 . 4 c o c o Hc o H O c o Hp c o H Ov d y y yp y y y yd w R T K y y?????，代入數(shù)據(jù) ) ())()()()( 43164e xp ()101( ????????? ??dwdy CO 積分并解之得： w= 故可知道實際催化劑用量為 w 實 = 。 第二變換爐催化劑床層阻力的計算 變換爐設計應考慮催化劑床層的阻力降，阻力降與設備直徑及催化劑床層高度有關，這里要求低變催化劑的床層阻力 KPa。 取催化劑的床層直徑 Dt4，催化劑床層的阻力降由公式下式（ 33）計算 LE EdGfpp????? ? ? B302Q 型催化劑的粒度為 φ35mm，取其平均值為 φ 4 mm，即 dp= m，由公式 : 0 .3 7 8 0 .3 0 8 ptdE D?? 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 34 代入數(shù)據(jù)可求得 E=。 （ 1）第二變換爐第一段催化劑床層阻力計算 進一段催化劑床層氣體的平均分子量 M=，則一段氣體在操作條件下 ，計算如下。 氣體的 密度 ?????3m/kg 氣體質量流速 4 9 1)(41 2 2 8 62????? ?G kg/m2h 催化劑層高度 L=? ? ?? ? m 則第一變換爐第二段催化劑層阻力降為： )( )( ?????????? ?p Mpa （ 2）第二變換爐第二段催化劑層阻力降計算 進二段催化床層的氣體平均分子量為 M=，則二段氣體在操作條件下 ，計算如下。 氣體的 密度 7 3 7 ?????3m/kg 氣體質量流速 hmkgG ./)(41 3 0 6 0 22????? ? 催化劑層高度 武漢工程大學 本科畢業(yè)設計 35 )(42?? ?L 則第二變換爐第二段催化劑層阻力降為： k P )( )(. ?????????? ?p 由以上可以知道第二變換爐催化劑層總的阻力降為 k P P ????????? ppp 總 由上面計算可以知道總壓力降 總p? kPa，符合要求故催化劑床層直徑取 m 可用。 煤氣換熱器的計算 計算 條件 半水煤氣平均壓力 MPa 半水煤氣流量 kmol 半水煤氣進口溫度 187 ℃ 半水煤氣出口溫度 200 ℃ 濕半水煤氣平均分子量 濕半水煤氣組成見表 34。 表 34 入第一變換爐濕半水煤氣組成 Table22 The position of the wet semiwater gas into the first shift converter 組分 CO2 CO H2 CH4 O2 H2O N2 合計 %