【正文】 表 234 變換氣各組分的熱熔 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi Cp= kJ/（ ） 故： Q2= （ 203181） = kJ 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 28 熱損失 ： Q3=Q1Q2 == kJ。 已 知 CO， H2， H2O， CO2， N2等氣體的熱熔 可用公式： Cp=a+b+cT2來計(jì)算 。 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，計(jì)算結(jié)果如 表 231 所示。 出低 變爐催化床層的變換氣溫度為： 203 ℃ 。 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) Kp= 時(shí) t=223 ℃ 。 表 229 變換氣出低變爐時(shí)的干氣組分及含量 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 m3(標(biāo) ) kmol 出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（干） =+++++ = m3(標(biāo) ) = 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％ = ? =% 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 26 H2％ = ? =% N2％ = ? =% CH4％ = ? =% H2O％ = ? =% 所以出低變爐的濕組分 如表 230 所示 。 表 222 變換氣各組分 在 623K時(shí) 的熱熔 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi Cp= kJ/（ ） 故： Q2= （ 365353） = kJ 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 23 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 /m3 CO2 CO H2 N2 O2 —————————— CH4 H2O 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 /m3 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 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 /kJ CO 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 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 24 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 。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 22 表 220 各組分的 a、 b、 c 常數(shù)列表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計(jì)算熱容 。 計(jì)算結(jié)果如 表 219 所示 。 出中變爐 二段催化床層的變換氣溫度為： 365 ℃ 。 表 218 變換氣出中變爐濕氣組分含量 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 m3(標(biāo) ) kmol 對出中變爐 一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 21 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》知當(dāng) Kp= 時(shí) t=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 ℃ 。 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 。 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 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算 已知條件： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 19 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 。 Q2= (415353)= kJ。 Q1= X( )。 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。 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。 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353 ℃ 。 變換氣的溫度： 415 ℃ 。 以知條件： 變換氣的流量： koml。 中變爐出口 CO 變換率 60%。 中變爐出口氣體溫度 415 ℃ 。 表 213 變換氣各組分 在 683K 時(shí) 熱熔列表 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以平均熱容： Cpm=∑Yi Cp= 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%） 。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 15 表 210 變換氣各組分的基準(zhǔn)焓 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ 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/kmol Q1= （ ） = kJ O2 + 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) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 16 表 212 甲烷的的 a、 b、 c、 d 常數(shù)列表 物質(zhì) a b/103 c/106 d/109 CH4 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計(jì)算熱容 。 表 29 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表 物質(zhì) a0 a1 a2 a3 a4 O2 103 10–3 10–7 10–10 H2 103 10－ 4 10－ 7 10－ 11 H2O 104 10－ 3 10－ 7 10－ 11 N2 103 10－ 4 10－ 7 10－ 11 CO 104 10－ 4 10－ 9 10－ 11 CO2 10－ 3 10－ 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+a2T 2+a3T 3+a4 T4 (211) 在 415 ℃ 時(shí) T=415+273=683 K。 Hi —— 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓 ,單位： kcal。 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)算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果 ： △ H=（ ∑niHi） 始 －（ ∑niHi） 末 (210) 式中 ： △ H —— 過程熱效應(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 ，單位： kcal.。 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式 [8]： Cp=A0+A1T+A2T 2+A3T 3+?? 注： 式中 A0、 A A A3??氣體的特性常數(shù) 。 T—— 絕對溫度， K。以 P=1 atm， t=25 ℃ 為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計(jì)算式為： HT=△ H0298=Cpdt (27) 式中： HT —— 氣體在 ?T298在 T K的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol( kJ/kmol)。 在變化氣中含有 CO， H2O， O2， H2 這 4 種物質(zhì)會(huì)發(fā)生 以下 2 種反應(yīng)： CO +H2O=CO2+H2 （ 5） O2 + 2H2= 2 H2O （ 6） 這 2 個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。 中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣溫度： 330 ℃ 。 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) Kp= 時(shí) t=445 ℃ 。 表 27 出中變爐一段的變換氣干組分列表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 m3(標(biāo) ) kmol 剩余的 H2O 的量為： +2 = m3(標(biāo) ) = kmol 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（濕 ） =+++++ = m3(標(biāo) ) = kmol 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中 H2O 的含量 ： H2O％ = =% 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中 CO2的含量 ： CO2％ = %? =％ 同理可得： CO％ = ? =％ H2％ = ? =％ N2％ = ? =％ CH4％ = 000351 ? =％ 所以 出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分 如表 28 所示 ： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論 文 13 表 28 出中變爐一段的變換氣濕氣組分列表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 m3(標(biāo) ) koml 對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行估算 已知 出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量 如表 28 所示。 假使 O2 與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 。 進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分 如表 26 所示 。 表 25 不同轉(zhuǎn)化率下的最適宜溫度表 Xp