【正文】 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 % 。 氣體的 密度 7 3 7 ?????3m/kg 氣體質(zhì)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(shè)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。 氣體的 密度 ?????3m/kg 氣體質(zhì)量流速 4 9 1)(41 2 2 8 62????? ?G kg/m2 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(shè)計 34 代入數(shù)據(jù)可求得 E=。 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(shè)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 = 。h 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(jié)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(shè)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。h ? ——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(shè)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/m2K） T——氣體溫度， K Kp——CO 反應(yīng)平衡常數(shù) γ——CO 反應(yīng)速度， mol/h 4770——反應(yīng)速率常數(shù) 16040——反應(yīng)活化能， J/mol 武漢工程大學 本科畢業(yè)設(shè)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(zhì)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(shè)計應(yīng)考慮催化劑床層的阻力降，阻力降與設(shè)備直徑及催化劑床層高度有關(guān)，這里要求低變催化劑的床層阻力 kPa。 即進設(shè)備半水煤氣溫度為 125 ℃ 。 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。 61 8 1 5 ?????Q kJ （ 2）半水煤氣帶入熱 Q2 設(shè)進設(shè)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。 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(shè)備變換氣量（濕）： kmol 進設(shè)備變換氣溫度： 200 ℃ 進出設(shè)備半水煤氣量（干）： kmol 出設(shè)備變換氣溫度： 155 ℃ 出設(shè)備半水煤氣溫度： 187 ℃ 但 進設(shè)備半水煤氣溫度 還未知，設(shè)為 t。 0 9 2 0 64 ?????Q 設(shè)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(shè)溫度相近，故不需要重復(fù)計算。 tQ ??? 5 2 71 過熱蒸汽帶入熱 Q2： 武漢工程大學 本科畢業(yè)設(shè)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。 武漢工程大學 本科畢業(yè)設(shè)計 25 020406080100120100 150 200 250 300溫度，℃轉(zhuǎn)化率，%二段平衡曲線 二段最適宜溫度 二段操作線 CO 在第二變換爐第 二段催化劑層變換反應(yīng)操作線 由二段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果可知 此段入口氣體溫度 175 ℃ 出口氣體溫度 200 ℃ 入口變換率 % 出口變換率 %（總變換率 99%） 由以上數(shù)據(jù)即可作出此段催化劑床層的操作線，見圖 23。 CO 在第二變換 爐第二段催化劑層最適宜變換溫度 最適宜溫度可由式（ 23）計算，查文獻 [1]知型 B302Q 催化劑的 E1=43340 kJ，在平均溫度 187 ℃ 時 ， k J /k m o 0 2 4 2)( ??? H ，則有 21 ( ) 4 3 3 4 0 4 0 2 4 2 . 58 3 5 8 2 . 5 k J / k m o lRE E r H? ? ? ? ? ?? 由式（ 23）代入數(shù)據(jù)可計算出最適宜溫度，其結(jié)果見表 215。根據(jù)入此段催化劑床層的氣體組成，計算各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如表 214。 平衡溫距校核 222C O H 22C O H O 2C O % H %C O% H O%0 .2 0 4 1 0 .3 6 8 6 1 5 0 .3 20 .0 0 1 7 0 .2 9 4 4PppKpp?? ??????? 查得當 ??PK 時， T= ℃ ，溫距為 = ℃ 與所取溫距相近，故不需要重復(fù)計算 。 表 213 出第二變換爐第二段催化劑層干變換氣組成 Table213 The position of the dried shift gas outlet the second paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 合計 % 100 Nm3 kmol 第二變換爐第二段催化劑熱量衡算 （ 1） CO 放熱 Q1 設(shè)第二變換爐二段內(nèi) CO 變換反應(yīng)放熱量為 Q1： 出此 段催化劑床層的溫度 200 ℃ ，進口溫度 175 ℃ ，平均溫度 tm=187 ℃ ， 查武漢工程大學 本科畢業(yè)設(shè)計 23 文獻 [1] 40 26 0 kJ / km olH? ? ? 則 61 40 26 0 ( 70 .6 4. 7 ) 2. 65 10 kJQ ? ? ? ? ? （ 2）氣體溫度上升吸熱 Q2 氣體由 175 ℃ 上升至 200 ℃ ，在平均溫度 tm=187 ℃ ，壓力 MPa 下，查文獻 [1]知： Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?K Cp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 平均熱容為 Kk J / k m o %)(??????????????mC p tQ ???? 3 5 . 7 （ 3）假設(shè)熱損失 Q3= 10? kJ。 表 211 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 可知 CO 在此段變換量為 ()== kmol 武漢工程大學 本科畢業(yè)設(shè)計 22 CO 在此段的轉(zhuǎn)化率為 %% ?? 第二變換爐第二段催化 劑層 CO 的平衡轉(zhuǎn)化率計算 由出口平衡溫度 200 ℃ ，查文獻 [1]知道此時的 Kp=，由公式（ 22）代入數(shù)據(jù)得： %))(())((???????PPPpPXXXXX 由上面的計算可得出出口濕變換氣的組成 ， 結(jié)果見表 212。在此段催化劑層須加入的蒸汽量為 = Nm3。 CO 在第二變換爐第一段催化劑層變換反應(yīng)操 作線 由一段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果可知 入口氣體溫度 230 ℃ 出口氣體溫度 280 ℃ 入口變換率 % 出口變換率 %（總變換率 85%） 由以上數(shù)據(jù)即可作出此段催化劑床層的操作線，見圖 22。 CO 在第二變換爐第一段催化劑層最適宜變換溫度 最適宜溫度可由式（ 23）計算，查文獻 [1]知 B302Q 型催化劑的 E1=43340 kJ，在平均溫度 255 ℃ 時： k J /k m o l39762)( ??? H 則 21 ( ) 4 3 3 4 0 3 9 7 6 2E E r H? ? ? ? ? ? 83102 kJ/ km ol? 由式（ 23）代入數(shù)據(jù)可計算出最適宜溫度，其結(jié)果見表 210。 表 29 CO 在第二變換爐第一段催化劑平衡轉(zhuǎn)換率 Table 29 The equilibrium conversion