【正文】 噴淋進(jìn)入增濕器內(nèi)的冷凝水量：＝＝ 出此增濕器的氣體。CO變換放熱： 出熱： ：℃： ℃下各氣體的摩爾熱容（kJ/kmol℃）組分COH2N2CO2CH4H2OCP 混合氣體平均摩爾熱容： 增濕器物料及熱量衡算（1）1變換爐一、二段之間的增濕器此增濕器是用95℃，3MPa軟水噴淋將一段出口氣體由370℃降到二段進(jìn)200℃，同時(shí)向氣體中補(bǔ)加二段反應(yīng)所需的蒸氣。 出2變換爐氣體組成 組成CO H2N2CO2CH4H2O合計(jì)%（干）100%（濕）100Nm3kmolkgB 熱量衡算入熱：氣體由205℃升至230℃，℃。 2變換爐反應(yīng)的CO量： CO== 由反應(yīng)式： CO+H2O→CO2+H2 ,。：℃： ℃下各氣體的摩爾熱容（kJ/kmol℃）組分COH2N2CO2CH4H2OCp 混合氣體的平均摩爾熱容：混合氣體放熱：噴淋的冷水為95℃,3MPa軟水，其焓為：由于1爐到2爐之間存在壓降，2此時(shí)，水蒸氣分壓：PH2O=P?yH2O=% =℃，遠(yuǎn)低于2變換爐進(jìn)口溫度205℃，水蒸氣在變換爐內(nèi)不會(huì)冷凝。H===出熱： ：240℃： 240℃下各氣體的摩爾熱容（kJ/kmol℃）組分COH2N2CO2CH4H2OCP混合氣體的平均摩爾熱容 2變換爐計(jì)算（1）2變換爐蒸汽用量計(jì)算 設(shè)2變換爐變換氣進(jìn)口溫度為205℃，出口溫度為230℃。 出1變換爐二段氣體組成組分COH2N2CO2CH4H2O合計(jì)%(干)100%（濕）100Nm3kmolkg B 熱量衡算 入熱Q入： 氣體由200℃升至280℃，反應(yīng)平均溫度為240℃。一、二段反應(yīng)的CO總量：CO=%= 剩余CO量：%=== 二段反應(yīng)的CO量： ==由： CO ＋ H2O → CO2 ＋ H2。（4）最適宜溫度曲線計(jì)算 各轉(zhuǎn)化率下的最適宜溫度由以下公式計(jì)算：式中：R=，選用的B302Q型催化劑：=10351kcarl/kmol。則：反應(yīng)平衡溫度為： 300℃時(shí)，查【文獻(xiàn)4】表1225得：平衡常數(shù)Kp= 如前，將a,c,d,CO, Kp及O2的值代入上式即： 解得：b= 即：汽/氣= 噴淋的冷凝水量：%－=== 進(jìn)二段蒸氣量：＋=== 進(jìn)1變換爐二段氣體組成組分COH2N2CO2CH4H2O合計(jì)% (干)—100%（濕）100Nm3kmolkg （2）出一段到進(jìn)二段之間熱量衡算 氣體由一段出口370℃降至二段進(jìn)口氣體溫度200℃，平均溫度為285℃。 出1變換爐一段變換氣組成組分COH2N2CO2CH4H2O合計(jì)% (干) —100%（濕） 100Nm3kmolkg B 熱量衡算： 入熱Q入：氣體由200℃升至370℃，反應(yīng)平均溫度為：285℃時(shí)，查【文獻(xiàn)4】表1224內(nèi)插法得：變換反應(yīng)的反應(yīng)熱H= CO變換放熱： 285℃時(shí)，查【文獻(xiàn)1】得：O2反應(yīng)生成氣態(tài)水的反應(yīng)熱H=O2燃燒放熱： 出熱Q出：查【文獻(xiàn)1】附表3，： （kJ/kmol℃）t/℃COH2N2CO2CH4H20200 300 內(nèi)插法得：285℃： 285℃下各氣體摩爾熱容（kJ/kmol℃）組分COH2N2CO2CH4H2O混合氣體平均摩爾熱容： 1變換爐二段計(jì)算（1）二段水蒸氣用量計(jì)算 設(shè)二段進(jìn)口氣體溫度為200℃，二段出口CO的轉(zhuǎn)化率為85%。由反應(yīng)式： 2H2 ＋ O2 → 2H2O ，同時(shí)生成。=19932kcarl/kmol列表計(jì)算各轉(zhuǎn)化率下的最適宜溫度： 各平衡轉(zhuǎn)化率下的最適宜溫度/K/K/℃典型計(jì)算以=，=：：。390℃時(shí)，查【文獻(xiàn)4】表1225得：如前，將a,c,d,CO及的值代入上式即： 解得： 即：汽/ 入爐蒸氣量：% 入爐氣體組成組分COH2N2CO2O2CH4H2O合計(jì)% (干)—100%（濕）100Nm3kmolkg（2）平衡曲線計(jì)算各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率由以下公式計(jì)算：式中： ，當(dāng)O2存在時(shí)： 根據(jù)催化劑溫度列表計(jì)算： 各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率/℃T/KKpUWV200220240260280300320340360380400420440典型計(jì)算以溫度t=200℃時(shí)為例t=200℃時(shí)，查【文獻(xiàn)4】表1225得：Kp=氣體中有O2存在時(shí)： ：。 CO反應(yīng)量：% 一段CO總反應(yīng)量：% 設(shè)氣體出一段催化劑層的溫度為370℃，平衡溫距取20℃。則： 反應(yīng)平衡溫度為：t230+30260℃。 進(jìn)工段氣體組成組分COH2N2CO2O2CH4合計(jì)%100Nm3kmolkg（4）壓力 進(jìn)工段半水煤氣壓力：(表壓) 進(jìn)工段水蒸氣壓力：（表壓）（5）溫度進(jìn)系統(tǒng)半水煤氣溫度：35℃ 進(jìn)1變換爐一、二段催化劑的氣體溫度均為200℃； 進(jìn)2變換爐的氣體溫度為205℃；出系統(tǒng)的變換氣中CO含量（干基）：%（1）干變換氣量及變換率計(jì)算 由于O2的存在，設(shè)氧與氫首先在1變換爐一段催化劑 內(nèi)完全燃燒生成水。（2）取每噸氨所消耗半水煤氣量為3380Nm3/t氨。另一方面，原料氣中較高的氧含量，將引起催化劑床層的強(qiáng)烈溫升，從而導(dǎo)致多耗蒸汽。催化劑床層段數(shù)設(shè)計(jì)合理，段間冷卻良好，也可以降低蒸氣消耗。使用低變催化劑，可降低蒸汽用量。水蒸氣用量是變換過程中最主要的消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對(duì)過程的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。增加水蒸氣用量，可以提高一氧化碳的平衡變換率，從而有利于降低CO殘余含量，加速變換反應(yīng)的進(jìn)行，為此，生產(chǎn)上均采用過量水蒸氣?！弧?；大型氨廠因原料及工藝的不同差別較大。當(dāng)然，加壓變換需用壓力較高的蒸汽，對(duì)設(shè)備材質(zhì)、耐腐蝕性要求也增高，設(shè)備投資增加。此外，加壓變換提高了過剩蒸汽的回收價(jià)值。且從壓縮氣體的動(dòng)力消耗上看，由于目前合成氨工藝采用高壓合成，而變換前干原料氣體積小于于變換氣體積，因此，先壓縮干原料氣后再進(jìn)行變換比常壓變換后再壓縮變換氣的能耗低。但從動(dòng)力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。 壓力對(duì)變換反應(yīng)的化學(xué)乎衡幾乎沒有影響，但提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。其溫度控制除了注意必須在催化劑活性溫度范圍內(nèi)操以外，為了防止冷凝液析出，還應(yīng)特別注意根據(jù)氣中水蒸氣含量以高于露點(diǎn)30℃來確定低變過程的溫度下限。變換反應(yīng)可用的冷激介質(zhì)有：冷原料氣、水蒸氣、及冷凝水。多段換熱式又可分為多段間接換熱式與多段直接換熱式兩種。對(duì)變換反應(yīng)，由于整個(gè)反應(yīng)過程變換率變化較大，反應(yīng)前期與后期單位催化劑床層體積所需排出的熱量相差甚遠(yuǎn)，故主要采用多段換熱式。為此，必須從催化劑床層中排出熱量，不斷降低反應(yīng)溫度，并且對(duì)排出的熱量加以合理利用。此外，反應(yīng)開始溫度應(yīng)高于所用型號(hào)催化劑的起始活性溫度20℃左右，隨著催化劑使用時(shí)間的增長(zhǎng)活性有所下降，操作溫度應(yīng)適當(dāng)提高。亦即要考慮如何從催化劑床層不斷移去適當(dāng)熱量的問題。而此時(shí)，由于遠(yuǎn)離平衡，即使離開最適宜溫度曲線在較低溫度下操作仍可有較高的反應(yīng)速度。但是實(shí)際生產(chǎn)中完全按最適宜溫度曲線操作是不現(xiàn)實(shí)的。 ?！愕淖儞Q爐可裝20的觸媒，每小時(shí)可處理6000～6500的半水煤氣。溫度為35℃、經(jīng)濾油器處理后的干半水煤氣分為兩股，一股進(jìn)入電加熱器被加熱待用，另一股進(jìn)入主換熱器與來自次換熱器的變換氣換熱，經(jīng)換熱后干半水煤氣溫度升至100℃出主換熱器，100℃的干半水煤氣出主換熱器后與300℃、（干半水煤氣變?yōu)闈癜胨簹猓┖鬁囟冗_(dá)到136℃后進(jìn)入次換熱器與來自2變換爐的變換氣換熱，經(jīng)換熱后濕半水煤氣溫度達(dá)到200℃進(jìn)入1變換爐一段，經(jīng)1變換爐一段反應(yīng)后變換氣溫度升至370℃出1變換爐一段進(jìn)入增濕器一段，通過增濕器一段降溫并補(bǔ)充蒸汽后進(jìn)入1變換爐二段催化劑床層，反應(yīng)后的氣體溫度達(dá)到280℃出1變換爐二段進(jìn)入增濕器二段，經(jīng)增濕器二段降溫并補(bǔ)充蒸汽后，變換氣溫度降到205℃進(jìn)入2變換爐催化劑床層，經(jīng)2變換爐反應(yīng)后變換氣溫度達(dá)到230℃出2變換爐進(jìn)入次換熱器與濕半水煤氣換熱，變換氣出2%，經(jīng)次換熱器換熱后變換氣溫度降到170℃進(jìn)入主換熱器與干半水煤氣換熱，經(jīng)主換熱器后變換氣溫度降到125℃出全低變系統(tǒng)。鑒于目前合成氨企業(yè)規(guī)模越大, 企業(yè)的管理水平、職工的操作水平也相應(yīng)提高, 故全低變工藝前景看好。從目前情況看, 中低低變換工藝與全低變工藝各有利弊: 中低低工藝實(shí)現(xiàn)了觸媒活性溫度的最佳組合, 創(chuàng)造出能耗、阻力及操作的理想效果。這種工藝比較節(jié)能，幾乎不需要外加蒸汽。全低變工藝一般為三段，為一個(gè)或兩個(gè)變換爐。這樣可防止觸媒老化，使用壽命縮短，系統(tǒng)阻力升高較快等問題的出現(xiàn)。但全低變工藝催化劑活性下降快，使用壽命相對(duì)較短。但其缺點(diǎn)是一段中變床層一旦出現(xiàn)偏流，易造成中變床層漏氧，致使第一低變催化劑失活。利用中變的高溫（一般為460～480℃）來提高反應(yīng)速度，脫除有毒雜質(zhì)；利用兩段低變來提高轉(zhuǎn)化率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。所以變換工序既是原料氣的凈化又是原料氣制造的繼續(xù)。所以在將原料氣送入氨合成塔前必須控制CO在原料氣中的含量，避免使氨合成催化劑中毒。變換反應(yīng)速度不僅與變換系統(tǒng)的壓力、溫度及各組分的濃度等因素有關(guān)，還與催化劑的性質(zhì)有關(guān)，其通式可表示為： (218) 或 (219) (2110)無論以何種原料制造半水煤氣，所得半水煤氣中都含有CO。（2）動(dòng)力學(xué)方程對(duì)連續(xù)系統(tǒng)的氣—固相反應(yīng)速度可表示為單位質(zhì)量催化劑上某一反應(yīng)產(chǎn)物或反應(yīng)物的摩爾流量的變化，對(duì)一氧化碳變換反應(yīng)速度則為： ( 217)式中，—反應(yīng)速度，kmol．Kg1．h1。比較普遍的說法是：水蒸