【正文】 設(shè)冷淋水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷淋水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 1750kp 熱量計(jì)算： 冷淋水吸熱 Q1：據(jù)冷 淋水的進(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 T/k P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷淋 水 要升溫到 353℃，所以設(shè)在 353℃ , 615K,1750kp 時(shí)的焓值為 h 對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時(shí) 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時(shí) (626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg 對(duì)壓力用內(nèi)差法得 353℃， 615K， 1750Kp 時(shí)的焓值 h為： (17501600)/()=(18001750)/() h= kJ/kg Q1= X( ) 變換氣吸熱 Q2 根據(jù)表 和表 的 計(jì)算方法得： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 Cpm= ∑ Yi*Cp = kJ/（ kmol.℃ ） Q2=**(415353) 取熱損失為 Q2 根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X=== M3(標(biāo) ) 所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分： 水的量為： += M3(標(biāo) ) 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1113.9 7105.61 koml 2 9．中變爐二段催化床層的物料衡算： 設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為 （總轉(zhuǎn)化率） 所以在二段 CO 的變化量 *= M3(標(biāo) ) 在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的 CO的量為： 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 （ ） =(標(biāo) )= 出中變爐二段催化床層的 CO 的量為： = M3(標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 CO2的量為： += (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2的量為： += (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余 的 H2O 的量為： = (標(biāo) ) 所以出中變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1113.9 7105.6 koml 2 對(duì)出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=409℃ 設(shè) 平均溫距為 48℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 409℃ 44℃ =365℃ ： 以知條件： 進(jìn) 變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 353℃ 出 變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 365℃ 變換氣反應(yīng)放熱 Q1: 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，平均溫度為： 632K,計(jì)算結(jié)果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= （ ∑ Hi） 始 － （∑ Hi） 末 = kJ/kg 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 Q1=*= kJ/kg 氣體吸熱 Q2： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來(lái)計(jì)算熱 容。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與 設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為E1=10000 千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 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； I — 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)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表 分子式 a0 a1 a2 a3 a4 O2 10 3 10 – 3 10 – 7 10 – 10 H2 10 3 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+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 在 415℃時(shí) T=415+273=683K 查表可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表： 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= (∑ Hi)始 （ ∑ Hi） 末 =+++ =Q1= （ ） = O2 + 2H2= 2 H2O （ 2） Q2=△ H2=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 = 氣體共放熱： Q=Q1+Q2=+= 氣體吸熱 Q3： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來(lái)計(jì)算熱容。以 P=1atm， 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 式中 HT —— 氣 體 在 ?T298在 TK 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 —— 氣體的等壓比熱容， 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+A 2T 2+A3T 3+?? 式中 A0、 A A A3?? 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+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 式中常數(shù) a0、 a a a a4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=A3/4 a0=△H 0298－ － 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。 因?yàn)檫M(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計(jì) 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 假使 O2與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO的量為： 60％ =(標(biāo) )= 出 一段催化床層的 CO的量為： = M3(標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2的量為 : + = M3(標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后 剩余的 CO2的量為： 474+= M3(標(biāo) )= 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 剩余的 H2O的量為： +2 =(標(biāo) )= 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計(jì)算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量（％）： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對(duì)出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=445℃ 設(shè) 平均溫距為 30℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445℃ 30℃ =415℃ 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 4． 中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐溫度： 335℃ 出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 415℃ 反應(yīng)放熱 Q：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 （ 11） O2 + 2H2= 2 H2O （ 12） 這 2 個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。 中變的平均溫距為 397℃ 365℃ =32℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 進(jìn)中變爐干氣壓力 中P =. 2．水汽比的確定 ： 黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來(lái)的原料氣，所以取 H2O/CO= 故 V（水） =(標(biāo) ) n(水 )= 因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 中變爐 CO的實(shí)際變換率的求?。? 假定濕轉(zhuǎn)化氣為 100mol，其中 CO基含量為 ％，要求變換氣中 CO含量為 2％，故根據(jù)變換反應(yīng)： CO+H2O＝ H2+CO2， 則 CO的實(shí)際變換率為： X ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 1