【正文】 2 1 5 kmol/h(3) 三段物料衡算三段入爐蒸汽比計算表210 三段入爐干氣組分組分CO2COH2N2CH4合計%100Nm3/h1 2 4 kmol/h%，則三段催化劑層中CO反應(yīng)量為：CO==(每100Nm3干半水煤氣)CO總反應(yīng)量==氣體出三段催化劑層溫度為380℃，平衡溫距取18℃，出口氣平衡溫度為398℃，查表得398℃時的Kp=。表211 三段入爐濕氣組分組分CO2COH2N2CH4H2O合計%100Nm3/h1 2 1 5 kmol/h 平衡變換率計算以及出三段催化劑層氣體的計算設(shè)380℃時，CO平衡變換率為Xp，380℃時，Kp= (28)a=，b=，c=，d=將a，b，c，d代入(18)=解得Xp=%實際變換率為平衡變換率的百分?jǐn)?shù)：出三段催化劑層干氣體量為：4 +=4 其中：CO2=1 +=1 CO=()= H2=2 +=2 出三段催化劑層干氣組分如表212。表213 出三段催化劑層濕氣組分組分CO2COH2N2CH4H2O合計%100Nm3/h1 2 1 5 kmol/h(4) 中間冷凝過程物料衡算此過程采用冷凝水來對變換氣進(jìn)行降溫已知條件：變換氣的流量： 冷凝水流量：Xkg變換氣溫度：450℃冷凝水進(jìn)口溫度：20℃進(jìn)二段催化劑床層溫度：350℃操作壓力：1 750kPa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=，冷凝水升溫至450℃，所以設(shè)在450℃，1 750kPa時的焓值為h，對溫度進(jìn)行內(nèi)查法：1 600kPa時：得h=3 1 800kPa時：得h=在對壓力使用內(nèi)查法得，在350℃，1 750kPa時的焓值為：得h=Q1=X(3 )變換氣吸收熱量Q3表214 部分組分的Cp物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31由公式： Cpm= (29)得，Cpm=31+++++=(kmol℃),則Q3為：Q3=130=997 熱損失：Q4合計： Q4+997 熱平衡：Q1+Q2=Q3+Q4解得：Q4=317 在一段變換反應(yīng)中，應(yīng)向系統(tǒng)補充317 中變爐二段CO變換反應(yīng)熱量衡算計算CO變換反應(yīng)二段催化劑層熱量損失(1) 入熱計算：CO反應(yīng)放熱Q1氣體由350℃升至400℃，反應(yīng)取平均溫度375℃，算得在375℃時反應(yīng)熱為：HR=9 Q1=()38 =342 補充熱量：Q2合計：342 +Q2(1) 出熱計算：氣體溫度升高吸收熱量：Q3氣體溫度升高50℃，氣體在平均溫度375℃(kmol℃),則Q3為：Q3=30=275 熱平衡：Q1+Q2=Q3解得：Q2=150 在三段變換反應(yīng)中，應(yīng)向系統(tǒng)補充150 [10]。表215 物質(zhì)的比熱容物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/102c/105—CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計算如表216。表217 部分物質(zhì)的熱容物質(zhì)COH2H2OCO2N2CH4Cp故，Cpm==+++++=(kmolT)所以，Q2=X(20+273)=9 同理可知， kJ/(kmolT)所以得，Q4=X(150+273)=14 熱損失Q5：(Q1+Q2)根據(jù)熱平衡：(Q1+Q2)=Q3+Q4得，X=[11] 物料衡算熱量衡算一覽表在以上的計算過程中，均以1t/h為計算標(biāo)準(zhǔn)，,，最終數(shù)據(jù)如下表[12]。設(shè)備選型首先應(yīng)考慮的是生產(chǎn)上適用；其次是技術(shù)上先進(jìn)，在生產(chǎn)適用的基礎(chǔ)上力求做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理?；ぴO(shè)備進(jìn)行設(shè)備選型時要注意以下經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的滿足：即單位生產(chǎn)能力高、消耗系數(shù)低、設(shè)備價格便宜、制造容易、結(jié)構(gòu)簡單、用材不多、管理費用低的設(shè)備。(1)化工設(shè)備及構(gòu)件應(yīng)滿足強(qiáng)度與剛性的要求，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。一般化工設(shè)備的使用年限為10～20年，而高壓設(shè)備為20～25年。要根據(jù)有毒物質(zhì)在車間的允許濃度來確定設(shè)備的密封性。同時又要盡量考慮制造方便，減少加工量，力求降低設(shè)備的制造成本。 m3 / M3(標(biāo))V0—通過觸媒的氣體體積，M3(標(biāo))/h標(biāo)準(zhǔn)接觸時間的計算公式： (32)式中 W=Kp1u=Kp(A+B)+(C+D)V=KPABCDq=Kp——反應(yīng)平衡常數(shù)k1——反應(yīng)速度常數(shù)n——變換的CO的量，分子分率其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度(2) 第一段床層觸媒用量計算計算基準(zhǔn)：已知條件：進(jìn)中變爐一段催化劑的氣體溫度：320℃出中變爐一段催化劑的氣體溫度：450℃平均溫度:℃在380℃時反應(yīng)速度常數(shù)k1=4650，k1=4 650=13 020進(jìn)第一段床層變換氣進(jìn)氣量：V0=3 =37 Nm3/h出一段床層變換氣中：CO%=% n=%%=%在385℃時，Kp=則：W== u=( 29+ 54)+( 28+ 39) =+ 67 = V= 29 28 39 = 657 5 = 0由公式： 得:=由公式(32)得：t0= 382 069= 382 069= 443h所以，V01=t0V0= 4433 =故：V0== m3(3) 第二段床層觸媒用量計算已知條件：進(jìn)中變爐二段催化劑的氣體溫度：350℃出中變爐二段催化劑的氣體溫度：400℃平均溫度:℃在375℃時反應(yīng)速度常數(shù)k2=4610，k2=4 610=129 008n=%%=%在375℃時，Kp=則：W== u=( 42+ 57)+( 34+ 29) = 8+ 63 = 43V= 42 34 29 =0..2904 57 = 92由公式： 得:=由公式(32)得：t0== 291 21= 291 21= 31h所以，V02=T0V0= 3137 =故：V0==(4) 第三段床層觸媒用量計算已知條件：進(jìn)中變爐三段催化劑的氣體溫度：350℃出中變爐三段催化劑的氣體溫度：380℃平均溫度℃在365℃時反應(yīng)速度常數(shù)k2=3842，k2=3 842=10 n=%%=%在365℃時，Kp=則：W== U=( 11+ 85)+( 66+ 99) =+ =V= 11 66 99 = = 7由公式：得：q=由公式(32)得：t0=0. 000 288 337 = 23h所以，V03=T0V0= 2337 =故：V0==中變爐觸媒總用量：V=V01+V02+V03=++=中變爐催化劑選用B113型堆密度：觸媒堆重量：Nm3/h空速：干氣/(hh)r—氣體在操作條件下的重度，kg/m3dp—顆粒直徑，mL—觸媒床高度，mE—+Dt—觸媒層直徑，mdp=(6Vp)/Sp Vp=Sp=2+=104+104=104則，dp=6107/104=103所以,E=+247。h)第一段催化劑床層高度：L1第一段催化劑床層阻力降：=表31 氣體在0℃，組分O2N2H2COCO2CH4密度kg/m3則，氣體的平均密度為：m=yiim=%+%+%+%+%+% =對密度進(jìn)行校核，得在320℃，1 750kPa時密度為：==查《化工原理》得，H2O組分在320℃，對水的密度進(jìn)行校核，得：kg/m3所以氣體密度為：+ 54=m/s取氣體流速為50m/s，則：m(7) 中變爐出口直徑計算出口時，氣體密度： =%+ 9%+%+% =對密度進(jìn)行校核，得在365℃，855kPa時的密度為：校核得，水在365℃，855kPa時的密度為：=總密度：=+= kg/m3取氣體流速為50m/s,則：[16] 換熱器設(shè)備計算已知條件：水進(jìn)換熱器溫度：20℃水出換熱器溫度：150℃變換氣進(jìn)換熱器溫度：400℃變換氣出換熱器溫度：350℃(1) 傳熱面積計算從前面換熱器的計算可知，水吸收的熱量為:Q4Q2則，實際傳熱量為Q