【正文】 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如圖22所示。進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分如表26所示。假使O2 與H2 完全反應(yīng)，O2 完全反應(yīng)掉。表27 出中變爐一段的變換氣干組分列表組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100m3(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％==％所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分如表28所示：表 28出中變爐一段的變換氣濕氣組分列表組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100m3(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。查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng)Kp==445 ℃。 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 ℃。在變化氣中含有CO，H2O，O2，H2 這4種物質(zhì)會發(fā)生以下2種反應(yīng)：CO +H2O=CO2+H2 （5）O2 + 2H2= 2 H2O （6）這2個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。以P=1 atm，t=25 ℃為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計算式為：HT=△H0298=Cpdt (27)式中： HT —— 氣體在在T K的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol( kJ/kmol)。T——絕對溫度，K。氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗式[8]：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+……注：式中A0、AAA3……氣體的特性常數(shù)。采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計算，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)時為放熱，為負(fù)數(shù)時系統(tǒng)為吸熱，單位：kcal.。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。表29氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表物質(zhì) a0 a1 a2 a3 a4O2103 10–310–710–10H210310－410－710－11H2O10410－310－710－11N210310－410－710－11CO10410－410－910－11CO210－310－6計算O2的基準(zhǔn)焓：根據(jù)基準(zhǔn)焓的計算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 (211)在415 ℃時T=415+273=683 K。表 210 變換氣各組分的基準(zhǔn)焓組分O2H2H2OCOCO2Ht（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/kmolQ1=（）= kJO2 + 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)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105表 212 甲烷的的a、b、c、d常數(shù)列表物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容。表213 變換氣各組分在683K時熱熔列表物質(zhì)COCO2H2H2ON2CH4Cp31所以平均熱容：Cpm=∑YiCp= 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%）。 中變爐出口氣體溫度415 ℃。 中變爐出口CO變換率60%。以知條件：變換氣的流量： koml。變換氣的溫度：415 ℃。 進(jìn)二段催化床層的溫度：353 ℃。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。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時的焓值為H。Q1= X( )。Q2=(415353)= kJ。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CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標(biāo))kmol 中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算已知條件：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。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。表218 變換氣出中變爐濕氣組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100m3(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：根據(jù)：Kp= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計算得Kp=查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng)Kp==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 ℃。 出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365 ℃。計算結(jié)果如表219所示。表 220 各組分的a、b、c常數(shù)列表物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容。表222 變換氣各組分在623K時的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp 所以得：Cpm=∑YiCp= kJ/（）故：Q2=（365353）= kJ熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 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/m3CO2COH2N2O2——————————CH4H2O合計表 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/m3CO2COH2N2CH4H2O合計表 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/kJCO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 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。表229 變換氣出低變爐時的干氣組分及含量組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100m3(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％==% H2％==% N2％==% CH4％==% H2O％==%所以出低變爐的濕組分如表230所示。查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng)Kp==223 ℃。 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203 ℃。計算變換氣中各組分的生成焓原理與計算一段床層一樣，計算結(jié)果如表231所示。已知CO，H2，H2O，CO2，N2等氣體的熱熔可用公式：Cp=a+b+cT2來計算。表234 變換氣各組分的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以得：Cpm=∑YiCp= kJ/（）故：Q2=（203181）= kJ熱損失 ： Q3=Q1Q2== kJ。表236 低變爐中CO在不同溫度下的轉(zhuǎn)換率t160 180 200 220 240260 280T4334