【正文】 5 kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2O的量為： = (標(biāo) )= 故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 CO2％ = =% H2％ = 1955 =% N2％ = =% CH4％ = =% H2O％ = =% Ar％ = =% 所以出中變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 1348． 47 Kmol 對出中變爐 二 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(jì)算得 Kp= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) Kp= 時(shí) t=432℃ 設(shè)平均溫距為 42℃，則出中變爐 二 段催化床層的變換氣溫度為： 432℃ 42℃ =390℃ ．中變爐二段催化床層的熱量衡算 ： 以知條件：進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 380℃ 出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 390℃ 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，使用公式 51及表 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 計(jì)算平均溫度為 658K時(shí)的生成焓。熱容的單位為 kJ/（ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 Ar A 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計(jì)算熱容 : 物質(zhì) A b/103 c/106 d/109 CH4 計(jì)算結(jié)果： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 390380） = 熱損失： Q3=Q1Q2= ．中變二段催化劑操作線計(jì)算 由中變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì) 算結(jié)果知： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 中變爐入口氣體溫度 380℃ 中變爐出口氣體溫度 390℃ 中變爐入口 CO變換率 60% 中變爐出口 CO變換率 % 所以中變爐的操作線如圖： 0378 380 382 384 386 388 390 392T(`C)Xp 0102030405060708090360 370 380 390 400 410 420 430T(`C)Xp 中變換爐物料量平衡表 組分 進(jìn)中變換爐的物料量 /m3 出一段催化床層的物料量 /m3 CO2 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計(jì) 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 /m3 CO2 CO H2 1955 N2 Ar CH4 H2O 合計(jì) 中變換爐一段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 中變換爐二段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 進(jìn)低變爐的濕組分： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 1348． 47 Kmol 進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 kmol 低變爐的物料衡算 要將 CO％降到 ％（濕基）以下，則 CO 的實(shí)際變換率為： X p ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=％ 取 X p=90% 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： 90％ =(標(biāo) )= 出低溫變換爐 CO的量： = M3(標(biāo) )= kmol 出低溫變換爐 H2的量： 1955+=(標(biāo) )= kmol 出低溫變換爐 H2O的量： =(標(biāo) )= 出低溫變換爐 CO2的量 : +=(標(biāo) )= kmol 出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干） =+++++=(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％ = =% 同理得： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 CO2％ = =% H2％ ==% N2％ = =% CH4％ = =% Ar％ = =% 出低變爐的干組分： 組 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（濕 ） =+=(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％ = =% Ar％ = =% H2O％ = =% 所以出低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計(jì) 含 100 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 量％ M3(標(biāo) ) 7 kmol 對出低 變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： Kp=（ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） 計(jì)算得 Kp= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng) Kp= 時(shí) t=235℃ 設(shè)平均溫距為 35℃，則出中變爐段催化床層的變換氣溫度為： t=235－ 35=200℃ 低變爐的熱量衡算 以知條件：進(jìn)低變爐催化床層的變換氣溫度為： 180 出低變爐催化床層的變換氣溫度為： 200℃ 變換氣反應(yīng)放熱 Q1: 在 200℃時(shí)， T=473K， 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，使用公式 51 及表 計(jì)算平均溫度為 476K 時(shí)的生成焓。熱容的單位為 kJ/（ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 Ar 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+bT+CT2+dT3來計(jì)算熱容 表 物質(zhì) A b/103 c/106 b/109 CH4 計(jì)算結(jié)果： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 200180） = 熱損失 ： Q3=Q1Q2 == kJ 低變換爐物料量平衡表 組分 進(jìn)低溫變換爐的物料量 /m3 出低溫變換爐的物料量 /m3 CO2 CO H2 1955 N2 Ar CH4 H2O 合計(jì) 低變換爐熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 低變催化劑操作線計(jì)算 有低變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 低變爐入口氣體溫度 180℃ 低變爐出口氣體溫度 200℃ 低變爐入口 CO變換率 % 低變爐出口 CO變換率 % 175 180 185 190 195 200 205T(`C)Xp 低變爐催化劑平衡曲線 根據(jù)公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D） W=KP1 其中 A、 B、 C、 D分別代表 CO、 H2O、 CO2及 H2的起始濃度 t 160 180 200 220 240 260 T 433 453 473 493 513 533 Xp 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 t 280 T 553 Xp 低變爐催化劑平衡曲線如下： 01160 180 200 220 240 260 280 300T(`C)Xp 13. 最佳溫度曲線的計(jì)算 由于低變爐選用 B