1、第一章物料與熱量衡算已知條件：表1-1原料氣各組分的含量Table 1-1 of the feed gas components inCOCOOCH含量，%9.6011.4255.7122.560.330.38100計(jì)算基準(zhǔn)：1噸氨計(jì)算生產(chǎn)1噸氨需要的變換氣量：（1000/17） X 22.4/ （2X22.56） =2920.31 m3（標(biāo)）3.因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物料可能會有損失，因此變換氣量取 2962.5 m （標(biāo)）年產(chǎn)12萬噸合成氨生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn) 330天）：日生產(chǎn)量：120000/330=363.6T/d= 1 5.16T/h要求出中變爐的變換氣干組分中 C®小于2%

2、。進(jìn)中變爐的變換氣干組分：表1 2進(jìn)中變爐的變換氣干組分Table 1-2 into the furnace in the variable component of the transformation air-dryCOCONOCH合計(jì)含量，%9.611.4255.7122.560.330.38100m（標(biāo)）284.44338.321650.41668.349.7811.262962.50kmol12.69615.10373.67929.8370.4360.503132.25假設(shè)進(jìn)中變爐的變換氣溫度為330C ,取變化氣出爐與入爐的溫差為 35C,出爐的變 換氣溫度為365 C 0進(jìn)中變爐

3、干氣壓力為1.75Mpa.1.1 水氣比的確定：考慮到是原煤轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取 HO/CO=3.5 故 V（水）=3.5 V k=1184.113r（標(biāo)），n（水）=52.862kmol因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分如下:表1 3進(jìn)中變爐的變換氣濕組分Table 1-3 into the furnace of transformation in the variable component wet gasCOCOHNQCHH2O含量%6.868.1639.8016.120.240.2728.56100m（標(biāo)）284.42338.321650.42668.349.7711.261184.1241

4、46.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.121.2 中變爐CO勺實(shí)際變換率的求取：假定濕轉(zhuǎn)化氣為100mo1,其中COS基含量為8.16%,要求變換氣中C*量為2%, 故根據(jù)變換反應(yīng)：co+n h+co,則CO的實(shí)際變換率公式為：K=XX1X100%式中X、為分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率(濕基)所以：Xp= 74%則反應(yīng)掉的CO的量為：8.16X74% =6.04則反應(yīng)后的各組分的量分別為：降0% =28.56 %-6.04 %+0.48 %=23%CO =8.16% -6.04 %=2.12%降% =39.8 %+6.04 %-0.4

5、8 %=45.36 %CO % =6.86 %+6.04 %=12.9%中變爐出口的平衡常數(shù)：K= (H%XCO%) / (H2O% XC3) =12查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊 可知(=12時(shí)溫度為397 C o中變的平均溫距為 397C -365 C =32C根據(jù)合成氨工藝與節(jié)能 可知中溫變換的平均溫距為：30c到50C,中變的平均 溫距合理，故取的 HO/CO可用。1.3 中變爐催化劑平衡曲線根據(jù)HO/CO=3.5,與文獻(xiàn)小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊上的公式Xp= X2/X1XI00%V=K (AB-CDU=K (A+日 + (C+DW=K1其中A、B、C、D分別代表CO H2O CO

6、及H2的起始濃度計(jì)算結(jié)果列于下表：表1 4 t-T-X p關(guān)系Table 1-4 t-T-Xp relationst300320340360380400T573593613633653673X0.90120.87370.84240.80740.76870.7058表15 t-T-Xp關(guān)系Table 1-5 t-T-Xp relationst420440460T693713733%0.68590.64160.59631.4 最佳溫度曲線的計(jì)算由于中變爐選用G型催化劑，最適宜溫度曲線由式進(jìn)行計(jì)算。查3000噸合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算G型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為:E1=10000KJ/Kmol,

7、E2=19000 KJ/Kmol。最適宜溫度計(jì)算結(jié)果如下：表16 t-T-X p組成Table 1-6 t-T-Xp compositionX)0.90120.87370.84240.80740.76870.7058T526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5表 1 7 t-T-X pTable 1-7 t-T-Xp compositionX)0.670.640.610.580.550.52T638.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6表18 t-T-X

8、 p組成Table 1-8 t-T-Xp compositionXp0.490.45T702.6716.6t429.6443.61.5中變爐一段催化床層的物料衡算已知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣的溫度為 330c進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分如下：表1-9進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分Table 1-9 into the furnace section of catalytic change in the bed of wet gas componentstransform組分COCO代QCHHO合計(jì)含量%6.868.1639.816.120.270.2428.56100m3（標(biāo)

9、）284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.121.5.1中變爐一段催化床層的物料衡算假設(shè)CO一段催化床層的實(shí)際變換率為 60%假使Q與代完全反應(yīng)，Q完全反應(yīng)掉故在一段催化床層反應(yīng)掉的CO的量為：60% X 338.318=202.9908 m3（標(biāo)） =9.062kmol出一段催化床層的CO的量為：338.318-202.9908=135.3272 m 3（標(biāo)）=6.0414kmol故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的H2 的量為：1650.409+202.9908

10、-2 乂 9.776=1833.8478 m3（標(biāo)）=81.868kmol故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的CO2 的量為：284.4+202.9908=487.3908 m3 （ 標(biāo) ）=21.758kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258 =3136.1638 m3 （ 標(biāo) ）故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分中CO的含量：CO=4.31%同理得：CO2 =15.54%H2 =58.47%CO2 =15.54%N2=21.13%CH4 =0.35%所以出中變爐一段催化床層的變換氣干組分如下

11、：12表1-10出中變爐一段催化床層的變換氣干組分Table 1-10 to change in the furnace section of the catalytic bed transform air-drycomponents組分COCOH2NlCH含量%15.544.3158.4721.130.35100m3（標(biāo)）487.39135.331833.84668.3411.253136.16kmol21.766.0481.8729.830.50140.01剩余的HO的量為：1184.113-202.9908+2 X 9.776=1000.6742 m3 （標(biāo)）=44.6729kmol故出

12、中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的體積：V總（濕）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258+1000.6742=4136.838 m3 （標(biāo)）=184.68kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中代0的含量HO% =24.19%故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中CO的含量CO% =11.78%同理可得：5 =3.27%代% =44.33 % =16.16%CH% =0.27%所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）如下：表111出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）Table 1-11 to change in the fur

13、nace section of the catalytic bed transform components in wet gas （%）組分COCOH2CHH2O合計(jì)含量%11.783.2744.3316.160.2724.19100m3（標(biāo)）487.39135.331833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.681.5.2 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()如下：表112出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量()Table 1-12 to

14、 change in the furnace section of the catalytic bed transform components in wet gas (%)COCOH2NCHH2O含量%11.783.2744.3316.160.2724.19100m(標(biāo))487.39135.321833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.68根據(jù)：K>= (H%XCO%) /(HO% XC3)計(jì)算得K=6.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)(=6.6時(shí)t=445 C設(shè)平均溫距為35C,則出中變

15、爐一段催化床層的變換氣溫度為：445 C -35 C=415 C1.5.3 中變爐一段催化床層的熱量衡算已知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣溫度：330c出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415C可知反應(yīng)放熱Q在變化氣中含有CQ代0, Q,代這4種物質(zhì)會發(fā)生以下2種反應(yīng):CO +H2O=C2+H2(1)02 + 2H 2= 2 H 2O(2)這2個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。根據(jù)小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊可知為簡化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)始(或稱生成始)計(jì)算。以P=1atm, t=25C為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)始計(jì)算式為：Hr=AH(298k) =Cpdt式中：H一氣體在 Tk的統(tǒng)一基準(zhǔn)始，kcal/k

16、mol(4.1868kJ/kmol) ；出98卜)一該氣體在25c下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱,kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；T絕對溫度，K；G一氣體的等壓比熱容，kcal/ (kmol. C) 4.1868kJ/ (kmol. C)氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式：G=A+A 義 T+A 義 T2+AfeX T3+式中A、A、A、A氣體的特性常數(shù)將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)始的計(jì)算通式：H =ao+ai x T+a x T 2+a3 x T 3+a4 x T4式中常數(shù)及、ai、a2、a3、a4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為:ai =Ao, a 2=A/2, a 3=A/4, a

17、4=A/4a0=AHI(298k)298.16ai 298.162 Xa2 298.163 Xa3 298.164 x a4采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)始進(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)算出過程始態(tài)和末態(tài)始差，即得出該過程的總熱效果。 H二(:EZniXH)始一(ZZnXH)末式中： H 一過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱，單位：kcal ;(4.1868kJ);ni 一始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol;H 一始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下；H 一氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)始，kcal/kmol , (4.1868kJ/kmol )現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于下表中：表1

18、-13氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)始Table 1-13 gas benchmarking enthalpy分子式a0a1a2a3a4O1.90318 X 1035.80298H2-2.11244 X 1037.20974H2O-6.0036 X 1047.11092N2-1.97673 X 1036.45903CO-2.83637 X 1046.26627CO-96377.888676.396計(jì)算。的基準(zhǔn)始：2.15675 X 10 3-5.558381.293195.181648.98694X 10 4X 10 34X 10 44X 10 4_ 35.05 X 10 3-7.40499X10 74.845

19、9 X 10 71.285062.032965.04519X 10 7X 10 7X 10 9-1.135 X 10 6. _ _ _ _ _ _ _ 101.08808 x 10-8.18957-5.78039-7.65632-4.142720.0010 T10 T10 T10 T根據(jù)基準(zhǔn)始的計(jì)算通式：H=a°+a1 x T+a2 x T2+a3 x T3+a4 x T4在 415 c 時(shí),T=415+273=683K將Q的常數(shù)帶入上式得：H=1.90318 X 103+5.80298 乂 683+2.15675 X 10 3 X 6832- 7.40499 X 10 7 X 68

20、33+1.08808X 10 10 X 6834=6699.742kcal/kmo=28050.412 kJ/kmol同理根據(jù)以上方法計(jì)算可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)始如下：表1-14變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)始Table 1-14 gas transform the various components of the benchmark enthalpyOH2H2OCOCOH(kcal/kmol)6699.7422724.221-54502.665-23634.754-89956.678Ht (kJ/kmol )28050.41211405.772-228191.759-98953.987-376

21、630.620放熱：CO +H2O=C2+H2(1) H= (EHi)始(E Hi)末=-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759=-38079.10484kJ/kmolQ= 9.062 X (-38079.10484 )=-345072.8481kJQ + 2H 2= 2 H2O(2)Q2=AH2= (EniX Hi)始一(ZZniXH)末=-221354.6179kJ氣體反應(yīng)共放熱：Q=Q+Q=345072.8481+221354.6179=566427.4659kJ氣體吸熱Q根據(jù)物理化學(xué)教程知 CO, H2, H 2O, CQ, N 2 ,可用公

22、式：CP=a+b+CT來計(jì)算熱容, 熱容的單位為kJ/ (kmol.K)表1-15 a-b-c關(guān)系Table 1-15 a-b-c relations物質(zhì)COH2H2OCONa28.4127.283044.1427.87-3b/104.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.530.63CH可用公式：G=a+b+CT+dT3來計(jì)算熱容汨得：物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4kmol.K）kmol.K）kmol.K）Cp CO） =31 kJ/ （kmol.K） Cp（ CO）2=48.2 kJ/Cp（H2） =29.6 kJ/ （kmol.K

23、 ）C p（ H2O） =37.2 kJ/Cp（N2） =30.7 kJ/ （kmol.K ）C p（ CH）4 =56.1 kJ/所以平均熱容：Cpn=EYi x Cp=34.06 KJ/ （kmol.K） 所以氣體吸熱 Q=34.06X 184.68 X（415-330）=534667.068kJ假設(shè)熱損失Q4 （一般熱損失都小于總熱量的10%）根據(jù)熱量平衡的：Q = Q3 +Q4Q4=31760.979 kJ1.6 中變一段催化劑操作線的計(jì)算由中變一段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知：中變爐入口氣體溫度：T入口 = 330c中變爐出口氣體溫度：T出口 = 415C中變爐入口 CO變換率：K

24、入口 = 0中變爐出口 CO$換率：K出口 = 60%1.7 中間冷凝過程的物料和熱量計(jì)算：此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。已知條件：變換氣的流量： 184.68koml設(shè)冷凝水的流量： X kg變換氣的溫度：415冷凝水的進(jìn)口溫度：20進(jìn)二段催化床層的溫度：353 c操作壓力：1750kp冷凝水吸熱Q,據(jù)冷凝水的進(jìn)口溫度20c查化工熱力學(xué)可知 hi =83.96kJ/kg 根據(jù)化工熱力學(xué)可知：表1-16 T-P-H關(guān)系Table 1-16 T-P-H relationsT/KP/kPaH/(kJ/kg)60016003693.260018003691.770016003919.7700180

25、03918.5冷凝水要升溫到353C ,所以設(shè)在353C , 626K,1750kp時(shí)的始值為h對溫度進(jìn)行內(nèi)查法：1600kPa時(shí)(626-600 )/(h-3693.2)=(700-626)/(3919.7-h)h=3752.09 kJ/kg1800kPa時(shí)(626-600) / (h- 3691.7 ) =(700-626)/( 3918.5-h)h=3750.668 kJ/kg再對壓力使用內(nèi)查法得在353c , 626K,1750kp時(shí)的始值h為：(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h)h=3751.0235 kJ/kgQ= X(

26、3813.244875-83.96) 已知變換氣吸熱QCP(co)=31 kJ/ (kmol.K) , C p(c©=48.2 kJ/ (kmol.K) , C p(H2)=29.6 kJ/ (kmol.K), C p(H2o)=37.2 kJ/ (kmol.K) , C p(N2)=30.7 kJ/ (kmol.K) , C p(cH4)=56.1 kJ/ (kmol.K) 所以 Gm= Z2YXG =33.92 kJ/ (kmol.K)Q=184.68 X 33.92 乂 (415-353)=388389.4272 kJ取熱損失為0.04 Q2根據(jù)熱量平衡：0.96 Q 2 =

27、X(3751.0235-83.96)X = 101.676kg=5.649 kmol=126.53 m3（標(biāo)）水的量為：126.53+1000.6742=1127.2042 m 3 （標(biāo)）=50.3261 kmol所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分如下：表1-17進(jìn)二段催化床層的變換氣組分Table 1-17 Sec catalytic bed into the gas component transformCO 2COH 2N2CH 4H 2。含量%11.4323.1743.0115.680.2626.44100m （標(biāo)）487.39135.321833.84668.3411.261127.20

28、4263.37kmol21.766.04181.8729.830.5050.32190.331.8 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下:表1-18進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣干組分組COCOH2N，CH含量%15.544.3158.4721.130.35100m（標(biāo)）487.39135.321833.84668.3411.263136.16kmol21.766.0481.8729.830.50140.011.8.1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 0.74 （總轉(zhuǎn)化率）所以在CO的變化量為：338.318 X 0.

29、74=250.35532 m3 （標(biāo)）=11.7658 kmol在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的 CO的量為：135.3272- （338.318-250.35532 ） =47.36452 m3 （標(biāo)）=2.11 kmol出中變爐二段催化床層的CO的量為：135.3272-47.36452=87.96268 m 3 （標(biāo)）=3.9269 kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO的量為：487.3908+47.364528= 534.75532 m 3 （標(biāo)）=23.873 kmol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的代的量為：1833.8478+47.36452= 1881.21232 m 3 （標(biāo)）

30、=83.9826 kmol所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量：V總（干）=87.96268+534.75532+1881.21232+668.34+11.258=3183.528 m3 （標(biāo)）=142.1218 kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分如下：表1-19出中變爐二段催化床層的變換氣干組分Table 1-19 to change in the furnace Sec catalytic bed of the dry gas component transform組分COCOH2NCH合計(jì)含量%16.792.7659.0920.990.35100m （標(biāo)）534.7587.9

31、61881.21668.3411.263183.53kmol23.873.9383.9829.830.50142.12故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的凡O的量為：1127.2042-47.36452= 1079.84 m 3 （標(biāo)）=48.207 kmol故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中CO的含量：C® =2.06%同理得：CO% = 12.54%H 2% =44.125%HO% = 25.33%所以出中變爐的濕組分如下:表1-20出中變爐的濕組分Table 1-20 to change furnace in the wet components組分COCOH2NCHHO含量%12

32、.542.0644.12515.670.2625.33100m3 (標(biāo))534.7687.961881.21668.3411.261079.844263.32kmol23.873.9383.9829.830.5048.21190.33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= (H%XCO%) / (HO% XC3)計(jì)算得&=10.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng) ( =10.6時(shí)，t=409C設(shè)平均溫距為44C,則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409 c -44 C =365 C1.8.2中變爐二段催化床層的熱量衡算：已知條件：進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣溫度

33、為：353出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365C變換氣反應(yīng)放熱Q,計(jì)算變換氣中各組分的生成始，原理與計(jì)算一段床層一樣，使用 公式計(jì)算平均溫度為632K時(shí)的生成始。計(jì)算結(jié)果如下：表1-21中變爐二段催化床層平均溫度為 632K時(shí)各組分的生成始Table 1-21 changed in the furnace Sec catalytic bed with an average temperature of 632 K, each component of the formation enthalpy組分HOCOCOHt (kcal/kmol )2373.4-54949.05-24005.56

34、5-90536.421Ht (kJ/kmol )9936.95-230060.69-100506.5-379057.89放熱：CO +H2O=CCH(D H=(二H)始一(E Hi)末=-38553.74846 kJ/kg所以得：Q1=2.11 X 38553.74846=81348.40955 kJ/kg氣體吸熱Q,根據(jù)物理化學(xué)教程知 CO,凡，H2O, CO, N ,可用公式：G=a+b+cT 來計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/ (kmol.K)表1-22各組分a-b-c關(guān)系Table 1-22 each component a-b-c relations物質(zhì)COHH2OCONa28.4127

35、.283044.1427.87b/10 -34.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.536.7CH可用公式：G=a+b+CT+dT3來計(jì)算熱容，計(jì)算結(jié)果如下:表1-23各組分GTable 1-23 components CpCOH2COHONCHCp/ KJ/ (kmol.K)28.5629.2547.336.7830.3153.72所以得：Gn=!3YX G=33.61KJ/ (kmol.K)故：Q2=33.61 X 190.33 X (365-353)=76763.46kJ熱損失：Q=Q-Q2=4584.95 kJ1.9 中變二段催化劑操作線計(jì)算

36、由中變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知:中變爐入口氣體溫度：t入口 = 353C中變爐出口氣體溫度:t出口 = 365C中變爐入口 CO$換率：K入口 = 60%中變爐出口 CO變換率：K出口 = 36%中變換爐物料量平衡表如下：表1-24中變換爐物料量平衡表Table 1-24 in the transformation of material balance sheet furnace/m3/m3CG284.42487.39CO338.32135.33H21650.421833.84N2668.34668.34029.779.77CH11.2611.26H201184.121000.67

37、合計(jì)4146.614136.92表1-25進(jìn)二段催化床層的物料量平衡表Table 1-25 Sec into the catalytic bed of the material balance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/m3CO487.39534.76CO135.3287.96代1833.841881.21N2668.34668.340211.2611.26CH1127.201079.84合計(jì)4263.324263.32中變換爐二段熱量平衡表如下:表1-26中變換爐二段熱量平衡表Table 1-26 in the transformation furnace hea

38、t balance Sec反應(yīng)放熱/kJ/kJ/kJ81348.4095576763.464584.951.10 低變爐的物料與熱量衡算已知條件:進(jìn)低變爐的濕組分如下:表1-27進(jìn)低變爐的濕組分Table 1-27 into the furnace low variable component of the wetCOCOH2CHH2O含量%12.542.0644.12515.670.2625.33100m （標(biāo)）534.7687.961881.21668.3411.261079.844263.37kmol23.873.9383.9829.840.5048.21190.33所以進(jìn)低變爐催化床層

39、的變換氣干組分如下：表1-28進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分Table 1-28 furnace into the low variant of the catalytic bed components transform air-dry組分COCOH2CH合計(jì)含量%16.792.7659.0920.990.35100m （標(biāo)）534.7687.961881.21668.3411.2583183.5323.873.9383.9829.830.503142.121.10.1低變爐的物料衡算要將C3降到0.2% （濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為：% =90.11%則反應(yīng)掉的CO的量為：87.96

40、268X90.11 % =79.264 m3 （標(biāo)）=3.539 kmol出低溫變換爐CO的量：87.96268-79.264=8.69868 m 3 （標(biāo)）=0.38833 kmol出低溫變換爐H2的量：1881.21232+79.264=1960.475 m3 （標(biāo)）=87.5213 kmol出低溫變換爐H2O的量：1079.84-79.264=1000.576 m 3 （標(biāo)）=44.67 kmol17出低溫變換爐CO的量:534.75532 +79.264=614.019 m 3 （標(biāo)）=27.41 kmol出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：V總（干）=8.69868+1960.47

41、5+614.019+668.34+11.258=3262.794 m3 （標(biāo)）=145.66 kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：C® =0.266%同理得：CO2%=18.82%H % =60.08%N % =20.48%CH% =0.35%出低變爐的干組分如下：表1-29出低變爐的干組分Table 1-29 to stem low variable component of the furnace組分COCOH2N，CH合計(jì)含量%18.820.2760.0820.480.35100m （標(biāo)）614.028.701960.48668.3411.263262.79k

42、mol27.410.3987.5229.830.50145.66出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積:V總（干）=8.69868+1960.475+614.019+668.34+11.258+1000.576=4263.37 m3 （標(biāo)）=190.33 kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：C3 =2.0%同理：CO2% =4.4%H 2% =45.98%N 2%=15.68%HO% =23.47%所以出低變爐的濕組分如下:表1-30出低變爐的濕組分Table 1-30 changed to lower the wet furnace componentsCOCOHNCHHO含

43、量%14.40.245.9815.680.2623.47100m3 (標(biāo))614.028.701960.48668.3411.261000.584263.37kmol27.410.3987.5229.830.5044.67190.33對出底變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：Kp= (H%XCO%) / (HO% XC3)計(jì)算得Kp=141.05查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊知當(dāng)Kp=141.05時(shí)，t=223C設(shè)平均溫距為20C,則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：t=223 20=203C1.10.2低變爐的熱量衡算已知條件：進(jìn)低變爐催化床層的變換氣溫度為：181c出低變爐催化床層的變換氣溫

44、度為：203c變換氣反應(yīng)放熱Q,在203c時(shí)，T=476K；計(jì)算變換氣中各組分的生成始原理與計(jì)算一段床層一樣，使用公式計(jì)算平均溫度為476K時(shí)的生成始。計(jì)算結(jié)果如下：表1-31變換氣中各組分為476K時(shí)的生成始Table 1-31 transform gas into the group at 476 K of the formation enthalpy組分H2HOCOCOH (kcal/kmol )1241.516-56347.304-25178.916-92311.594H (kJ/kmol )5197.977-2359149.084-105419.084-386490.181放熱：CO

45、 +H2O=C2+H2(D Hi= (Ehl)始一(E hl)末=-39958.286 kJ/kg所以：Q1=3.539 X 39958.286=141412.3742 kJ/kg氣體吸熱Q,氣體吸熱時(shí)的平均溫度：(181+203) /2=191.5 C, T=464.5K根據(jù)物理化學(xué)教程知 CO, K, H 2O, CQ, N 2 ,可用公式：CP=a+b+cT來計(jì)算熱容熱容的單位為kJ/ (kmol.K)表1-32各組分a-b-c關(guān)系Table 1-32 each component a-b-c relationsCOH2HOCON2a28.4127.283044.1427.87b/10

46、-34.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.536.3CH可用公式:Cp=a+b+CT+dT3來計(jì)算熱容，計(jì)算結(jié)果如下:表1-33 各組分GTable 1-33 components Cp組分COH2COH2ON,CHCp/ kJ/ (kmol.K)30.129.0344.3935.1329.8545.05所以得：Cpn=EYix Cp=32.86kJ/ (kmol.K)故：Q2=32.86 X 190.33 X (203-181 )=138401.9044kJ熱損失：Q3=Q-Q2=141412.3742-138401.9044=3010.4698

47、 kJ低變換爐物料量平衡表如下表1-34低變換爐物料量平衡表Table 1-34 transform the low volume of material balance sheet furnace進(jìn)低溫變換爐的物料量/m3出低溫變換爐的物料量/m3CO534.76614.02CO87.968.7H21881.211960.48N668.34668.34CH11.2611.26H2O1079.841000.58合計(jì)4263.324263.321.11 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：t入口 = 181C低變爐出口氣體溫度:t出口 = 203 c

48、低變爐入口 CO$換率：K入口 = 74%低變爐出口 CO變換率：K出口 = 90.11%1.12 低變爐催化劑平衡曲線根據(jù)公式XP=X/X1 X 100%V=K(AB-CD)U=K (A+B + (C+DW=K1其中A、B、C、D分別代表CO HO CO及H2的起始濃度表1-35 t-T- X p的關(guān)系Table 1-35 t-T-Xp relationst160180200220240260T433453473493513533Xp0.97690.96230.93890.91210.87320.82291.13 最佳溫度曲線的計(jì)算由于低變爐選用 區(qū)02型催化劑。查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手

49、冊R02型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為 Ei=43164kJ/ kmol,CO變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能 E為：E2- E i=rx (- AH)對于CO變換反應(yīng)r=1 ,則E2=(- AH) + E i H為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即：(181+203) /2=192 C, T=465KCO勺反應(yīng)式為：CO +H2O=C2+H由小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊可知反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng) 熱可以用以下公式計(jì)算：得： H=-9422.62 kcal/kmol=-39450.653 kJ/kmolE =39450.653+43164=82614.653 kJ/kmol最適宜溫度曲線由式Tm進(jìn)行計(jì)算，最適宜溫度計(jì)算結(jié)果列于下表中：表1-36 X p-T-t的關(guān)系Table 1-36 Xp-T-t relationsX)0.97690.96230.93890.91210.87320.8229T402421440457475493t1291481671842012201.14 廢熱鍋爐的熱量和物料衡算已知條件，進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份如下:40表1-37 進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份Table 1-37 into the waste heat boiler into the