4.最佳温度曲线的计算
由于中变炉选用C6型催化剂， 最适宜温度曲线由式Tm?Te 进行计算。
RTeE21?lnE2?E1E1查《3000吨合成氨厂工艺和设备计算》C6型催化剂的正负反应活化能分别为E1=10000千卡/公斤分子，E2=19000千卡/公斤分子。 最适宜温度计算结果列于下表中：
Xp T t
0.9012 526 256 0.8737 546.8 273.8 0.8424 564.2 291.2 0.8074 581.5 308.5 0.7687 598.8 325.8 0.7058 624.5 351.5 Xp T t
0.67 638.2 365.2 0.64 649.4 376.4 0.61 660.7 387.3 0.58 671 398 0.55 681.6 408.6 0.52 692.6 419.6 Xp T t 0.49 702.6 429.6 0.45 716.6 443.6 将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：
10.90.80.7CO转化率 Xp0.60.50.40.30.20.10250270290310330350温 度（℃）370390410430450
5．中变炉一段催化床层的物料衡算
已知条件：
进中变炉一段催化床层的变换气的温度为330℃ 进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：
组 分 含量％ M3(标) CO2 6.86 284.42 12.69 CO 8.16 338.18 15.10 H2 39.8 N2 16.12 O2 0.27 9.78 0.44 CH4 0.24 11.26 0.50 H2O 28.56 合计 100 1650.41 668.34 73.68 29.84 1184.11 4146.61 52.86 185.12 kmol 5.1 中变炉一段催化床层的物料衡算
假设CO在一段催化床层的实际变换率为60％ 假使O2 与H2 完全反应，O2 完全反应掉 故在一段催化床层反应掉的CO的量为：
60％×338.318=202.9908 M3(标)
=9.062kmol 出一段催化床层的CO的量为：
338.318-202.9908=135.3272 M3(标)
=6.0414kmol
故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为：
1650.409+202.9908-2×9.776=1833.8478 M3(标)
=81.868kmol
故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：
284.4+202.9908=487.3908 M3(标)
=21.758kmol
故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积：
V总（干）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258 =3136.1638 M3(标)
故出中变炉一段催化床层的变换气干组分中CO的含量：
CO％=
135.3272=4.31%
3136.1638
同理得：
487.3908=15.54%
3136.16381833.8478H2％==58.47%
3136.1638487.3908CO2％==15.54%
3136.1638668.34 N2％==21.13%
3136.163811.258CH4％==0.35%
3136.1638CO2％=
所以出中变炉一段催化床层的变换气干组分：
组 分 含量％ M3(标) CO2 15.54 487.39 21.76 CO 4.31 135.33 6.04 H2 58.47 1833.84 81.87 N2 21.13 668.34 29.83 CH4 0.35 11.25 0.50 合计 100 3136.16 140.01 kmol 剩余的H2O的量为：
1184.113-202.9908+2×9.776=1000.6742 M3(标)
=44.6729kmol
故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的体积：
V总（湿）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258+1000.6742
=4136.838 M3(标) =184.68kmol
故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中H2O的含量
H2O％=
1000.6742 =24.19%
4136.83815.54%=11.78％
1?0.1554故出中变炉一段催化床层的变换气湿组分中CO2的含量 CO2％=同理可得：
0.0413=3.27％
1?0.04130.5847 H2％==44.33％
1?0.58470.2113 N2％==16.16％
1?0.2131 CO％=
CH4％=
0.0035=0.27％
1?00035所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（％）：
组 分 含量％ M3(标) koml CO2 11.78 487.39 21.76 CO 3.27 135.33 6.04 H2 44.33 1833.84 81.87 N2 16.16 668.34 29.83 CH4 0.27 11.26 0.50 H2O 24.19 1000.67 44.67 合计 100 4136.92 184.68 5.2对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行估算：
已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（％）
组 分 含量％ M3(标) koml CO2 11.78 487.39 21.76 CO 3.27 135.32 6.04 H2 44.33 1833.84 81.87 N2 16.16 668.34 29.83 CH4 0.27 11.26 0.50 H2O 24.19 1000.67 44.67 合计 100 4136.92 184.68 根据：Kp= （H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）计算得K=6.6 查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当Kp=6.6时t=445℃ 设平均温距为35℃，则出中变炉一段催化床层的变换气温度为： 445℃-35℃=415℃
5.3．中变炉一段催化床层的热量衡算
以知条件：进中变炉一段催化床层的变换气温度：330℃ 出中变炉一段催化床层的变换气温度为：415℃
可知反应放热Q：在变化气中含有CO，H2O，O2，H2 这4种物质会发生以下2种反应：
CO +H2O=CO2+H2 （1） O2 + 2H2= 2 H2O （2） 这2个反应都是放热反应。
根据《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知为简化计算，拟采用统一基准焓（或称生成焓）计算。以P=1atm，t=25℃为基准的气体的统一基准焓计算式为：
HT=△H0298=Cpdt
式中：
HT —— 气体在?0
T298在TK的统一基准焓，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；
△H298 —— 该气体在25℃下的标准生成热， kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；
T——绝对温度，K；
Cp ——气体的等压比热容，kcal/（kmol.℃）[4.1868kJ/（kmol.℃）] 气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：
Cp=A0+A1×T+A2×T2+A3×T3+…… 式中A0、A1、A2、A3……气体的特性常数 将式代入式积分可得统一基准焓的计算通式：
Ht=a0+a1×T+a2×T2+a3×T3+a4×T4 (5-1) 式中常数a0、a1、a2、a3、a4与气体特性常数及标准生成热的关系为：
a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4
a0=△H0298－298.16a1－298.162×a2－298.163×a3－298.164×a4 采用气体的统一基准焓进行热量平衡计算，不必考虑系统中反应如何进行，步骤有多少，只要计算出过程始态和末态焓差，即得出该过程的总热效果。
△H=（∑ni×Hi）始－（∑ni×Hi）末 (5-2)
式中 :
△H ——过程热效应，其值为正数时为放热，为负数时系统为吸热，单
位：kcal；（4.1868kJ）;
ni —— 始态或末态气体的千摩尔数，kmol； Hi ——始态温度下或末态温度下；
Hi—— 气体的统一基准焓，kcal/kmol，（4.1868kJ/kmol） 现将有关气体的计算常数列于下表中