水出设备的温度： 90℃ 热量计算： （1） 入热： 变换气带入热:Q1
变换气在365℃时根据《物理化学教程》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式 Cp=a+b+CT-2来计算热容。 热容的单位为kJ/（kmol.T） 表5-1.2
物质 a b/10-3 c/105 CO 28.41 4.1 -0.46 H2 27.28 3.26 0.502 H2O 30 10.71 0.33 CO2 44.14 9.04 -8.53 N2 27.87 4.27 ----------- CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容: 表5-1.3
物质 CH4 a 17.45 b/10-3 60.46 c/10-6 1.117 d/10-9 -7.2 计算结果：
组分 Cp CO 30.91 H2 29.48 CO2 47.81 H2O 36.91 N2 30.59 CH4 54.61 故：Cpm=∑Yi*Cp=33.94kJ/（kmol.T）
所以： Q1=190.33×33.94×（365+273）
=4121352.528kJ
水的带入热Q2:
水在20℃时Cp=33.52 kJ/（kmol.T） 所以得： Q2=X*(20+273)*33.52=9821.36*X 出热：
变换气在出口温度为250℃，T=523K时根据《物理化学教程》知CO, H2, H2O, CO2,
N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。 热容的单位为kJ/（kmol.T）
表5-1.2
物质 a b/10-3 c/105 CO 28.41 4.1 -0.46 H2 27.28 3.26 0.502 H2O 30 10.71 0.33 CO2 44.14 9.04 -8.53 N2 27.87 4.27 ----------- CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容: 表5-1.3
物质 CH4 a 17.45 b/10-3 60.46 c/10-6 1.117 d/10-9 -7.2 计算结果：
组分 Cp CO 30.39 H2 29.17 CO2 45.75 H2O 35.72 N2 30.1 CH4 48.35 故：Cpm=∑Yi*Cp=33.14kJ/（kmol.T）
所以得： Q3=33.14×523×190.33=3298841.433kJ 水的带出热Q4:
水在90℃时Cp=34.14 kJ/（kmol.T） 得： Q4=X*34.14*(90+273)
=12392.82*X
热损失Q5:取0.04Q 根据热量平衡：
0.96*（Q1+Q2）=Q3+Q4
X=223.16 kmol
主换热器热量平衡表
转换气 水 ∑Q
带入热/kJ 4121352.528 2191734.698 6313087.226 带出热/kJ 3298841.433 2765581.711 6064423.144 热损失/kJ ———————— ———————— 248664.082
17.调温水加热器的物料与热量衡算
以知条件：
入设备的变换气温度：250℃ 出设备的变换气温度：181℃ 进设备的湿变换气的量：190.33kmol 变换气带入的热量：Q1=3298841.433kJ 变换气带出的热Q2：
变换气在181℃时T=454K时根据《物理化学》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公 式：Cp=a+b+CT-2来计算热容。 热容的单位为kJ/（kmol.T） 表5-1.2
物质 a b/10-3 c/105 CO 28.41 4.1 -0.46 H2 27.28 3.26 0.502 H2O 30 10.71 0.33 CO2 44.14 9.04 -8.53 N2 27.87 4.27 ----------- CH4可用公式：Cp=a+b+CT2+dT3来计算热容: 表5-1.3
物质 CH4 a 17.45 b/10-3 60.46 c/10-6 1.117 d/10-9 -7.2 计算结果：
组分 Cp CO 30.05 H2 29 CO2 44.1 H2O 35.02 N2 29.81 CH4 44.46 Cpm=∑Yi*Cp=32.62kJ/（kmol.T）
得： Q2=190.33×32.62×454
=2835274.946kJ
设备及管道损失取：0.04Q1 变换气放出的热量：
Q=Q1-Q2-Q3=331612.83kJ
第二章 设备的计算
2-1中变炉的计算
2-1.1．触媒用量的计算
根据文献《3000吨型合成氨厂工艺和设备计算》可知： Vr=T0*V0
式中 Vr ——触媒体积，M3(标)
T0 ——标准接触时间，h* m3 / M3(标) V0——通过触媒的气体体积，M3(标)/h 标准接触时间的计算公式如下：
To?Kp?2Wn?u?q?u?q? ln?ln??k?q?2Wn?u?q?u?q?式中：W=Kp-1;
U=Kp(A+B)+(C+D); V=KPAB-CD; q=u2?4WV
Kp——反应平衡常数； k1——反应速度常数；
n——变换的CO的量，分子分率；
其中A、B、C、D分别代表CO、CO2、CO2及H2的起始浓度
2-1.2．第一段床层触媒用量
计算基准：3.79T/h 已知条件：
第一段床层变换气进口温度为：330℃，第一段床层变换气出口温度为：415℃ 平均温度为：（330℃+415℃）/2=372.5℃
由《3000吨型合成氨厂工艺和设备计算》得到在372.5℃时反应速度常数k1=4600，加压时取校正系数：2.8，则：k1=4600*2.8=12880. 进第一段床层变换气中N2%=16.12%
则：V0=（3790÷17）×22.4÷（0.1612×2）=15489.7 M3(标)/h
出第一段床层变换气中CO%=3.27% 进第一段床层的变换气湿组分：
组 分 含量％ M3(标) koml CO2 11.78 487.39 21.76 CO 3.27 135.33 6.04 H2 44.33 1833.85 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 4136.84 184.68 n=8.16%-3.27%=4.89%
在372.5℃时，查《 小合成氨厂工艺技术与设计手册》Kp=16.030631 则： W=16.030631-1
=15.030631
U=16.030631×(0.0816+0.2856)+(0.0686+0.398) =6.353
V=16.030631×0.0816×0.2856-0.0686×0.398 =0.3463
q=6.3532?4?15.030631?0.3463 =4.6713
To?Kp?2Wn?u?q?u?q?ln?ln? k?q?2Wn?u?q?u?q??=0.000514h
所以： V01 =T0*V0 =0.000514×15489.7=7 M3 备用系数取：1.1
所以：V0 1=7×1.1=7.7 M3
2-1.3 第二段床层触媒用量
已知条件：
第二段床层变换气进口温度为：353℃，第二段床层变换气出口温度为：365℃ 平均温度为：（353℃+365℃）/2=359℃
由《3000吨型合成氨厂工艺和设备计算》得到在375℃时反应速度常数k1=4600，在317℃时反应速度常数k2=2130。