.52?4?22.33?12606?1325952?1125967?446 q?U2?4WV?1151XP?U?q1151.5?447?100%??100%?81.6% 2AW2?19.3?22.33查表4-2-6,360℃时KP=18.37
W=KP-1=18.37-1=17.37
U=KP(A+B)+(C+D)=18.37(19.3+28.5)+(8.0+28.3)=18.37×47.8+36.3=913 V=KPAB-CD=18.37×19.3×28.5-8.0×28.3=10104-226.4=9879
q?U2?4WV?9142?4?17.37?9878?835396?686323?387
XP?t℃ XP t℃ XP U?q914?387?100%??100%?78.8% 2AW2?19.3?17.37300 0.874 420 0.694 320 0.847 440 0.664 340 0.817 460 0.635 360 0.788 480 0.606 380 0.754 500 0.578 400 0.722 由表中数据作图即得平衡曲线（见图12-1-2）
g) e、最适宜温度曲线计算
B109催化剂E1=16046kcal/kmol=67156 kJ/kmol，CO变换的逆反应活化能E2为：
E2- E1=r（-△HR） 对于变换反应r=1，则 E2 =（-△HR）+ E1
△HR为反应热，取其平均温度下的值，即
-32
300?480?390?C， 2-63
△HR=-10000-0.291T+2.845×10T-0.9703×10T
-32-63
=-10000-0.291×(390+273)+2.845×10×(390+273)-0.9703×10×(390+273)
-32-63
=-10000-0.291×663+2.845×10×663-0.9703×10×663
-3-6
=-10000-192.933+2.845×10×439569-0.9703×10×291434346 =-10000-192.933+1250.5738-282.7786 =-9224 kcal/kmol =-38628kJ/kmol
E2 =（-△HR）+ E1=38623+67156=105779 kJ/kmol 当Te=300℃=300+273=573K时
Tm?Te573?
8.286?573105779RTeE21?ln1?ln105779?6715667156E2?E1E1?573573573??
4747.8781?0.1229?0.4541?0.05581??ln1.57538623=543.7K=269℃
当Te=320℃=320+273=593K时
6
Tm?Te593 ?8.286105779RTeE21?593?ln1?ln105779?6715667156E2?E1E1?593593?
8.2861?593?2.145?10?4ln1.5751?593??ln1.57538623593593?=559K=287℃ ?51?0.057781?593?9.744?10613613?=578K=305℃ ?51?0.05971?613?9.744?10633633?=596K=323℃
1?633?9.744?10?51?0.0617653653?=614K=341℃ ?51?0.06361?653?9.744?10300 543 270 320 560 288 340 578 305 360 596 323 380 614 341 400 633 361 420 650 374 440 667 395 460 684 413 480 672 428 500 719 446 ?当Te=340℃=340+273=613K时
Tm?当Te=360℃=360+273=633K时
Tm?当Te=380℃=380+273=653K时
Tm?t℃ XP Tm, K ｔｍ,℃ 最适宜温度计算结果列于表中 0.874 0.847 0.817 0.787 0.754 0.722 0.694 0.664 0.635 0.606 0.578 用以上数据作图即得最适宜温度曲线(见图12-1-2)
f、操作线计算
由一段催化剂变换率及热平衡计算结果知 一段入口气体温度300℃ 一段出口气体温度480℃ 一段入口CO变换率0 一段出口CO变换率60%
由此可作出一段催化剂反应的操作线(见图12-1-2)
h) (4)、中变炉二段催化剂层物料及热量计算
a、 中间冷激过程的物料热量计算 （a）、冷凝水喷淋量
(45.2?40)?3300?171.6Nm3?7.66kmol?137.9kg100
（b）、入二段催化剂床层气体组成 组份 % m3（标） kmol
CO2 17.4 834.9 37.3 CO 7.9 379.5 16.9 H2 38.2 1829.19 81.66 N2 14.8 709.67 31.68 CH4 0.9 41.7 1.86 H2O 20.8 995.3 44.4 合计 100 4790.3 213.9 7
kg 1641.2 473.2 163.3 887.04 29.76 799.2 3993.7 设喷水前气体温度为408℃,设喷水后温降△t。 气体放出热Q1
设喷水后气体温度为348℃，气体从408℃降到348℃的平均温度（378℃）下，查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8，并计算比热容。
CO2的恒压比热容48.6 kJ/kmol℃ CO的恒压比热容30.8 kJ/kmol℃ H2的比热容29.8 kJ/kmol℃ N2的比热容30.4 kJ/kmol℃ CH4的比热容55 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.5kcal/kg℃=37.6kJ/kmol℃ 平均比热容
48.6×0.174+30.8×0.079+29.8×0.382+30.4×0.148+55×0.009+37.6×0.208 =8.45+2.4+11.38+4.5+0.5+7.8=35.11kJ/kmol℃
Q1=213.9 kmol×35.03 kJ/kmol℃×△t℃=7492.9△t kJ 冷凝水吸收热Q2
设进水温度为60℃,水的焓i＇=60kcal/kg 348℃,1.2M Pa时水蒸汽的焓753.3 kcal/kg
Q2=137.9 kg×(753.3-60) kcal/kg=95606 kcal=400207 kJ 热损失Q3 设Q3=6000kJ
热平衡 Q1=Q2+Q3
??t?400207?6000?54?C
7492.9气体喷水后温度
i) （d）、CO平衡变换率
t=408-54=354℃
b、 二段催化剂床层物料热量计算
设二段催化剂层出口气体温度为380℃，取平衡温距40℃，则t=380+40=420℃，查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年，表（4-2-6）得KP=9.604,则CO平衡变换率xP可求得,由
pCO2pH2（c?axP）?（d?axP） KP??pCOpH2O（a?axP）?（b?axP） KP?(17.4?7.9xP）?（38.2?7.9xP）?9.59
(7.9?7.9xP）?（20.8?7.9xP）解上式得xP=37.75%
j) (a)、干变换气组成
出口干气体积变化100+a×xP=100+10×37.75%=103.775Nm3/100Nm3
8
出口干气总量
3795100?103.775?3938Nm3?175.8kmol CO：a（1?0.3775）103.775?100%?10?（1?0.3775）103.775?100%?6%
COc?0.3775a22?0.3775?102：103.775?100%?103.775?100%?24.8%
Hd?0.3775a103.775100%?48.2?0.3775?102：?103.775?100%?50%
N18.72：103.775?100%?18%
CH：1.14103.775?100%?1.06%
k) (b)、CO反应量
?CO?10?0.3775?3795100?143.26Nm3?6.4kmol l) (c)、CO剩余量
16.9-6.4=10.5kmol
m) (d)、二段出口湿变换气组成
组份 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 % 100 m3（标） 4791.13 kmol 37.3+6.4 16.9-6.4 81.66+6.4 31.68 1.86 44.4-6.4 213.8 kg 3993.9 组份 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 % 20.4 4.9 41.15 14.81 0.87 17.77 100 m3（标） 978.9 235.2 1971 709.6 41.66 851.2 4790.3 kmol 43.7 10.5 88.06 31.68 1.86 38 213.8 kg 1922.8 294 176.12 887.04 29.76 684 3993.9 n) (e)、出口气体温度校检
K?CO2%H2 .4?41.CO%H?15P?11.01
2O%4.9?17.77计算结果与420℃的KP值9.734接近, 符合要求.
9
o) c、热量衡算
（a）、CO反应放热Q1 CO在347℃至380℃时的平均温度下（363.5℃）的反应热，查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册，1977年，图6-10 一氧化碳变换反应热效应与温度的关系，△H=9200kcal/kmol=38519 kJ/kmol。
Q1=6.4 kmol×38519 kJ/kmol=246522 kJ （b）、气体温升吸热Q2 湿变换气在平均温度363.5℃下的平均比热容为：
查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8，并计算比热容。
CO2的恒压比热容47.9 kJ/kmol℃ CO的恒压比热容30.6 kJ/kmol℃ H2的比热容29.5 kJ/kmol℃ N2的比热容30.3 kJ/kmol℃ CH4的比热容54 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册，1977年，图1-17水蒸汽的真实定压热容 0.50kcal/kg℃=37.68kJ/kmol℃ 平均比热容
47.9×0.204+30.6×0.049+29.5×0.4115+30.3×0.1481+54×0.0087+37.68×0.1777 =9.77+1.499+12.139+4.487+0.469+6.696=35.06 kJ/kmol℃ 设气体温升为△t,则
Q2=213.9 kmol×35.06 kJ/kmol℃×△t℃=7499△t kJ （c）、热损失Q3
设热损失Q3=6584 kJ 热平衡Q1=Q2+Q3
?t?246552?6584?32?C
7499（d）、二段催化剂出口变换气温度 t=347+32=379℃ （e）、二段催化剂床层平衡曲线计算 入二段催化剂汽/气比为0.256, 根据入二段催化剂床层气体组成由《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,式(4-3-3)计算出各温度下CO的平衡变换率.
查表4-2-6,280℃时KP=53.527 W=KP-1=53.527-1=52.527
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=53.527(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=53.527×22.67+61.55=1275 V=KPAB-CD=53.527×4.9×17.77-20.4×41.15=53.527×87.073-839.46=3821.3
.3?1625625?802885.7?906 q?U2?4WV?12752?4?52.527?3821XP?U?q1275?907?100%??100%?71.5% 2AW2?4.9?52.527查表4-2-6,300℃时KP=39.758
W=KP-1=39.758-1=38.758
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=38.758(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=38.758×22.67+61.55=939
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