V=KPAB-CD=39.758×4.9×17.77-20.4×41.15=39.758×87.073-839.46=2622.4
.4?883600?406555.9?689 q?U2?4WV?9392?4?38.758?2622XU?q2AW?100%?940?689P?2?4.9?38.758?100%?66.08% 查表4-2-6,320℃时KP=30.168
W=KP-1=30.168-1=29.168
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=30.168(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=30.168×22.67+61.55=746.07 V=KPAB-CD=30.168×4.9×17.77-20.4×41.15=30.168×87.073-839.46=1788.11
q?U2?4WV?746.072?4?29.168?1787.36?555710.6?208534.87?588.9
XP?U?q2AW?100%?745.46?589.22?4.9?29.168?100%?54.67% 查表4-2-6,340℃时KP=23.33
W=KP-1=23.33-1=22.33
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=23.33(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=23.33×22.67+61.55=589 V=KPAB-CD=23.33×4.9×17.77-20.4×41.15=23.33×87.073-839.46=1191
q?U2?4WV?5902?4?22.33?1192?492.11
X?qP?U2AW?100%?528.2?415.362?4.9?22.33?100%?51.66% 查表4-2-6,360℃时KP=18.366
W=KP-1=18.366-1=17.366
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=18.366(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=18.366×22.67+61.55=478.1 V=KPAB-CD=18.366×4.9×17.77-20.4×41.15=18.366×87.073-839.46=758.2
q?U2?4WV?477.92?4?17.366?759.7?420
X?q2AW?100%?477.9?419P?U2?4.9?17.366?100%?35.6% 查表4-2-6,380℃时KP=14.68
W=KP-1=14.68-1=13.68
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=14.68(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=14.68×22.67+61.55=394.5 V=KPAB-CD=14.68×4.9×17.77-20.4×41.15=14.68×87.073-839.46=439.21
q?U2?4WV?394.32?4?13.68?438.77?362.5
X?q394.3?362.P?U2AW?100%?62?4.9?13.68?100%?23.7% 查表4-2-6,400℃时KP=11.9
11
W=KP-1=11.9-1=10.9
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=11.9(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=11.9×22.67+61.55=332.3 V=KPAB-CD=11.9×4.9×17.77-20.4×41.15=11.9×87.073-839.46=197.7
q?U2?4WV?331.32?4?10.9?196.7?319
XP?U?q331.3?318?100%??100%?12.5% 2AW2?4.9?10.9查表4-2-6,420℃时KP=9.79
W=KP-1=9.79-1=8.79
A= CO 4.9% B= H2O 17.77% C= CO2 20.4% D= H2 41.15% U=KP(A+B)+(C+D)=9.79(4.9+17.77)+(20.4+41.15)=9.79×22.67+61.55=284.2 V=KPAB-CD=9.79×4.9×17.77-20.4×41.15=9.79×87.073-839.46=13.1
q?U2?4WV?283.52?4?8.79?12.98?283.2
XP?T ℃ xP U?q283.5?283.2?100%??100%?0.9% 2AW2?4.9?8.79300 0.658 320 0.5467 340 0.5156 360 0.346 380 0.236 400 0.125 420 0.09 280 0.715 p) (f)、最适宜温度曲线计算
与一段催化剂最适宜温度相同的算法，计算出二段催化剂最适宜温度曲线列于下表，
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
347?379?363?C， 2-63
△HR=-10000-0.291T+2.845×10T-0.9703×10T
-32-63
=-10000-0.291×(363+273)+2.845×10×(363+273)-0.9703×10×(363+273)
-32-63
=-10000-0.291×636+2.845×10×636-0.9703×10×636 =-10000-185.1+1005.2-249.6 =-9431.7 kcal/kmol =-39482 kJ/kmol
E2 =（-△HR）+ E1=39479+67156=106635 kJ/kmol 当Te=280℃=280+273=553K时
Tm?Te553?
8.286?553106635RTeE21?ln1?ln106635?6715667156E2?E1E1=
553
8.2861066351?553?ln106635?671566715612
=
553
1?553?9.7?10?5=524K=251℃
当Te=300℃=300+273=573K时
Tm?Te573 ?8.286?573106635RTeE21?ln1?ln106635?6715667156E2?E1E1=
573
8.2861066351?573?ln106635?6715667156573
1?573?9.7?10?5=
=542K=270℃
当Te=320℃=320+273=593K时 Tm=
593 ?51?593?9.7?10=562K=289℃
当Te=340℃=340+273=613K时 Tm=
613
1?613?9.7?10?5=579K=306℃
当Te=360℃=360+273=634K时 Tm=
633 ?51?633?9.7?10=597K=324℃
当Te=380℃=380+273=653K时 Tm=
653 ?51?653?9.7?10=614K=368℃
当Te=400℃=400+273=673K时 Tm=
673
1?673?9.7?10?5=633K=360℃
当Te=420℃=420+273=693K时 Tm=
693 ?51?693?9.7?10280 0.715 525 252 300 0.658 543 270 320 0.5467 561 288 340 0.5156 578 305 360 0.346 596 323 380 0.236 614 368 400 0.125 632 359 420 0.09 649 376 =649K=376℃ T ℃ xP Tm，K T，℃ 13
q) (g)、二段催化剂床层操作线计算
根据二段催化剂床层变换率及热平衡计算结果得 入二段催化剂床层气体温度 347℃ 出二段催化剂床层气体温度 379℃ 入二段催化剂床层CO变换率 (39.8-16.9)/39.8=58% 出二段催化剂床层CO变换率 (39.8-10.5)/39.8=73.6%
r) 12．1．3低变炉物料及热量计算
（1）、低变炉进口物料量及组成 同中变炉二段出口 中变炉二段出口湿变换气组成 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 38 213.9 kg 1922.8 294 176.12 887.04 29.76 684 3993.7 低变炉出口干气量 湿低变CO含量1.02%
CO体积 4790×1.02%=48.86Nm3
=2.18kmol CO变换量△CO=10.5-2.18=8.32 kmol 湿低变气组成 组份 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 % 100 m3（标） 4790.3 kmol 43.7+8.32 10.5-8.32 88.06+8.32 31.68 1.86 38-8.32 213.9 组份 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 % 24.33 1.02 45.08 14.82 0.63 13.88 100 m3（标） 1165.25 48.83 2158.91 709.63 41.66 664.83 4790.3 kmol 52.02 2.18 96.38 31.68 1.86 29.68 213.9
干低变气组成 组份 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 % 100 m（标）3 1165.25 48.83 2158.91 709.63 41.66 664.83-664.83 4790.3-664.83 kmol 52.02 2.18 96.38 31.68 1.86 29.68-29.68 213.9-29.68 组份 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合计 % 28.25 1.18 52.33 17.2 1 100
14
m3（标） 1165.25 kmol 52.02 48.83 2.18 2158.91 96.38 709.63 31.68 41.66 1.86 0 0 4125.5 184.22 s) (2)、热量衡算
CO反应放热Q1
设气体进催化剂床层温度为185℃，气体出催化剂床层温度为235℃，平均温度 （185+235）/2=210℃，查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年，图4-2-1，一氧化碳变换反应热效应，在210℃时，
△H=40100k J/kmol CO反应热
Q1=（10.5-2.18）kmol×40100 k J/kmol =333632 k J 气体吸热Q2
设气体温升为△t, 气体在平均温度210℃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
CO2的恒压比热容44.2 kJ/kmol℃ CO的恒压比热容29.6 kJ/kmol℃ H2的比热容29.2 kJ/kmol℃ N2的比热容29.5kJ/kmol℃ CH4的比热容45.2 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0.544kcal/kg℃=41kJ/kmol℃ 平均比热容
44.2×0.2433+29.6×0.0102+29.2×0.4508+29.5×0.1482+45.2×0.0063+41×0.1388=10.75+0.3+13.16+4.37+0.28+5.69=34.55 kJ/kmol℃
Q2=213.9 kmol×34.55 kJ/kmol℃×△t=7379.55×△t 热损失Q3 设 Q3=13000 k J
?t?Q1?Q3333632?13000??44?C Q27279.55气体出催化剂层温度
t=185+44=229℃ 平衡温距校核
/KP?CO2%?H2$.33?45.08??77.77
CO%?H2O%1.02?13.88查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,表4-2-6 已知KP=77.47,查平衡温度为258℃平衡温距为 258-229=29℃ （3）、平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线计算 a、 平衡曲线计算
设入低变催化剂床层气体的汽/气比(水蒸汽/干气)为0.2 中变炉二段出口湿变换气组成
15