xxxx毕业设计
C平衡 1333.6=nCO + nCO2 +0.1V （1） H2 平衡
58.3+997.6×2+56×3+44.8×4+11.2×5+8.96×6+4667.6= nH2 +2×0.1V+(4667.6-n′H2O )
化简为 2510.46= nH2+0.2V -n′H2O （2） O2平衡
12×4667.6=
12×(4667.6-n′H2O )+
12nCO +nCO2
化简为 2nCO2+nCO -n′H2O =0 （3） 出口总干气量：
V=nCO2+nCO+nH2+nN2+nAr+nCH4 =nCO2+nCO+nH2 +21.74+0.2+0.1V
化简为 V=nCO2+nCO+nH2 +0.1V+21.94 一段转化炉进行的主要反应为：
CH4+H2O(g)?????? CO+3H2 CO+H2O(g)?????? CO2+H2
查[2]知，在t=822℃时，kpco=0.94135
（4）-（1）得 nH2=V-1355.54 （6）-（2）得 n′H2O=1.2V-3866 故化简nH2O=4363.5107-（1.19V1-3730.945）得
nH2O=8094.4557-1.19V （3）-（1）得 nCO2= n′H2O+0.1V-1333.6 将（7）代入上式，可化简为
nCO2=1.3V-5199.6 由（1）×2-（3）可得 nCO=2667.2-0.2V-n′H2O 将（7）代入（10）得 nCO=2667.2-0.2V-1.2V+3866
化简为 nCO=6533.2-1.4V 出口转化气中水蒸气量
nH2O=4667.6- n′H2O=4667.6+3866-1.2V
可化简为 nH2O=8533.6-1.2V 将 （6）（8）（9）（10）带入 （5）得
?1.3V?5199.6??V?1355.54??6533.2?1.4V??8533.6?1.2V?=0.94135
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（4） （6） （7） （8）
（9）
（10） （11） （12） xxxx毕业设计
解之得
V=4352.0377 kmol/h nH2=2996.4977 kmol/h nCO=440.3472 kmol/h nCO2=458.0490 kmol/h nCH4=435.2038 kmol/h nH2O=3311.1548 kmol/h
故一段转化炉出口总湿气量为：
∑n湿气= V1 + nH2O =4241.0127+3047.6506=7288.6633 kmol/h
出一段转化炉的物料组成如下表：
组 分
CO CO2 H2 CH4 N2 Ar 干气 H2O 合计
kmol/h 440.3472 458.0490 2996.4977 435.2038 21.7400 0.2000 4352.0377 3311.1548 7663.1925
mol（干）％
10.1182 10.5249 68.8528 10.0000 0.4995 0.0046 100.0000
kg/h
12329.7216 20154.1560 5992.9954 6963.2608 608.7200 8.0000 46056.7794 59600.7720 105657.5514
B. 一段转化炉平衡温距的计算 根据[7],设计压力为740mmHg柱 一段炉出口压力为30.9Kg/cm2（表压）
P=30.9+1.006／1.033=30.8867atm kpCH4=
Pco.P3H2PCH4.PH2O=
nCO.n3H2nCH4.nH2O3?P??? ????n?22?30.8867? =???
435.2038?3311.1548?7663.1952?440.3472?2996.4977=133.5637
查[2]，对应的平衡温度t=810.95℃
平衡温距 △t=822-810.95=11.05℃ C. 一段转化炉理论氢空速的计算 以1atm、60℉（15.56℃）为计算基准
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设计转化炉内触媒装填量V′为15.2m3
SVH2=
代值有
SVH2 =
2996.4977?440.3472?4?435.203815.2-1
nH2?nCO?4nCHV?4?288.71273.16?22.4
?288.71273.16?22.4=8064.5974h
-1
该流程设计理论氢空速参考值为7800 h。 2.1.2 二段转化炉的物料衡算
设计数据依据：
空气组成：N2：78%；O2：21%；Ar：1%； 补加蒸汽量为加入空气量的10%； 出口甲烷含量：0.5%； 出口压力：3.00Mpa； 出口温度：1003℃。
A. 列元素平衡关系式（各未知数表示与一段转化炉相同）得：
C平衡 440.3472+458.0490+435.2038=nCO+nCO2 +0.005V
化简为 1333.6=nCO+nCO2 +0.005V （1） H2平衡
2996.4977+435.2038×2+（3311.1548+0.1y）=nH2+2×0.005V+（3311.1548+0.1y-n′H2O）
化简为 3866.9053=nH2+0.01V- n′H2O （2） O2平衡
12×
12440.3472+458.0490+nCO+
1212×（3311.1548+0.1y）
+0.21y=nCO2+(3311.1548+0.1y-n′H2O)
化简为 1356.4452=nCO+2nCO2-0.42y-n′H2O （3） 进出二段炉总物料守衡 V=nCO+nCO2+nH2+nN2+nAr+nCH4
代值化简为 0.005V=nCO+nCO2+nH2+21.94+0.79y （4） 设出口条件下CO变换反应达到平衡则在1003℃下
kPCO?Pco2?PH2Pco?PH2O?nco2?nH2nco?nH2O?0.566135 （5）
设出口H2?CON2（摩尔比）为3.1
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nco?nH2nN2即 （6）?3.1
（1）-（4）得 V=1355.94+0.79y+nH2 （7） 由（7）式得 nco+nH2=3.1nN2
则 nco =3.1×（21.74+0.79y）-nH2
化简得 nco=67.394+2.418y- nH2 （8） 将（7）（8）代入（1）式得
1333.6=67.394+2.418y- nH2+ nCO2+0.005×（1355.94+0.79y+ nH2）
化简得 nCO2=1259.4263+0.995 nH2-2.4219y 将（7）代入（2）得 n′H2O=1.01 nH2+0.0079y-3853.3459 将（8）（9）（10）代入（3）得 y=1781.2480-0.0070084 nH2 将上式分别代入（8）（9）（10）得
nco=67.394+2.418×（1781.2480-0.0070084 nH2）- nH2
化简得 nco=4374.4517-1.016946 nH2 nCO2=1.011974 nH2-3054.5782 n′H2O=1.01 nH2+0.0079×（1781.2480-0.0070084 nH2）-3853.3459
化简得 n′H2O=1.009945 nH2-3839.2740 nH2O=3311.1548+0.1y- n′H2O
=3311.1548+0.1×（1781.2480-0.0070048 nH2）-1.009945 nH2+3839.2740 化简得 nH2O=7328.5536-1.016953 nH2 将（12）（13）（14）（15）代入（5）式得
(1?011974nH2?3054.5782)?nH2(4374.4517?1.016946nH2)?(7328.5536?1.016953n?0.566135
H2)化简得 0.426485n2H2+3683.1954nH2-18149384.41=0
解之得
nH2=3505.0608 kmol／h nco=809.9941 kmol／h nCO2=492.4522 kmol／h nH2O=3764.0715 kmol／h
y=1756.6831
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（9） （10） （11） （12）
（13）
（14）（15）
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故二段炉入口空气组成如下表：
组 分
N2 O2 Ar 合计
mol（干）％
78 21 1 100
kmol/h 1370.2128 368.9035 17.5668 1756.6831
kg/h
38365.9584 11804.9120 702.6720 50873.5424
补加的水蒸气量为 Q=0.1y=175.6683 kmol/h 二段炉出口总干气为
V=1355.94+0.79y+nH2=6248.7804 kmol/h
残余甲烷含量为
nCH4=0.5％×6248.7804=31.2439 kmol/h
转化掉的水量
nH2O=1.009945×3505.0608-3839.2740=-299.3554 kmol/h
二段转化炉出口气组成如下表：
组 分
CO CO2 H2 CH4 N2 Ar 干气 H2O 合计
B. 二段转化炉平衡温距的计算
二段炉出口处绝对压强 P=3.00+0.0986=3.0986 Mpa
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mol（干）％
12.9631 7.8812 56.0947 0.5000 22.2767 0.2843 100.0000
kmol/h 809.9941 492.4522 3505.0608 31．2439 1391.9528 17.7668 6248.4706 3764.0715 10012.5421
kg/h 22679.8 21667.9 7010.1 499．9 38974.7 710.7 91543.1 67753.3 159296.4