西南科技大学本科生毕业论文 表2-3 进中变炉的变换气湿气组分含量
组 分 含量％ m(标) kmol
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CO2 6.86 284.42 12.69
CO 8.16 338.32 15.10
H2 39.80 1650.4 73.68
N2 16.12 668.34 29.84
O2 0.24 9.77 0.44
CH4 0.27 11.2 0.50
H2O 28.56 1184.1 52.86
合计 100 4146.61 185.12
2.3 中变炉CO的实际变换率的求取
假定湿转化气为100 mol，其中CO湿基含量为8.16％，要求变换气中CO含量为2％，故根据变换反应：
CO+H2O＝H2+CO2 （4）
则CO的实际变换率公式为：
Xp％=
'Ya?Ya?Ya?1?Ya??×100 （2-1）
注：式中Ya、Ya分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基）。
所以：Xp=
?8.16?6.04??100
?100?2??8.16=74％
则反应掉的CO的量为：
8.16×74％=6.04
则反应后的各组分的量分别为：
H2O％=28.56％-6.04％+0.48％
=23％
CO％=8.16％ - 6.04％
=2.12％
H2％ =39.8％+6.04％-0.48％
=45.36％
CO2％=6.86％+6.04％
=12.9％
中变炉出口的平衡常数：
Kp= （H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）=12
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西南科技大学本科生毕业论文 查《 小合成氨厂工艺技术与设计手册 》可知Kp=12时温度为397 ℃。 中变的平均温距为397℃ - 365℃=32 ℃。
根据《合成氨工艺与节能 》可知中温变换的平均温距为：30℃到50 ℃[5]，中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。
2.4 中变炉催化剂平衡曲线
根据H2O/CO=3.5，与文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》上的有关公式：
XP=
U?q2AW×100％ (2-2)
V=KPAB-CD (2-3) q=U2?4WV (2-4) U=KP（A+B）+（C+D） (2-5) W=KP-1 (2-6)
注：其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度。
计算结果列于下表(2-4)。
表 2-4 不同温度下CO的转换率
t T Xp
300 573 0.91
320 593 0.87
340 613 0.84
360 633 0.81
380 653 0.77
400 673 0.71
420 693 0.69
440 713 0.64
460 733 0.60
中变炉催化剂平衡曲线如图2-1所示。
1009080706050403020100300350400温 度（℃）CO转化率 Xp450500
图2-1 中变炉催化剂平衡曲线图
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西南科技大学本科生毕业论文 2.5 最佳温度曲线的计算
中变炉选用C6型催化剂。
查资料得最适宜温度曲线由式：Tm?1?TeRTeE2?E1lnE2E1 进行计算。
查《小型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[15]。
最适宜温度计算结果列于下表(2-5)中。
表 2-5 不同转化率下的最适宜温度表
X0.91 0.87 p T 526 t 256
546.8 564.2 581.5 598.8 624.5 638.2 649.4 660.7 671 273.8 291.2 308.5 325.8 351.5 365.2 376.4 387.3 398
681.6 692.6 702.6 716.6 408.6 419.6 429.6 443.6
0.84
0.81
0.77
0.71
0.67
0.64
0.61
0.58 0.55
0.52
0.49
0.45
将以上数据作图即得最适宜温度曲线如图2-2所示。
10.90.80.7CO转化率 Xp0.60.50.40.30.20.10250270290310330350温 度（℃）370390410430450
图 2-2 最适宜温度曲线图
2.6 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如表2-6所示。
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表2-6 进中变炉一段的变换气湿气组分表
组 分 含量％ m3(标)
CO2 6.86 284.42 12.69
CO 8.16
H2 39.8
N2 16.12
O2 0.27 9.78 0.44
CH4 0.24 11.26 0.50
H2O 28.56 1184.11 52.86
合计 100 4146.61 185.12
338.18 1650.41 668.34 15.10
73.68
29.84
kmol
2.6.1 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)
=9.062 kmol
出一段催化床层的CO的量为：
338.318-202.9908=135.3272 m3(标)
=6.0414 kmol
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)
=81.868 kmol
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)
=21.758 kmol
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％=
同理得：
CO2％=H2％=
487.39083136.1638135.32723136.1638=4.31%
=15.54%
1833.84783136.1638=58.47%
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