化学工艺学作业计算题解

计算题：

1、计算在0.1013Mpa 900℃下 C + H 2O ﹦CO + H 2 和 C +2 H 2O ﹦CO 2 + 2H 2 同时进行反应的系统的蒸汽平衡分解率。

已知不同温度下的平衡常数如下所示： 温度(K) C + H 2O ﹦CO + H 2 C +2 H 2O ﹦CO 2 + 2H 2 平衡常数Kp 平衡常数Kp 1000 0.2654 1.374 1100 1.172 0.9444 1200

4.047

0.6966

2、甲烷蒸汽转化造气一段炉和二段炉的出口干气组成见下表： 亦即二段转化炉进出口转化气组成（mol%） 组成 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar 合计 进口 69.0 10.12 10.33 9.68 0.87 - 100 出口

56.4

12.95

7.78

0.33

22.26

0.28

100

已知一段炉的水碳比为3.8，一段炉出口温度为860℃，加入二段炉的蒸汽是空气量的10%（mol 百分数），混合物的温度为450℃。试计算：（1）空气加入量，(m 3)n 空气/(m 3)n 一段气；（2）二段炉出口湿气组成；（3）二段炉出口温度（假定二段炉热损失不计）；（4）二段炉出口甲烷转化反应与变换反应的平衡温距。 解：（1）以二段炉为衡算列式： 设二段炉空气加入量为G 空，G1=1mol C 平衡：12,14,122,24,2

12()()CO CO CH CO CO CH G y y y G y y y ++=++

2110.1210.339.68

() 1.430712.957.780.33

G G ++=⨯=++ 得出2G =1.4307mol

N 元素平衡：2,2

2122N 1N y +G y N

G y G =∙空空 得出G 空，即空气加入量为G 空=0.3967mol

（2）二段炉出口湿气组成

以二段炉为衡算系统，先求出一段炉的水含量

一段炉出口气G=1mol 作水平衡，则一段炉出口气含水蒸气为

222G =G -G H O H O H O 总反=3.8×G ×(y CO +y CO2+y CH4)-G(y CO +2y CO2)=0.8371mol

设二段炉转化汽水含量为G H2O ，

氧元素平衡：12222G ++G =G +O O H O O H O G G 空空

22H O G = 122G ++G -G O O H O O G 空空=G 1×(y CO1+2y CO2 1)+G 空+

222,2222+G +10%-G y +O H O CO CO y G ⨯⨯空空（y ）=0.9429mol 则二段炉出口总气量为

2222=G +H O G 总G =1.4307+0.9429=2.5736mol

得二段炉出口湿气H 2含量为：

22

22H 2+y =

H G y G 总

=1.4707×0.546/2.3736=33.99%

同理有：CO y =7.81% 2CO y =4.69% 4CH y =0.2%

2N y =13.42% Ar y =0.17% 2H O y =39.72%

(3) 二段炉出口温度T 2

以二段炉为衡算系统 设t 2=1024℃ 入口

出口

入口气860℃ 空气和蒸汽450℃ 出口气1024℃ 名称 Gi hi Gi hi Gi hi H 2 0.69

24.75

- - 0.8069 29.85 CO 0.1012 -84.43 - - 0.1853 -78.82 CO 2 0.1033 -35291 -

- 0.1113 -343.61 CH 4 0.0968 -26.63 - - 0.0047 -13.53 N 2 0.0087 25.86 0.3097 12.63 0.3185 31.40 Ar - - 0.0040 8.84 0.0040 20.78 O 2 -

-

0.0830

13.21 - - H 2O

0.8371 -21024 0.0397

-226.88

0.9429 -203.10

合计 Gihi -206.27 -3.95 -210.25 总计

H ∑ -210.22

-210.25

（4）平衡温距△T 甲烷转化 24423=

CO H PCH CH H O

P P K P P ∙=35.62

查表T P =946℃

△T=T-T P =1024-946=78℃

变换反应 K 变=0.5139 T P =1053℃ △T=T-T P =-29℃

3、某厂部分氧化制甲醇生产中，粗煤气气量24000(m 3)n ，表压 2.599MPa ，组成H 245.84%,CO46.09%,CO 26.16%,N 20.55%,CH 41.36%.为制得变换气CO21.87%以生产甲醇，且为了使煤气中的有机硫能转化成H2S ，要求粗煤气全部经过变换炉（不能采用副线流程）。已知变换炉出口平衡温距15℃，空速2000(m 3)n 煤气/m 3.h 。试设计此变换炉并回答问题： （1）、变换炉入口和出口温度。 （2）、变换炉段数。 （3）、催化剂用量。 （4）、水蒸气比例。 （5）、是否有还原为金属铁的危险。

解：此题采用不同的水蒸汽用量，有不同的结果

取0.8计算变换率 △x=△y/y 1(1+y 2)=(0.4609-0.2187)/0.4609(1+0.2187)=0.4312 得到进出口气量及组成.见下表