化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程名稱： 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： xxx 學(xué) 號： xx</p><p>　　學(xué) 院： 化學(xué)與制藥工程學(xué)院 </p><p>　　

2、專 業(yè)： 班 級 化工092班</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2012年6月 </b></p><p>　　化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　任務(wù)書</b></p&

3、gt;<p>　　某日產(chǎn)1000噸合成氨的裝置中的中溫變換反應(yīng)器在30.5atm下操作，進(jìn)口氣體流量NT0=9000kmol/h，采用Φ9*9mm催化劑，堆密度1500kg/m3,催化床直徑為4m，高度為1.5m,催化劑有效因子為0.6。</p><p>　　已知本征動力學(xué)方程：</p><p><b>　　式中</b></p><p

4、><b>　　要求：</b></p><p>　　1、采用龍格庫塔方法求微分方程的數(shù)值解；</p><p>　　2、進(jìn)口溫度的初值可設(shè)定為334℃，在初始溫度與400℃之間取5個溫度點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，繪制（1）在不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化曲線；（2）床層出口溫度隨入口溫度變化曲線。并對結(jié)果進(jìn)行討論。</p><p>　　3、以給定的

5、進(jìn)口流量為中心，選擇5個不同進(jìn)口流量，間隔為150kmol/h，繪制（1）在不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的變化曲線；（2）床層出口溫度隨進(jìn)口流量變化曲線。并對結(jié)果進(jìn)行討論。</p><p>　　4、可用VB程序或EXCEL進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　5、比熱、熱效應(yīng)、平衡常數(shù)可以查閱《化學(xué)工程手冊》</p><p><b>　　目 錄</b

6、></p><p>　　1工藝過程介紹1</p><p>　　1.1目前工業(yè)上常用的一氧化碳轉(zhuǎn)換方法1</p><p>　　1.1.1甲烷化法1</p><p>　　1.1.2制氫氣法1</p><p>　　1.2工藝方法的確定1</p><p>　　1.2.1工藝流

7、程2</p><p>　　1.2.2工藝條件2</p><p>　　1.3影響反應(yīng)的工藝條件2</p><p>　　1.3.1溫度2</p><p>　　1.3.2壓力3</p><p>　　1.3.3水氣比3</p><p>　　2動力學(xué)模型的選取和反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立

8、4</p><p>　　2.1動力學(xué)模型的選取4</p><p>　　2.1.1CO變換反應(yīng)的本征動力學(xué)方程4</p><p>　　2.1.2CO變換反應(yīng)的宏觀動力學(xué)方程4</p><p>　　2.1.3總體反應(yīng)速率4</p><p>　　2.1.4絕熱式固定床反應(yīng)器的選擇5</p>

9、<p>　　2.2反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立5</p><p>　　2.2.1物料衡算5</p><p>　　2.2.2能量衡算6</p><p>　　2.2.3公式推導(dǎo)7</p><p>　　2.3考慮催化劑有效因子的分析8</p><p>　　2.3.1宏觀反應(yīng)速率8</p>

10、;<p>　　2.3.2根據(jù)等摩爾反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析8</p><p>　　3模型參數(shù)選取9</p><p>　　3.1定壓摩爾熱容9</p><p>　　3.1.1各種氣體與溫度的關(guān)系[8]9</p><p>　　3.1.2反應(yīng)初始條件10</p><p>　　3.2反應(yīng)熱10&

11、lt;/p><p>　　3.3平衡常數(shù)Kp10</p><p>　　4計(jì)算方法的確定11</p><p>　　4.1確定解微分方程組的方法11</p><p>　　4.1.1微分方程的推導(dǎo)11</p><p>　　4.2龍格庫塔法求微分方程的數(shù)值解13</p><p>　　4.2

12、.1龍格庫塔常用公式的形式13</p><p><b>　　5計(jì)算過程14</b></p><p>　　5.1在不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化14</p><p>　　5.1.1數(shù)據(jù)處理14</p><p>　　5.1.2關(guān)系曲線16</p><p>　　5.2床層出

13、口溫度隨入口溫度的變化17</p><p>　　5.2.1數(shù)據(jù)處理17</p><p>　　5.2.2關(guān)系曲線18</p><p>　　5.3在不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的變化19</p><p>　　5.3.1數(shù)據(jù)處理19</p><p>　　5.3.2關(guān)系曲線21</p>

14、<p>　　5.4床層出口溫度隨進(jìn)口流量的變化22</p><p>　　5.4.1數(shù)據(jù)處理22</p><p>　　5.4.2關(guān)系曲線23</p><p>　　6結(jié)果與討論24</p><p>　　6.1不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化24</p><p>　　6.1.1由圖中曲線

15、得出的結(jié)論24</p><p>　　6.1.2產(chǎn)生結(jié)論的原因推測24</p><p>　　6.2床層出口溫度隨入口溫度的變化25</p><p>　　6.2.1由圖中曲線得出的結(jié)論25</p><p>　　6.2.2產(chǎn)生結(jié)論的原因推測25</p><p>　　6.3不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的

16、變化25</p><p>　　6.3.1由圖中曲線得出的結(jié)論25</p><p>　　6.3.2產(chǎn)生結(jié)論的原因推測25</p><p>　　6.4床層出口溫度隨進(jìn)口流量的變化25</p><p>　　6.4.1由圖中曲線得出的結(jié)論25</p><p>　　6.4.2產(chǎn)生結(jié)論的原因推測25</

17、p><p><b>　　工藝過程介紹</b></p><p>　　氨在化工生產(chǎn)中占有非常重要的地位，主要用于制造化肥。合成氨的生產(chǎn)主要分為：原料氣的制??；原料氣的凈化與合成。粗原料氣中常含有大量的CO，由于CO是合成氨催化劑的毒物，所以必須進(jìn)行凈化處理[1]。</p><p>　　目前工業(yè)上常用的一氧化碳轉(zhuǎn)換方法</p><p&

18、gt;　　目前工業(yè)上常用的一氧化碳轉(zhuǎn)換方法主要有甲烷化法及制氫氣法?，F(xiàn)分別介紹如下，同時形成對比：</p><p><b>　　甲烷化法</b></p><p>　　甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))一般應(yīng)小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到

19、10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應(yīng)如下：</p><p>　　CO+3H2→CH4+H2O =-206.2kJ/mol</p><p>　　CO2+4H2→CH4+2H2O =-165.1kJ/mol</p><p><b>　　制氫氣法</b></p><p>　

20、　CO + H2O(g) CO2 + H2        ΔH= - 41.19KJ/mol</p><p>　　這是一個可逆放熱反應(yīng)。先經(jīng)過CO變換反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。所以這里我們采用這種方法進(jìn)行一氧化碳的變換。</p><p><

21、;b>　　工藝方法的確定</b></p><p>　　變換工藝流程的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)依據(jù)原料氣中的一氧化碳含量高低來加以確定。以煤為原料氣的中小型氨廠制得的半水煤氣中含有較高的一氧化碳，所以需采用多段中溫變換流程。中溫變換催化劑操作溫度范圍較寬，而且價廉易得，使用壽命長。因此，在一氧化碳轉(zhuǎn)換工藝設(shè)計(jì)中，選用中溫變換工藝[2]。</p><p><b>　　工藝流程&

22、lt;/b></p><p>　　半水煤氣首先進(jìn)入飽和熱水塔，在飽和熱水塔內(nèi)氣體與噴淋下來的130至140℃的熱水逆流接觸，使半水煤氣提溫增濕。出飽和塔的氣體進(jìn)入氣水分離器分離夾帶的液滴，并與蒸汽過熱器（電爐）送來的300至500℃的過熱蒸汽相混，使半水煤氣中的汽氣比達(dá)到工藝條件的要求，然后進(jìn)入主熱交換器和中間換熱器，使氣體溫度升至380℃進(jìn)入變換爐，經(jīng)第一催化反應(yīng)床層反應(yīng)后氣體溫度升到480至500℃，經(jīng)

23、蒸汽過熱器、中間換熱器與蒸汽、半水煤氣換熱，降溫后進(jìn)入第二段催化床層反應(yīng)。反應(yīng)后的高溫氣體用冷凝水冷激降溫后，進(jìn)入第三段催化床反應(yīng)。氣體離開變換爐的溫度為400℃左右，變換氣依次經(jīng)過主熱交換器、第一加熱器，熱水塔、第二熱水塔、第二水加熱器回收熱量，再經(jīng)變換氣冷卻器降至常溫后送下一工序。</p><p><b>　　工藝條件</b></p><p>　　中溫變換工藝所用

24、催化劑為鐵一鉻系，由于其起始活性溫度較高，半水煤氣在進(jìn)入變換爐之前需先將其加熱到380℃～400℃左右，而變換氣溫度較高，在進(jìn)入壓縮機(jī)前需將其冷卻到35℃左右，以增加壓縮機(jī)的打氣能力，降低功耗[3]。在流程中設(shè)置了飽和熱水塔，以便能回收變換氣中大部分未反應(yīng)的蒸汽，并配置了熱交換氣、中間換熱器以回收變換氣的顯熱[4]。為了充分回收變換氣余熱，設(shè)置了第二熱水塔以加熱銅洗工段所需熱水，第二水加熱器加熱鍋爐軟水。由此，變換工段已成為第二熱水循環(huán)

25、網(wǎng)絡(luò)的熱源中心，為實(shí)現(xiàn)蒸汽自給技術(shù)創(chuàng)造了條件。在中溫變換流程中，系統(tǒng)的平均溫度較高，而對于同樣的CO平衡變換率，變換溫度不同所需汽氣比不同。如CO 平衡變換率為百分之九十 ，240℃時的汽氣比為0.34，400℃時的汽氣比則高達(dá)0.92，即變換溫度越高，所需的汽氣比越大。因此，要達(dá)到一定的變換率，在高溫下，就需要有較大的汽氣比，則消耗的水蒸氣量增大。為此，限制了水蒸氣消耗量的進(jìn)一步降低。要進(jìn)一步降低水蒸氣消耗量，首先要采用低溫高活性催化

26、劑，使反應(yīng)能在較低的溫度下進(jìn)行．不需用很大的水與一氧化碳的比，便可實(shí)現(xiàn)較高的平衡變換率。</p><p><b>　　影響反應(yīng)的工藝條件</b></p><p><b>　　溫度</b></p><p>　　由于CO變換為可逆的放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)Kp隨溫度升高而減小。從平衡角度考慮，低溫下進(jìn)行CO變換反應(yīng)有利于降低出口CO

27、含量，但是必須高于其起活溫度并且不能結(jié)露。于是采用適于低溫或?qū)挏氐亩喾N催化劑和中、低溫變換催化劑組合的工藝流程。</p><p><b>　　壓力</b></p><p>　　一氧化碳變換是等分子反應(yīng)，如為理想氣體時，壓力對平衡沒有影響。壓力在30.5atm時，溫度在200～500℃時，壓力對變換反應(yīng)沒有顯著影響。</p><p><b&

28、gt;　　水氣比</b></p><p>　　提高水蒸汽比例，有利于提高CO變換率，降低CO殘留量。另外，過量的水蒸汽還起到熱載體的作用，減少催化劑床層的溫升。但是，過高的水氣比使得變換過程的消耗增加，床層阻力增加，并使余熱回收設(shè)備負(fù)荷加重。所以，選擇一個合適的水氣比顯得尤為重要。水氣比的高低還受催化劑的制約。根據(jù)催化劑的特性和各段反應(yīng)出口CO濃度及最終CO濃度的要求，該工程CO變換流程水氣比定為1.

29、4[5]。</p><p>　　動力學(xué)模型的選取和反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立</p><p><b>　　動力學(xué)模型的選取</b></p><p>　　反應(yīng)可以按擬均相處理，所以只需考慮反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)，不需考慮傳遞數(shù)據(jù)。</p><p>　　CO變換反應(yīng)的本征動力學(xué)方程</p><p>　　公式（1）　

30、　　　　　　　　　　</p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　公式（2）</b></p><p><b>　　公式（3）</b></p><p>　　CO變換反應(yīng)的宏觀動力學(xué)方程</p><p>　　催化劑有效因子ζ，因此該

31、反應(yīng)的宏觀動力學(xué)方程：</p><p><b>　　公式（4）</b></p><p><b>　　總體反應(yīng)速率</b></p><p>　　穩(wěn)態(tài)條件下，在氣固相催化反應(yīng)器中，反應(yīng)組分從氣流主體擴(kuò)散到催化劑外表面的速率等于顆粒內(nèi)實(shí)際反應(yīng)速率。rＡ,g是以單位體積催化床層為基礎(chǔ)并考慮內(nèi)擴(kuò)散過程的總體速率。</p>

32、<p><b>　　公式（5）</b></p><p>　　絕熱式固定床反應(yīng)器的選擇</p><p>　　絕熱式固定床反應(yīng)器有單段與多段之分。絕熱式反應(yīng)器由于與外界無熱交換以及不計(jì)熱損失，對于放熱反應(yīng)，依靠本身放出的反應(yīng)熱而使反應(yīng)氣體溫度逐步升高；催化反應(yīng)器入口氣體溫度要高于催化劑的起始活性溫度，而出口氣體溫度要低于催化劑的耐熱溫度[6]。</p&

33、gt;<p>　　CO+H2OCO2+H2是等摩爾的放熱反應(yīng)，絕熱溫升較小，溫度對產(chǎn)物影響不是特別大，因此本反應(yīng)選擇單段絕熱固定床催化反應(yīng)器。</p><p>　　單段絕熱反應(yīng)器的反應(yīng)物料在絕熱條件下發(fā)生反應(yīng)后流出反應(yīng)器。</p><p>　　反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立</p><p><b>　　物料衡算</b></p>

34、<p><b>　　圖1　物料衡算</b></p><p>　　選微元dL高度床層作為物質(zhì)衡算基礎(chǔ)，在穩(wěn)態(tài)時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律在某一時刻反應(yīng)物CO在單位時間內(nèi)進(jìn)入微元體的量等于單位時間內(nèi)CO流出微元體的量加上在微元體中消耗的量，即：</p><p>　　CO進(jìn)入微元體的量 = CO流出微元體的量 + CO在微元體中消耗的物質(zhì)的量

35、 </p><p><b>　　用符號表示為： </b></p><p><b>　　公式（6）</b></p><p>　　其中： 公式（7）</p&

36、gt;<p>　　整理得： 公式（8） </p><p>　　又連續(xù)流動條件下轉(zhuǎn)化率定義為：</p><p><b>　　公式（9）</b></p><p><b>　　公式（10）</b></p><p>　

37、　對式微分后代入式得：</p><p><b>　　公式（11）</b></p><p>　　經(jīng)整理后，可以得到如下的微分方程式：</p><p><b>　　公式（12）</b></p><p><b>　　能量衡算</b></p><p>　　同樣取

38、微元體dVB為熱量衡算基礎(chǔ)，設(shè)在微元dVB中的溫度變化為dT。進(jìn)入物料的總摩爾流量為F0，總體積流量為，換熱介質(zhì)的溫度為TS，則在等壓下對于放熱反應(yīng)熱量衡算關(guān)系為：</p><p>　　單位時間dVB中反應(yīng)放出的熱量 = 單位時間體系升溫吸收的熱量 + 單位時間體系向外傳出的熱量</p><p><b>　　用公式表示為：</b></p><p&g

39、t;<b>　　公式（13）</b></p><p>　　式中，S為單位長度反應(yīng)管的管壁傳熱面積， 公式（14）</p><p><b>　　公式（15）</b></p><p>　　帶入反應(yīng)器的物料衡算方程式整理得：</p><p><b>　　公式（16）&l

40、t;/b></p><p>　　由于選取的反應(yīng)器為單段絕熱式，所以傳向環(huán)境的熱量為零，即：</p><p><b>　　公式（17）</b></p><p><b>　　即： </b></p><p><b>　　公式（18）</b></p><p&

41、gt;　　經(jīng)整理后，可以得到如下的微分方程式：</p><p><b>　　公式（19）</b></p><p><b>　　公式推導(dǎo)</b></p><p><b>　　公式（20） </b></p><p>　　= 　　　　公式（21） <

42、;/p><p><b>　　公式（22）</b></p><p><b>　　公式（23）</b></p><p><b>　　公式（24）</b></p><p><b>　　公式（25）</b></p><p><b>　

43、　公式（26）</b></p><p><b>　　公式（27）</b></p><p><b>　　公式（28）</b></p><p>　　公式（29） </p><p><b>　　公式（30）</b></p><p>

44、　　考慮催化劑有效因子的分析</p><p><b>　　宏觀反應(yīng)速率</b></p><p>　　由于床層直徑遠(yuǎn)大于顆粒直徑，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，所以垂直氣流方向的溫度差、濃度差、軸向返混都可以不計(jì)，可以采用一維平推流模型進(jìn)行計(jì)算。忽略校正因子及壽命因子對反應(yīng)速率的影響，則宏觀反應(yīng)速率的計(jì)算式為：</p><p><b>　　公式

45、（31）</b></p><p>　　根據(jù)等摩爾反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析</p><p>　　CO+H2OCO2+H2為等摩爾反應(yīng)，所以滿足</p><p><b>　　公式（32）</b></p><p>　　考慮催化劑有效因子ζ，得出</p><p><b>　　公式（33）&

46、lt;/b></p><p><b>　　因此可以得出</b></p><p><b>　　公式（34）</b></p><p><b>　　公式（35）</b></p><p><b>　　模型參數(shù)選取</b></p><p&g

47、t;<b>　　定壓摩爾熱容</b></p><p>　　由<<物理化學(xué)>>[7]上冊得某些氣體的摩爾定壓熱容與溫度的關(guān)系</p><p>　　單位： 公式（36）</p><p>　　各種氣體與溫度的關(guān)系[8]</p><p><b>　　公

48、式（37）</b></p><p><b>　　公式（38）</b></p><p><b>　　公式（39）</b></p><p><b>　　公式（40）</b></p><p><b>　　公式（41）</b></p>&

49、lt;p><b>　　公式（42）</b></p><p><b>　　反應(yīng)初始條件</b></p><p>　　反應(yīng)初始各組分的濃度</p><p>　　表1 反應(yīng)初始各組分的濃度</p><p><b>　　平衡態(tài)</b></p><p>　

50、　反應(yīng)初始各組分的濃度</p><p>　　表2　　平衡態(tài)各組分濃度</p><p><b>　　公式（43）</b></p><p><b>　　公式（44）</b></p><p>　　進(jìn)口氣體流量NT0=9000kmol/h，塔的截面積===12.56m2</p><p&g

51、t;　　P=30.5atm ， ζ=0.6 ， =1500kg/m3</p><p><b>　　反應(yīng)熱</b></p><p>　　已知在25℃下摩爾反應(yīng)熱為= –9838，查<<合成氨>>[9]反應(yīng)熱與溫度的關(guān)系符合下式關(guān)系：</p><p><b>　　[9]</b></p>

52、<p><b>　　公式（45）</b></p><p><b>　　平衡常數(shù)Kp</b></p><p>　　由<<化學(xué)工程手冊>>[10]查知 平衡常數(shù)Kp隨溫度的變化可根據(jù)下式：</p><p><b>　　公式（46）</b></p>&

53、lt;p><b>　　其中 </b></p><p>　　T — 溫度，K </p><p><b>　　計(jì)算方法的確定</b></p><p>　　確定解微分方程組的方法</p><p>　　顯然我們要求微分方程組的數(shù)值解，常用方法有歐拉法、改良?xì)W拉法和龍格-庫塔法。</p

54、><p>　　其中龍格-庫塔法精度高，屬于單步驟法，且截?cái)嗾`差較小，四階龍格庫塔法截?cái)嗾`差更小，相對也簡單。這里采用龍格庫塔法進(jìn)行求解。</p><p><b>　　由方程</b></p><p><b>　　公式（47）</b></p><p><b>　　得微分方程</b>&l

55、t;/p><p><b>　　公式（48）</b></p><p><b>　　微分方程的推導(dǎo)</b></p><p><b>　　公式（49）</b></p><p>　　熱量衡算方程的一般形式</p><p><b>　　公式（50）</

56、b></p><p>　　絕熱條件下無與環(huán)境的熱交換，所以熱量衡算方程可以簡化為</p><p><b>　　公式（51）</b></p><p>　　結(jié)合反應(yīng)動力學(xué)方程式，整理后，可以得到如下微分方程：</p><p><b>　　公式（52）</b></p><p>

57、;<b>　　公式（53）</b></p><p><b>　　公式（54）</b></p><p><b>　　公式（55）</b></p><p><b>　　另外</b></p><p><b>　　公式（56）</b><

58、/p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　公式（57）</b></p><p><b>　　公式（58）</b></p><p><b>　　ζ=0.6</b></p><p>　　D=4m, NT0=9000

59、000mol/h， ρ=1500000g/m3</p><p>　　龍格庫塔法求微分方程的數(shù)值解</p><p>　　龍格庫塔常用公式的形式</p><p>　　龍格庫塔法公式的形式多種多樣，現(xiàn)將龍格庫塔法常用的幾種形式列舉如下：</p><p><b>　　公式（59）</b></p><p>

60、<b>　　公式（60）</b></p><p><b>　　公式（61）</b></p><p><b>　　公式（62）</b></p><p><b>　　公式（63）</b></p><p><b>　　公式（64）</b>&

61、lt;/p><p><b>　　公式（65）</b></p><p><b>　　公式（66）</b></p><p><b>　　公式（67）</b></p><p><b>　　公式（68）</b></p><p><b>

62、;　　公式（69）</b></p><p><b>　　公式（70）</b></p><p><b>　　公式（71）</b></p><p><b>　　計(jì)算過程</b></p><p>　　在不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化</p><

63、p>　　用Excel對微分方程的數(shù)值解進(jìn)行計(jì)算，催化床層高度為1.5m,取步長h=0.075m,共計(jì)算20個點(diǎn)，通過取不同的進(jìn)口溫度，得出在不同進(jìn)口溫度下，床層溫度隨床層的高度的變化。</p><p><b>　　表3 有效條件</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　以進(jìn)口溫度33

64、4℃為例進(jìn)行計(jì)算如下：</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　代入題給條件如下：</b></p><p>　　各組分的初始濃度為：</p><p>　　表1 反應(yīng)初始各組分的濃度</p><p><b>　　代入公式：</b&

65、gt;</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　當(dāng)= 0.0950，= 0.075時</p><p>　　即在0.075m高度處，CO含量和溫度分別為：</p><p>　　同理，可用excel求得不同進(jìn)口溫度下CO在各段的出口含量及溫度。</p><p>　　用excel計(jì)

66、算得到的數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　表4 不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化數(shù)據(jù)</p><p><b>　　關(guān)系曲線</b></p><p>　　用excel作圖如下：</p><p>　　圖2　不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化曲線</p><p>　　床層出口溫度隨入口溫度的

67、變化</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　以進(jìn)口流量NT0=9000Kmol/h為例具體計(jì)算過程如下：</p><p>　　按照不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化的計(jì)算方法</p><p><b>　　仍由</b></p><p><b

68、>　　等公式進(jìn)行計(jì)算</b></p><p>　　只需要將上面求得的結(jié)果取床層最后一段處的CO含量和溫度，即在1.5m高度處，CO含量和溫度分別為：</p><p>　　同理，可用excel求得不同進(jìn)口溫度下的出口含量和溫度。</p><p>　　用excel計(jì)算得到的數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　表5 不同進(jìn)口溫度下的

69、出口含量和溫度數(shù)據(jù)</p><p><b>　　關(guān)系曲線</b></p><p>　　用excel作圖如下：</p><p>　　圖3 　不同進(jìn)口溫度下床層出口溫度隨入口溫度的變化曲線</p><p>　　在不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的變化</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理&l

70、t;/b></p><p>　　以以進(jìn)口溫度334℃為例進(jìn)行計(jì)算如下：</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　代入題給條件如下：</b></p><p>　　各組分的初始濃度為：</p><p>　　表1 反應(yīng)初始各組分的濃度</

71、p><p><b>　　代入公式：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　當(dāng)= 0.0950，= 0.075時</p><p>　　即在0.075m高度處，CO含量和溫度分別為：</p><p>　　同理，可用excel求得不同進(jìn)口流量下CO在各段

72、的出口含量及溫度。</p><p>　　用excel處理得到的數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　表6　　不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的變化數(shù)據(jù)</p><p><b>　　關(guān)系曲線</b></p><p>　　用excel作圖如下：</p><p>　　圖4　　不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的

73、變化曲線</p><p>　　床層出口溫度隨進(jìn)口流量的變化</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　以進(jìn)口流量NT0=9300Kmol/h為例具體計(jì)算過程如下：</p><p>　　按照不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的變化的計(jì)算方法</p><p><b>　

74、　仍由</b></p><p><b>　　等公式進(jìn)行計(jì)算</b></p><p>　　只需要將上面求得的結(jié)果取床層最后一段處的CO含量和溫度，即在1.5m高度處，CO含量和溫度分別為：</p><p>　　同理，可用excel求得不同進(jìn)口流量下的出口含量和溫度。</p><p>　　用excel處理得到的數(shù)

75、據(jù)如下：</p><p>　　表7　　　不同進(jìn)口流量下床層出口溫度隨進(jìn)口流量變化數(shù)據(jù)</p><p><b>　　關(guān)系曲線</b></p><p>　　用excel作圖如下：</p><p>　　圖5不同進(jìn)口流量下床層出口溫度隨進(jìn)口流量變化曲線</p><p><b>　　結(jié)果與討論&l

76、t;/b></p><p>　　不同進(jìn)口溫度下床層溫度隨床層高度的變化</p><p>　　由圖中曲線得出的結(jié)論</p><p>　　隨著進(jìn)口溫度的升高，床層溫度隨床層高度的變化曲線漸漸由近似直線變?yōu)榍€。</p><p><b>　　產(chǎn)生結(jié)論的原因推測</b></p><p>　　當(dāng)進(jìn)口溫

77、度相對較低，床層溫度隨床層高度近似呈直線變化，可能是由于進(jìn)口溫度對反應(yīng)熱和催化劑性質(zhì)影響較小，床層溫度主要受反應(yīng)熱的控制，所以床層溫度隨床層高度的增加近似呈線性增加。</p><p>　　當(dāng)進(jìn)口溫度增加到一定的數(shù)值時，進(jìn)口熱量與反應(yīng)熱相比較不能忽略，床層溫度隨床層高度呈曲線變化，可能由于較高的溫度影響了催化劑性質(zhì)，進(jìn)而影響反應(yīng)進(jìn)行程度，同時高溫不利于該放熱反應(yīng)的進(jìn)行。因此床層溫度隨床層高度仍然增加但速率減緩。&l

78、t;/p><p>　　床層出口溫度隨入口溫度的變化</p><p>　　由圖中曲線得出的結(jié)論</p><p>　　由圖可得，床層出口溫度隨入口溫度呈近似直線關(guān)系，并隨入口溫度的增加而增加。</p><p><b>　　產(chǎn)生結(jié)論的原因推測</b></p><p>　　可能原因是反應(yīng)器為固定床絕熱反應(yīng)器，

79、反應(yīng)熱不用于與外界進(jìn)行熱交換，而用于反應(yīng)物料升溫，反應(yīng)又為等摩爾反應(yīng)，所以焓值的增加是線性的，總能量不變，所以床層出口溫度的增加也是線性的。所以床層出口溫度隨入口溫度呈近似直線關(guān)系。</p><p>　　不同進(jìn)口流量下床層溫度隨床層高度的變化</p><p>　　由圖中曲線得出的結(jié)論</p><p>　　同一進(jìn)口流量下，床層溫度隨床層高度的變化趨勢近似呈直線關(guān)系，并

80、隨床層高度的增加而增加。在不同流量下，隨進(jìn)口流量的增大床層溫度隨床層高度變化的變化率減小，但整體來看出口溫度變化并不明顯。</p><p><b>　　產(chǎn)生結(jié)論的原因推測</b></p><p>　　在同一進(jìn)口流量下，隨著床層高度的增加，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率增加，放熱量線性增加，所以床層溫度隨床層高度的增加近似呈線性增加。在不同流量下，隨著進(jìn)口流量的增大，進(jìn)口流體起到的熱載體作

81、用不能忽略，反應(yīng)物出反應(yīng)器時攜帶的總能量可能增大，造成催化床層增加的能量相對減少，所以床層溫度隨床層高度增加的速率減小，但由于反應(yīng)按理想的絕熱反應(yīng)處理，整體上看出口溫度變化并不明顯。</p><p>　　床層出口溫度隨進(jìn)口流量的變化</p><p>　　由圖中曲線得出的結(jié)論</p><p>　　床層出口溫度隨入口流量的增大呈近似線性減小。</p>&l

82、t;p><b>　　產(chǎn)生結(jié)論的原因推測</b></p><p>　　隨著進(jìn)口流量的增大，反應(yīng)物出反應(yīng)器時攜帶的總能量可能增大，如果出口處反應(yīng)物及產(chǎn)物攜帶的能量的增加量大于進(jìn)口流量增加的焓值，則會造成催化床層增加的能量相對減少，出口溫度降低。反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，入口能量的增加全部用來物料及催化床層的升溫，沒有其他量的影響，所以床層出口溫度隨入口流量的變化是近似線性的。</p>

83、;<p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 河北工學(xué)院. 氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊. 第一版. 北京: 石油化學(xué)工業(yè)出版社出版, 1977. 12.</p><p>　　2　王樹仁.《合成氨生產(chǎn)工藝》[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2005-02</p><p>　　3 梅安華主編.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手

84、冊[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 1995 . 330-360</p><p>　　4 陳國桓.《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995-2.174-175，205-208</p><p>　　5 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》[M].上海: 化學(xué)工業(yè)出版社.1996</p><p>　　6 王承學(xué), 胡永琪. 化學(xué)反

85、應(yīng)工程. 第一版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008. 10.</p><p>　　7 王正烈, 周正平. 物理化學(xué). 上冊. 第四版. 北京: 高等教育出版社, 2001. 12.</p><p>　　8 化工部第六設(shè)計(jì)院編.《化學(xué)工程手冊》[M].第1 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1980</p><p>　　9 石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院主編.《合成氨》.