【正文】 16 +59= (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 2H 的量為： +59= (標(biāo) ) 故在二段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2O 的量為： =(標(biāo) ) 所以出中變爐的濕組分： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 100 m3(標(biāo) ) kmol 對(duì)出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K= （ H2%CO2%） /（ H2O%CO%） 計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=405℃ 設(shè) 平均溫距為 40℃ ，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 405℃ 40℃ =365℃ 中變爐二段催化床層的物料衡算 以知條件 ： 進(jìn) 變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 353℃ 出 變爐二段催化床層的變換氣溫度為： 365℃ 變換氣反應(yīng)放熱 1Q ： 計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：632K,計(jì)算結(jié)果如下 ： 如表 表 組分 2H H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 17 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △ 1H =（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 1Q == kJ/kg 氣體吸熱 2Q ： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, 2H , H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱容。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 24 熱量計(jì)算 (1)入熱： 水的帶入熱 Q1 水在 20℃ 時(shí) Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q1=X（ 20+273） = 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱 Q2： 轉(zhuǎn)化氣在 220℃ 時(shí) T=473K 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來(lái)計(jì)算熱容。 溫度： 變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度： 410℃ 變換氣出設(shè)備的溫度： 250℃ 水進(jìn)設(shè)備的溫度： 20℃ 水出設(shè)備的溫度： 90℃ (1)入熱： 變換氣帶入熱 ： Q1 變換氣在 365℃ 時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：pC =a+b+CT2來(lái)計(jì)算熱容。 V=KPABCD。（ 2） = m3(標(biāo) )/h 出第一段床層變換氣中 CO%=% 進(jìn)第一段床 層的變換氣濕組分： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 100 m3(標(biāo) ) 266.6 1475.6 kmol n=%%=% 在 410℃ 時(shí)，查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》 Kp= 則： W= = U=(+)+(+) = V= = q= 2 ??? = ?????? ?? ????? ???? qU qUqUWn qUWnqkKpTo ln22ln = 所以 ： V01 =T0V0 == m3 備用系數(shù)取 ： 所以： V0 1== m3 二段床層觸媒用量 已知條件： 第二段床層變換氣進(jìn)口溫度為： 353℃ ，第二段床層變換氣出口溫度為： 365℃ 平均溫度為：（ 353℃ +365℃ ） /2=359℃ 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 31 由《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》得到在 375℃ 時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，在 317℃ 時(shí)反應(yīng)速度常數(shù) k2=2130。 v ——?dú)怏w在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤 /米 3。 C6型觸媒外型尺寸為 ￠ 98 毫米圓柱體 dp=(6Vp) 247。m .Cm/λm= 211 2 ??? ? 內(nèi)? = ??? =(m.℃ )= =（ ） 管間給熱系數(shù)計(jì)算： 管間裝方形擋板 r=,方形板開口高度取直徑的 40%，即 h′=,板間距取 ,此時(shí)流體橫過(guò)管束的流道截面積： S1=Hd(1d0/t)= ?????? ?30251= 擋板 開口方向截面積： Sa=? /180r2COS1( )39。M/181。 操作壓力 ≤ 2 中變換熱器 C202 1 U 型換熱器，列管： φ252 3 淬冷器 F202 1 工作壓力： 工作溫度： 180℃ 4 低溫變換爐 D205 1 材質(zhì)： 16MnR 操作溫度 ≤260℃ 操作壓力 ≤ 5 中變廢熱鍋 爐 C201 1 型號(hào)： DG255010 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 參考文獻(xiàn) 41 參考文獻(xiàn) [1] 陳五平《合成氨》北京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 [2] 楊春升《小型合成氨廠生產(chǎn)操作問答》北京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社 1998 [3] 。mSm= 2 ??? ? = d0G/181。MSm)(Cm 181。 = （ 2）中變爐第一段催化床層的阻力降 ： 第一段催化床層變換氣的平均溫度： 410℃ 第一段催化床層變換氣的壓力 ： 1750kp 第一段催化床層變換氣的平均分子量： M=∑iY iM =第一段催化床層變換氣的重度： r=1 7 5 0273 ??? =河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 33 氣體重度流量 (濕 )G： G=??? = kg/m3 ? h 第一段催化床層的高度 ： L= ? = 第一段催化劑床層阻力降 ： △ P = LE Edpv Gf ??????? ? =（ 3）中變爐第二段催化床層的阻力降 ： 第二段催化床層變換 氣的平均溫度 359℃ 第二段催化床層變換氣的平均分子量 ： M=∑YiMi=第二段催化床層變換氣的重度 ： v = 15 .98 34273 353 .5 101 .3322 .4 273 175 0??? =氣體重度流量 (濕 )G G=??? = kg/m3 h 第二段催化床層的高度 ： L= ? = 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 34 第二段催化劑床層阻力降 ： △ P = LE Edpv Gf ??????? ? =中變爐催化劑的總阻降： △ P 總 =+12， 13 = kgf/m3 = 所以計(jì)算得中變爐催化劑的總阻降符合要求，中變爐催化劑床層直徑 可用 . (4)中變爐進(jìn)口直徑的計(jì)算： 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃ ， 時(shí)的密度如下表 如表 表 組分 O2 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 對(duì)密度進(jìn)行校核得在 330℃ ， 1750kP 時(shí)密度為： ? 330273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 330℃ ， 時(shí)的密度為 kg/m3 對(duì)水的密度進(jìn)行校核得在 330℃ ， 1750kP 時(shí)密度為： ??? kg/m3 所以氣體密度為： + ?? kg/m3 Vs=?Ws= = m3/s 取氣體流速為 100m/s d=???= (5)中變爐出口直徑的計(jì)算 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 35 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃ ， 時(shí)的密度如 表 表 組分 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 對(duì)密度進(jìn)行校核得在 365℃ ， 1015kP 時(shí)密度為： ? 365273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 365℃ ， 時(shí)的密度為 kg/m3 對(duì)水的密度進(jìn)行校核得在 365℃ ， 1015kP 時(shí)密度為： ??? kg/m3 所以氣體密度為： + ?? kg/m3 Vs=?Ws= =取氣體流速為 50m/s d= ???= (6)中間 冷 凝水進(jìn)口直徑： 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 20℃ ， 1750kP 時(shí)的密度為 998 kg/m3 此時(shí)壓力對(duì)水的影響不大，不需要校核 Vs=?Ws= ? =取氣體流速為 5m/s d= ???= 中變廢熱鍋爐 取中變廢熱鍋爐入口熱水溫度為 80℃ ,假定出口熱水溫度為 150℃ ,查飽和水蒸氣表得 150℃ 時(shí)的焓值 IH2O=㎏ , IH2O(g)= KJ/㎏ ,汽化熱為 KJ/㎏ 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 36 已知條件 氣體流量及組成 (不考慮水蒸氣冷凝量 ) 進(jìn)氣流量 ： =1740kmol/h 出氣流量 ： =1740kmol/h 氣體組成 ： 同中變氣體出口組成 (略 ) m = 操作狀況 ： 如表 表 操作狀況 進(jìn)口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 操作壓力 ,mPa(絕 ) 中 變 氣 430 280 熱 水 80 150 蒸汽壓 換熱器熱負(fù)荷 ： 擬采用單程換熱器 ,并使熱氣體走管內(nèi) ,冷氣體走管間 ,故以熱氣體放出熱量為計(jì)算熱負(fù)荷 ： Q=(Q 放 Q 損 ) =() = 設(shè)備直徑與列管數(shù)量確定 為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊 ,減少熱量損失 ,提高單位面積換熱能力 ,擬采用 φ25 小列管 ,單程結(jié)構(gòu) ,并使熱氣體走管內(nèi) ,冷氣體走管程 . 列管數(shù)量估算 ： 管內(nèi)氣體重量流量為 ： G==為使管內(nèi)雷諾準(zhǔn)數(shù)大于 100000，估計(jì)重量流速為 25Kg/(),則需要列管數(shù)為： n= 354221 0 0 1 0 6 . 0 3 82????? (根 ) 管板直徑 估算： 采用正六角形排列，取充填系數(shù) η=，管間距取 t=25=30mm. D=?n=30==1200mm 設(shè)備規(guī)格選定： 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 37 中變廢熱鍋爐內(nèi)徑取 1200mm,列管 φ25，采用正六角形排列，管間距取30mm, 管壁與殼壁凈距不小于 15mm。 L——觸媒床高度 ,米 。 f ——摩擦系數(shù) ,一般取 。 進(jìn)第一段床層變換氣中 N2%=% 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 設(shè)備的計(jì)算 30 則： V0=（ 3790247。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容： 如表 表 物質(zhì)