【正文】 合要求，中變爐催化劑床層直徑 . (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 組分 O2 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 (濕組分 ) 對密度進(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= =取氣體流速為 50m/s d= ???= (5) 中變爐出口直徑的計(jì)算 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃， 時(shí)的密度如下表 組分 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 對密度進(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)壓力對水的影響不大，不需要校核 Vs=?Ws= ? =取氣體流速為 5m/s d= ???= 的計(jì)算 已知條件： 水進(jìn)主換熱器的溫度： 20℃ 水出主換熱器的溫度： 90℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 365℃ 變換氣出 主換熱器的溫度： 250℃ 傳熱面積的計(jì)算 以水的吸熱來計(jì)算 從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ 取 K=250 kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 設(shè)富裕傳熱面積為： 30% S 實(shí) =*= 選擇固定管板式換熱器： 公稱直徑： 600 mm ,公稱面積： 120 M2,管子總數(shù)： 254，管長： 6m 管程數(shù)： 2，殼程數(shù)： 1，管子： ￠ 25? ，管子排列方式：三角形 設(shè)備直徑與管板的確定 管板直徑的計(jì)算公式： D=(n/? ) n—— 管數(shù) ? —— 管板填充 系數(shù)，取 t—— 管子中心距，取 所以 D= ? = 官板直徑選用 ￠ ，設(shè)備外徑為 ￠ 傳熱系數(shù)的驗(yàn)算 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算公式如下： a 內(nèi) = Re=G*d/u Pr=u*Cm/? ? u= i i iiiy u MyM???? 粘度的計(jì)算： 查《化工原理》在 ℃時(shí)，各氣體的 u 值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O u(mp*s) 根據(jù)公式得： i i im iiy u Mu yM??? ?? =*s=(m*h) 導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算： 查《化工原理》在 ℃時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O ? 根據(jù)公式得： ????? ?iiiii My My ?? =(h*℃ ) 熱容的計(jì)算： 變換氣在 ℃時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容以 及表 和 可得。 L—— 觸媒床高度 ,米 。 f —— 摩擦系數(shù) ,一般取 。（ 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： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml n=%%=% 在 ℃時(shí)，查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》 Kp= 則： W= = U= (+)+(+) = V= = q= 3 4 6 3 0 6 3 5 2 ??? = ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V01 =T0*V0 = =7 M3 備用系數(shù)取： 所以： V0 1=7 = M3 第二段床層觸媒用量 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℃ 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。 U=Kp(A+B)+(C+D)。 溫度： 變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度： 365℃ 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℃ 熱 量計(jì)算： （ 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)教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式 Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容。 熱量衡算： （ 1） 入熱： 水的帶入熱 Q1 水在 20℃時(shí) Cp= kJ/（ ） 所以： Q1=X （ 20+273） = 轉(zhuǎn)化氣的帶入熱 Q2： 轉(zhuǎn)化氣在 920℃時(shí) T=1193K 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容。熱容的單位為 kJ/（ ） 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來計(jì)算熱容 : 物質(zhì) a b/103 c/106 d/109 CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 365353） = 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 9．中變二段催化劑操作線計(jì)算 由中變二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐入口氣體溫度 353℃ 中變爐出口氣體溫度 365℃ 中變爐入口 CO 變換率 60% 中變爐出口 CO 變換率 74% 01020304050607080352 354 356 358 360 362 364 366溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 所以中變爐的操作線如圖： 0102030405060708090100300 325 350 375 400 425溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp ] 中變換爐物料量平衡表 組分 進(jìn)中變換爐的物料量 /m3 出一段催化床層的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 O2 —————————— CH4 H2O 合計(jì) 組分 進(jìn)二段催化床層的物料量 /m3 出二段催化床層的物料量 /m3 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 中變換爐一段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體 吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ CO 反應(yīng)： O2反應(yīng)： 總熱量： 中變換爐二段熱量平衡表 反應(yīng)放熱 /kJ 氣體吸熱 /kJ 熱量損失 /kJ 已知條件： 進(jìn)低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 所以 進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 低變爐的物料衡算 要將 CO％降到 ％（濕基）以下，則 CO 的實(shí)際變換率為： X p％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=％ 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： ％ = M3(標(biāo) ) = kmol 出低溫變換爐 CO 的量： = M3(標(biāo) ) = kmol 出低溫變換爐 H2 的量： += M3(標(biāo) ) = kmol 出低溫變換爐 H2O 的量： = M3(標(biāo) ) = kmol 出低溫變換爐 CO2 的量 : += M3(標(biāo) ) = kmol 出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干） =++++ = M3(標(biāo) )= kmol 故出低變爐催化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： CO2％ ==% H2％ ==% N2％ ==% CH4％ ==% 出低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（干） =+++++ = M3(標(biāo) ) = kmol 故出低變爐催化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = ? =% 同理： CO2％ = ? =% H2％ = ? =% N2％ = ? =% CH4％ = ? =% H2O％ = ? =% 所以出低變爐的濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) kmol