【正文】 過程的物料和熱量衡算： 此過程采用水來對(duì)變換氣進(jìn)行降溫。 = 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 ： 進(jìn)出設(shè)備的變換氣的量： 進(jìn)出設(shè)備的水的量： Xkoml 物料的量在設(shè)備中無變化。rhr? (rh’)(Dh’h’2) =? /180 （ ? ） （ ） ?? =2 開口弓形面積減去列管所占面積： S2=Sa=???????? ???????td=???????? ???????2= 2m 平均流通截面積： Sm= 0 9 8 5 0 ??SS = 2m 殼程熱水在壓力 ,溫度 t = 215080? =115℃時(shí)水的物性參數(shù)： CH2O=(㎏ .℃ ) μ = λ = 102W/（ m.℃） 管間給熱系數(shù)按下式 計(jì)算 α 外 =λm/de (d0G/181。mSm=( )/( )= mmmC?? = 2?? = 略去流體由于蒸汽的存在而對(duì)熱水的物性參數(shù)如粘度的影響，則： α 外 = 3/ ??? =(.℃ ) 總傳熱系數(shù)計(jì)算 以管外表面計(jì)的總傳熱系數(shù)為： K0=iiim ddddRddR 0000111?????內(nèi)外 ???? 列管平均直徑： md = ?= 列管導(dǎo)熱系數(shù)λ =30Cal/(.℃ ) 垢層熱阻 iRR?0 = ..2hm ℃ /Kcal 所以：202512025301 10 ????????K =( 2m .h.℃ ) 平均溫度差計(jì)算： Δ tm = ? ? ? ?802 8 01 5 04 3 0ln 802 8 01 5 04 3 0?? ???=℃ 換熱面積計(jì)算： ????? mtK QF= 取備用系數(shù) ，則 F′ = 列管長(zhǎng)度計(jì)算 L=??? =1. 70m 考慮管板、擋板所占長(zhǎng)度及定管尺長(zhǎng)，實(shí)取 L= 主要設(shè)備一覽表 序號(hào) 名稱 位號(hào) 臺(tái)數(shù) 型號(hào)，規(guī)格 1 中溫變換爐 D203 1 材質(zhì)： 12CrMo 操作溫度 ≤ 450176。 ，取其平均值為 5 =，即轉(zhuǎn)化為球形粒徑，即φ ， dp== 設(shè)催化劑床層直徑為 , 則： E=+ ????Dd p 催化劑床層阻力 氣體平均分子量 M= 氣體在進(jìn)入低變催化劑層中的重度γ γ =12 7 32 0 02 7 ???= 式中： 200 為氣體的平均溫度值 氣體質(zhì)量流量 G=? ? 1??? =() 催化劑層高 L=??= m 所以：Δ P= ? ? ? ? ??????? ? =396Kgf/m2=(396mmH2O) 計(jì)算結(jié)果符合要求Δ P＜ ,故取催化劑直徑 2. 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/㎏ 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 : =出氣流量 : = kmol/h 氣體組成 : 同中變氣體出口組成 (略 ) m = 操作狀況 : 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φ 25 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 10000，估計(jì)重量流速為 25Kg/(),則需要列管數(shù)為： n= 6 9 33 6 0 9 5 9 52????? (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=19mm. D=?n= 30= 設(shè)備規(guī)格選定： 中變廢熱鍋爐內(nèi)徑取 940mm,列管φ 25 ，采用正六角形排列，管間距取 30mm, 管壁與殼壁凈距不小于 15mm。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 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： 表 物質(zhì) a b c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**（ 920+273） = （ 2）出熱： 轉(zhuǎn)化氣的帶出熱： Q3= （ 330+273） = 轉(zhuǎn)化氣在 335℃時(shí) T=608K 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/（ kmol.℃ ） 查表可得： 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 Cpm=∑ Yi*Cp= KJ/（ kmol.℃ ） 所以氣體吸熱 Q3=**(415330)= 假設(shè)熱損失 Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 5．中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D）， W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 CO CO2及 H2的起始濃度 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp中變爐平衡曲線 由于中變爐選用 C6型催化劑， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTee?? 進(jìn)行計(jì)算。aY 分別為原料及變換氣中 CO的摩爾分率（濕基） 則反應(yīng)掉的 CO的量為： 74％ = 則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O％ =％ ％ +％ =23％ CO％ =％ ％ =％ H2％ =％ +％ ％ =％ CO2％ =％ +％ =％ 中變爐出口的平衡常數(shù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） =12 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知 K=12 時(shí)溫度為 397℃。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。 工藝流程確定 目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中低低 4種工藝。一般小型氨廠操作壓力為 ,中型氨廠為 ~。 一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。 年工作日 330 天 ,其余數(shù)據(jù)自定。 二、設(shè)計(jì)（論文）的原始數(shù)據(jù)： 天然氣成分：以鴻化廠的實(shí)際工作數(shù)據(jù)為依據(jù)來進(jìn)行。最后，少量的 CO 用液氨洗滌法，或是低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除。 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q (11) CO+H2 = C+H2O (12) 其中反應(yīng) （ 1）是主反應(yīng)，反應(yīng)（ 2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn)物的方向進(jìn)行，工業(yè)上采用對(duì)式反應(yīng)（ 1— 1）具有良好選擇性催化劑，進(jìn)而抑制其它副反應(yīng)的發(fā)生。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點(diǎn)，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機(jī) 投 各段壓力的合理配置而定。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對(duì)過程的經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加； CO 停留時(shí)間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時(shí)適宜的水蒸氣比例一般為： H2O/CO=3～ 5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中 H2O/CO 可達(dá) 15 以上，不必再添加蒸汽即