【正文】 Q3+ Q4 （ +）=+ X=：要使H2O/CO=： （）247。共排13層（553根）每個弓形內(nèi)布23孔，扣除拉桿6孔得：n=553+6236=685 根 傳熱系數(shù)計算 管內(nèi)給熱系數(shù)計算： 管內(nèi)給熱系數(shù)按下式計算：α內(nèi)=管內(nèi)氣體平均溫度℃按溫度355℃：Cm=(㎏.K)μm=λm=()所以：Re= Pr= ==(.℃)= =（）管間給熱系數(shù)計算：管間裝方形擋板r=,方形板開口高度取直徑的40%，即h′=,此時流體橫過管束的流道截面積： S1=Hd(1d0/t)==擋板開口方向截面積：Sa=/180r2COS1((rh’)(Dh’h’2)=/180（）（）= 開口弓形面積減去列管所占面積：S2=Sa===平均流通截面積：Sm==,溫度==115℃時水的物性參數(shù)：CH2O=(㎏.℃)μ=λ=102W/（m.℃）管間給熱系數(shù)按下式計算 α外=λm/de(d0G/181。這次設(shè)計是畢業(yè)前的最后一次課程設(shè)計，通過該設(shè)計，我更好的認(rèn)識了學(xué)風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)、對工作態(tài)度的重要性，并將這種良好的狀態(tài)帶入工作中去。其中常用標(biāo)準(zhǔn)有HG ，HG ，HG/T 20549(化工裝置管道布置設(shè)計規(guī)定)，HG/T (管徑選擇)，HG298041991(合成氨產(chǎn)品能耗量計算方法)等。mSm=()/()= == 略去流體由于蒸汽的存在而對熱水的物性參數(shù)如粘度的影響，則： α外==(.℃) 總傳熱系數(shù)計算 以管外表面計的總傳熱系數(shù)為： K0= 列管平均直徑：==列管導(dǎo)熱系數(shù)λ=30Cal/(.℃)垢層熱阻=℃/Kcal所以：=(.h.℃)平均溫度差計算： Δt==℃換熱面積計算： = ，則F′= 列管長度計算L==1. 70m 考慮管板、擋板所占長度及定管尺長，實取L=主要設(shè)備一覽表序號名稱規(guī)格圖號數(shù)量材料備注1預(yù)加熱器100022,L=8287mm,F=130m2,換熱管38390根，252E03011Cr16 Ni322中變爐 2500 H:10534操作溫度≤450℃操作壓力≤R0301112CrMo催化劑床段數(shù)：23蒸汽過熱器800換熱面積：245m2管子排列方式：三角形E03031鋼4調(diào)溫水加熱器400換熱面積：25m2管子排列方式：三角形E03041鋼5低變爐2600 H:11420操作溫度≤260℃操作壓力≤ 催化劑裝量25m3R0302116MnR催化劑床段數(shù)：1總結(jié)本次設(shè)計我做的是年產(chǎn)4萬噸的合成氨變換工段工藝初步設(shè)計，設(shè)計中遇到諸多困難，特別是剛拿到題目時，有些不知所措，通過老師的細(xì)心指導(dǎo)，我借閱了有關(guān)合成氨變換工段工藝的書籍，又在網(wǎng)上查閱不少文獻(xiàn)資料，通過與同學(xué)一起探討，克服了大部分問題，終于能夠順利完成設(shè)計。 催化劑床層直徑計算 設(shè)計要求催化劑層總阻力＜690Kpa（即700mmH2O）,催化劑層阻力降采用式（4616）試算ΔP= B302為非球形催化劑，粒度為5177。：（1） 入熱：水的帶入熱Q1水在20℃時 Cp= kJ/（kmol.℃）Q1=X*（20+273）* =轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2：轉(zhuǎn)化氣在925℃時T=1193K根據(jù)《物理化學(xué)》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol；Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下；I — 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol，（）現(xiàn)將有關(guān)氣體的計算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表分子式 a0 a1 a2 a3 a4O2103 10–310–710–10H210310－410－710－11H2O10410－310－710－11N210310－410－710－11CO10410－410－910－11CO210－310－6計算O2的基準(zhǔn)焓：根據(jù)基準(zhǔn)焓的計算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4在415℃時T=415+273=683K查表可得變換氣的各個組分的基準(zhǔn)焓列于下表：組分O2H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=(∑Hi)始（∑Hi）末=+++ =Q1=（）= O2 + 2H2= 2 H2O （2）Q2=△H2=（∑niHi）始－（∑niHi）末=氣體共放熱：Q=Q1+Q2=+=氣體吸熱Q3：根據(jù)《物理化學(xué)》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來計算熱容。謝謝！第一章 變換工段物料及熱量衡算 中溫變換物料衡算及熱量衡算：已知條件中變爐進口氣體組成：組分CO2COH2N2CH4O2合計%100計算基準(zhǔn)：1噸氨計算生產(chǎn)1噸氨需要的變化氣量：（1000/17）（2）= M3(標(biāo))因為在生產(chǎn)過程中物量可能回有消耗， M3(標(biāo))年產(chǎn)4萬噸合成氨生產(chǎn)能力：日生產(chǎn)量：40000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中CO％小于3％進中變爐的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2O2CH4合計含量，％100M3(標(biāo))474假設(shè)入中變爐氣體溫度為335攝氏度，取出爐與入爐的溫差為30攝氏度，則出爐溫度為365攝氏度。第三段CO變化反應(yīng)量是比較低的，不必最求增加汽氣比的效應(yīng)，因此，二、三段間降濕放出的熱，應(yīng)當(dāng)用以加熱半水煤氣，以使三段出口的變換氣熱能能夠加以充分利用，且三段入口汽氣比仍遠(yuǎn)高于安全狀態(tài)的需要，所以用間接換熱為好。當(dāng)膨脹之差較大時，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。本設(shè)計用中溫變換就能滿足生產(chǎn)要求，是原料氣在出變換系統(tǒng)的含量在3%左右，且中溫變換的催化劑操作溫度較寬，價格低，壽命長。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到180℃左右，%以下，再進入甲烷化工段。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中的CO含量也大幅度降低。氨合成反應(yīng)在催化劑顆粒表面進行，氣體中氨含量與氣體和催化劑表面接觸時間有關(guān)。此類變換爐的特點是反應(yīng)過程與移熱過程分開進行，多段換熱式又可分為多段間歇換熱與多段直接換熱，前者是在間壁式換熱器中進的，后者則是在反應(yīng)器中直接加入冷流體一達(dá)到降溫的目的，又稱冷激式，變換放映可用的冷激介質(zhì)有：冷原料氣，水蒸氣及冷凝水。從能量消耗上看，加壓也是有利。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)。粗原料氣中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化劑的毒物，在原料氣中含量為13%至30%，所以必須進行凈化處理，通常，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。但從動力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。根據(jù)催化床冷卻介質(zhì)之間的換熱方式的不同，移出方式可分為連續(xù)換熱和多段換熱式兩大類，對變換反應(yīng)，由于整個反應(yīng)過程變換率較大，反應(yīng)前期與后期單位催化床所需排除的熱量相差甚遠(yuǎn)，故主要采用多段換熱式。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加；CO停留時間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時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，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求空間速率簡稱空速，是指單位時間內(nèi)、單位體積催化劑通過的氣體量。在中變串低變流程中，由于寬變催化劑的串入，操作條件發(fā)生了較大的變化。轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化爐進入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中變換氣從920℃降到330℃，在