【正文】 0－ 9 10－ 11 CO2 10－ 3 10－ 6 計(jì)算 O2 的基準(zhǔn)焓： 根據(jù)基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式： Ht=a0+a1T+a2T 2+a3T 3+a4 T4 在 415℃時(shí) T=415+273=683K 將 O2 的常數(shù)帶入上式得： Ht=10 3+ 683+10– 3 10– 76833 +10– 106834 =同理根據(jù)以上方法計(jì)算可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表 組分 O2 H2 H2O CO CO2 Ht（ 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=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 = 氣體反應(yīng)共放熱： Q=Q1+Q2=+= 氣體吸熱 Q3 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 : 表 物質(zhì) a b/103 c/106 d/109 CH4 計(jì)算結(jié)果得： 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以平均熱容： Cpm=∑ Yi*Cp= KJ/（ ） 所以氣體吸熱 Q3= (415330) = 假設(shè)熱損失 Q4（一般熱損失都小于總熱量的 10%） 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 6． 中變一段催化劑 操作線的計(jì)算 有中變一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 330℃ 中變爐出口氣體溫度 415℃ 中變爐入口 CO 變換率 0 中變爐出口 CO 變換率 60% 由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下： 0102030405060708090100300 350 400 450溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp7．中間冷凝過程的物料和熱量計(jì)算： 此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。 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 : 表 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 故 Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 所以： Q2= （ 920+273） = （ 2）出熱： 轉(zhuǎn)化氣的帶出熱 Q3： 轉(zhuǎn)化氣在 330℃時(shí) T=603K 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。 V=KPABCD。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時(shí) )。 熱容的單位為 kJ/（ ） 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） = kJ/（ kmol*℃） ∑ M=∑ YiMi=Cp=(kg*℃ ) 雷諾系數(shù)的計(jì)算： Re=G*d/u =(*3600*)/ =10455 Pr=(u*Cm)/? =(*)/ = 則： a 內(nèi) = /d? =*（ ） *（ 10455） *（ ） =(m*h*℃ )=(m*h*℃ ) 殼側(cè)對流傳熱系數(shù)的計(jì)算公式如下： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3*(u/uw) 在本設(shè)計(jì)中由于溫度對氣體粘度變化影響不大，故校正項(xiàng) (u/uw) 可以忽略不計(jì) 。由于本人水平有限，本設(shè)計(jì)肯定會有不少缺點(diǎn)與不足，熱切期望得到各位老師的批評指正。由于本人水平不高，設(shè)計(jì)許多因數(shù)對設(shè)計(jì)的影響考慮不足。 Sp Vp= ()2 = 107 Sp =2 ()2+ = 104 則 : dp= 103 所以 : E=+ 103247。 = Nm3 干氣 /(h* m3 觸媒 ) 觸媒直徑的計(jì)算 （ 1）假設(shè)觸媒直徑為 計(jì)算觸媒直徑的公式 : 催化劑床層阻力降 : △ P= LE Edpv Gf ??????? ? △ P—— 氣體通過觸媒床的壓力降 。 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 : 表 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 29 Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 得： Q2= 454 = 設(shè)備及管道損失?。? 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 第二章 設(shè)備的計(jì)算 21 中變爐的計(jì)算 ．觸媒用量的計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》可知： Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標(biāo) ) T0 —— 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間， h* m3 / M3(標(biāo) ) V0—— 通過觸媒的氣體體積， M3(標(biāo) )/h 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間的 計(jì)算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 查《 小合成氨廠 工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊 》 B302 型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43164kJ/ kmol CO 變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能 E2 為： E2 E1=r (△ H) 對于 CO 變換反應(yīng) r=1，則 E2=(△ H) + E1 △ H 為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即： （ 181+203） /2=192℃ ， T=465K CO 的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 由《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》可知反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計(jì)算： △ H= 3623 109 7 0 0 0 0 TTT ?? ???????? kcal/ kmol 得： △ H= kcal/kmol= kJ/kmol E2 =+43164= kJ/kmol 最適宜溫度曲線由式 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 進(jìn)行計(jì)算 最適宜溫度計(jì)算結(jié)果列于下表中： Xp T 402 421 440 457 475 493 t 129 148 167 184 201 220 Xp T 510 t 237 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 020406080100100 150 200 250溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp 14．廢熱鍋爐的熱量和物料衡算 以知條件： 進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份： 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計(jì) ％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 進(jìn)廢熱鍋爐的溫度為： 920℃ 出廢熱鍋爐的溫度為： 330℃ 進(jìn)出設(shè)備的水溫： 20℃ 出設(shè)備的水溫： 330℃ 進(jìn)出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： kmol 進(jìn)出設(shè)備的水量： X kmol 在設(shè)備里無物料的變化。以 P=1atm， t=25℃ 為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計(jì)算式為： HT=△ H0298=Cpdt 式中： HT —— 氣體在 ?T298在 TK 的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol()； △ H0298 —— 該氣體在 25℃ 下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol()； T—— 絕對溫度， K； Cp —— 氣體的等壓比熱容， kcal/（ kmol.℃ ） [（ kmol.℃ ） ] 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式： Cp=A0+A1T+A2T 2+A3T 3+…… 式中 A0、 A A A3…… 氣體的特性常數(shù) 將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式： Ht=a0+a1T+a2T 2+a3T 3+a4 T4 (51) 式中常數(shù) a0、 a a a a4 與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4 a0=△ H0298－ － a2－ a3－ a4 采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計(jì)算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計(jì)算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。 進(jìn)中變爐的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) kmol 假設(shè)進(jìn)中變爐的變換氣溫度為 330℃，取 變化氣 出爐與入爐的溫差為 35℃，出爐的 變換氣溫度為 365℃。 2. 進(jìn)行工段物料計(jì)算、熱量計(jì)算，并繪制物料衡算表、熱量衡算表 。 中變的平均溫距為 397℃ 365℃ =32℃ 根據(jù)《合成氨工藝與節(jié)能 》可知中溫變換的平均溫距為： 30℃到 50℃，中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 以知條件： 變換氣的流量： 設(shè)冷 凝 水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷 凝 水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 1750kp 冷 凝 水吸熱 Q1：據(jù)冷 凝 水的進(jìn)口溫度 20℃查《化工熱力學(xué)》可知 h1 =根據(jù)《化工 熱力學(xué)》可知： T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷 凝 水 要升溫到 353℃，所以設(shè)在 353℃ , 626K,1750kp 時(shí)的焓值為 h 對溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時(shí) (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時(shí) （ 626600） /（ h ） =(700626)/( )