【正文】 變換工段物料及熱量衡算 16 +59= (標 ) 故在二段催化床層反應后 剩余的 2H 的量為： +59= (標 ) 故在二段催化床層反應后 剩余的 H2O 的量為： =(標 ) 所以出中變爐的濕組分： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量 % 100 m3(標 ) kmol 對出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算： 根據(jù)： K= （ H2%CO2%） /（ H2O%CO%） 計算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當 K= 時 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 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℃ 變換氣反應放熱 1Q ： 計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣，平均溫度為：632K,計算結(jié)果如下 ： 如表 表 組分 2H H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (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》知 CO, 2H , H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 來計算熱容。 溫度： 變換氣進設(shè)備的溫度： 410℃ 變換氣出設(shè)備的溫度： 250℃ 水進設(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℃ 時根據(jù)《物理化學》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：pC =a+b+CT2來計算熱容。（ 2） = m3(標 )/h 出第一段床層變換氣中 CO%=% 進第一段床 層的變換氣濕組分： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量 % 100 m3(標 ) 266.6 1475.6 kmol n=%%=% 在 410℃ 時，查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》 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℃ 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 31 由《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計算》得到在 375℃ 時反應速度常數(shù)k1=4600，在 317℃ 時反應速度常數(shù) k2=2130。 C6型觸媒外型尺寸為 ￠ 98 毫米圓柱體 dp=(6Vp) 247。M/181。mSm= 2 ??? ? = d0G/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 ??? =河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 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= ? = 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 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)中變爐進口直徑的計算： 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃ ， 時的密度如下表 如表 表 組分 O2 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 對密度進行校核得在 330℃ ， 1750kP 時密度為： ? 330273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 330℃ ， 時的密度為 kg/m3 對水的密度進行校核得在 330℃ ， 1750kP 時密度為： ??? 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算 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 35 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃ ， 時的密度如 表 表 組分 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 對密度進行校核得在 365℃ ， 1015kP 時密度為： ? 365273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 365℃ ， 時的密度為 kg/m3 對水的密度進行校核得在 365℃ ， 1015kP 時密度為： ??? 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 凝水進口直徑： 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 20℃ ， 1750kP 時的密度為 998 kg/m3 此時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= ???= 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℃ 時的焓值 IH2O=㎏ , IH2O(g)= KJ/㎏ ,汽化熱為 KJ/㎏ 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 36 已知條件 氣體流量及組成 (不考慮水蒸氣冷凝量 ) 進氣流量 ： =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算熱負荷 ： 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)雷諾準數(shù)大于 100000，估計重量流速為 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： 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 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。 f ——摩擦系數(shù) ,一般取 。 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來計算熱容： 如表 表 物質(zhì) a b c d CH4 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 28 計算結(jié)果： 如表 表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 pC pmC =∑YiCp=（ kmol.℃ ） Q3=683= 水的帶出熱 Q4： 水在 90℃ 時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X(90+273)=X 熱損失 Q5： 取 根據(jù)熱量平衡： （ Q1+Q2） =Q3+Q4 X= 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 設(shè)備的計算 29 3 設(shè)備的計算 中 溫變 換 爐的計算 媒用量的計算 根據(jù)文獻 《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計算》 可知： Vr=T0V0 式中 Vr ——觸媒體積， M3(標 ) T0 ——標準接觸時間， h m3 / M3(標 ) V0——通過觸媒的氣體體積， M3(標 )/h 標準接觸時間的計算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。熱容的單位為 kJ/（ kmol .℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO 2H 2HO 2CO N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 如表 表 物質(zhì) a b c d 4CH 計算結(jié)果： 如表 表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 pC 河南城建學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 變換工段物料及熱量衡算 21 pmC=∑YiCp=（ kmol.℃ ） 2Q =（ 195