【正文】 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= （ ∑ Hi） 始 － （∑ Hi） 末 = kJ/kg 所以得： Q1=*= kJ/kg 氣體吸熱 Q2： 根據(jù)《物理化學教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+bT+CT2來計算 熱容。 = 蘭州交通大學畢業(yè)設計 26 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計算 ： 進出設備的變換氣的量： 進出設備的水的量： Xkoml 物料的量在設備中無變化。 17） 247。 QCS01型觸媒外型尺寸為 ￠ 毫米 球 體則 : dp= 103 所以 : E=+ 103247。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時 )。 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為：（ 20+100） /2=60℃ 導熱系數(shù)： ? = 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cm=(kg? ℃ ) 粘度 u=? 105Pa? S 取 de= 所以殼側對流傳熱系數(shù)為： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3 =6423kcal/(m2*h*℃ ) 總傳熱系數(shù)核算 管 程 ，殼程污垢熱阻各取 由《 小合成氨廠工藝技術與 設計手冊 》可知總傳熱系數(shù)的計算公式為： K= ????? Raa 外內111 則： K= kcal/(m2*h*℃ ) =(m2*h*℃ ) 傳熱面積的核算 以水的吸熱來計算 蘭州交通大學畢業(yè)設計 40 從前面主換熱器的計算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實際轉熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ ℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 安全系數(shù)： 80 .1 62 .8 % ? 。 dp—— 顆粒直徑 ,米 。 蘭州交通大學畢業(yè)設計 34 U=Kp(A+B)+(C+D)。 f —— 摩擦系數(shù) ,一般取 。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質 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： 表 物質 A B c d CH4 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Ar Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q1=**（ 390+273） = 蘭州交通大學畢業(yè)設計 27 水的帶入熱 Q2: 水在 20℃時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q2=X*(20+273)*=*X 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃， T=523K 時根據(jù)《物理化學》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計算熱容。 計算結果如下： 組分 H2 H2O CO CO2 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △H1= （ ∑ Hi） 始 － （∑ Hi） 末 =所以： Q1= = kJ 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時的平均溫度：（ 180+200） /2=190℃， T=463K 根據(jù)《物理化學教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+bT+CT2來計算 熱容。 最適宜 溫度計算結果列于下表中： Xp T 573 593 613 633 653 673 T 272 290 308 326 344 362 Xp T 693 713 733 T 380 397 414 將以上數(shù)據(jù) 作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01272 292 312 332 352 372 392 412 432T(`C)Xp 中變爐一段催化床層的物料衡算 已知條件：進中變爐一段催化床層的變換氣的溫度為 370℃ 進中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計 含量％ 100 蘭州交通大學畢業(yè)設計 5 M3(標 ) kmol 中變爐一段催化床層的物料衡算 假設 CO 在一段催化床層的實際變換率為 60％ 故在一段催化床層反應掉的 CO 的量為： 60％ = M3(標 ) = 出一段催化床層的 CO 的量為： = M3(標 )= 故在一段催化床層反應后剩余的 H2的量為： +=(標 )= 故在一段催化床層反應 后剩余的 CO2的量為： += M3(標 )= 故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分的體積： V 總（干） =+++++= M3(標 ) 故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分中 CO 的含量： CO％ = =% 同理得： CO2％ = =% H2％ = =% Ar％ = =% N2％ = =% CH4％ = =% 所以出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar 合計 含量％ 100 M3(標 ) Kmol 剩余的 H2O的量為： 蘭州交通大學畢業(yè)設計 6 = M3(標 )= 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的體積： V 總（濕） =+= M3(標 )= 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中 H2O的含量 H2O％ = =% 故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中 CO2的含量 CO2％ = =％ 同理可得： CO％ = =％ H2％ = =％ N2％ = =％ CH4％ = =％ Ar％ = =％ 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％）： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計 含量％ 100 M3(標 ) Kmol ： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％） 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計 含量％ 100 M3(標 ) Kmol 根據(jù)： Kp= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％）計算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》知當 Kp= 時 t=475℃ 蘭州交通大學畢業(yè)設計 7 設平均溫距為 50℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 475℃ 50℃ =425℃ 以知條件：進中變爐一段催化床層的變換氣溫度： 370℃ 出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 425℃ 可知反應放熱 Q：在變化氣中含有 CO， H2O， CO2, H2 這 4種物質會發(fā)生以下 1 種反應： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） 這個反應都是放熱反應。蘭州交通大學畢業(yè)設計 1 第一章 物料與熱量衡算 已知條件： 組 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合計 含量 ％ 100 計算基準： 1 噸氨 計算生產 1噸氨需要的變換氣量： （ 1000/17） （ 2 ） = M3(標 ) 因為在生產過程中物料可能會有損失，因此變換氣量取 3000 M3(標 ) 年產 10 萬噸合成氨生產能力（一年連續(xù)生產 300 天）： 日生產量： 100000/300=要求出低 變爐的變換氣干組分中 CO％不大 于 ％。 E1=， E2= kJ/mol。熱容的單位為 kJ/（ ） 表 物質 CO H2 H2O CO2 N2 Ar A 30 b/103 c/105 CH4可用公式： Cp=a+b+CT2+dT3來計算熱容 : 物質 A b/103 c/106 d/109 CH4 計算結果： 物質 CO CO2 H2 H2O N2 Ar CH4 Cp 所以得： Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） 故： Q2= （ 390380） = 熱損失： Q3=Q1Q2= ．中變二段催化劑操作線計算 由中變二段催化劑變換率及熱平衡計 算結果知： 蘭州交通大學畢業(yè)設計 15 中變爐入口氣體溫度 380℃ 中變爐出口氣體溫度 390℃ 中變爐入口 CO 變換率 60% 中變爐出口 CO 變換率 % 所以中變爐的操作線如圖：