【正文】 對出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）計(jì)算得K=查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》知當(dāng)K==409℃設(shè)平均溫距為48℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為：409℃44℃=365℃：以知條件：進(jìn)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(yīng)放熱Q1:計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：632K,計(jì)算結(jié)果如下：組分H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kgQ1=*= kJ/kg氣體吸熱Q2：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。首先對中，低變進(jìn)行了物料和熱量衡算，在計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計(jì)的宗旨。固定管板式換熱器只要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成，固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊接在殼體上，管板外周圍和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊接在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。以上設(shè)備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換氣中所要求的CO濃度。因而存在著最佳反應(yīng)溫對一定催化劑及氣相組成，從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)算式為Tm=式中Tm、Te—分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/。變換過程中還包括下列反應(yīng)式：H2+O2=H2O+Q 壓力對變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響。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)。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來看，溫度升高，反應(yīng)速率常數(shù)增大對反應(yīng)速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 CO平衡含量增大，反應(yīng)推動(dòng)力變小，對反應(yīng)速率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。低變爐選用C6型催化劑。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)已知的天然氣組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。最適宜溫度計(jì)算列于下表中：XpT526t253XpT671t398XpTt 有中變催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐人口氣體溫度 335℃ 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%：此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。MSm)(Cm 181。附錄各種標(biāo)準(zhǔn)語代號標(biāo)識意義詳見設(shè)計(jì)中所注。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容：物質(zhì)abcdCH4計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**454=設(shè)備及管道損失?。鹤儞Q氣放出的熱量：Q=Q1Q2Q3=第二章 設(shè)備的計(jì)算 低溫變換爐計(jì)算 已知條件：.氣體進(jìn)口溫度 180℃氣體出口溫度 220℃氣體流量（干） =濕氣流量 = Nm3/h進(jìn)低變爐催化劑氣體（干）組分組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100低變爐出口干氣中CO含量： CO%=%入催化劑蒸汽比 R= 催化劑用量計(jì)算B302型低變催化劑的宏觀動(dòng)力學(xué)方程為：r=1822exp(1)根據(jù)低變催化劑的選用原則，故選B302型國產(chǎn)低變催化劑，當(dāng)變換氣中CO（干）%時(shí)，計(jì)算得催化劑床層空速為2120（標(biāo)）/（m3.．h）． 對于B204因動(dòng)力學(xué)方程式中催化劑按體積計(jì),計(jì)算出的催化劑床層空速是以體積為單位的“空速”.因此,催化劑理論用量：V低=在采用中變串低變的流程中，低變催化劑條件較好，故可以不考慮催化劑備用系數(shù)。△H=（∑niHi）始－（∑niHi）末 式中△H ——過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱，kcal；（）。冷流水宜用軟水，若用硬水易造成設(shè)備腐蝕，且易結(jié)垢，堵塞催化劑空隙，增大床層阻力。一氧化碳脫除的方案選擇本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)4萬噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)，由于銅氨液洗滌法、一氧化碳甲烷化法、液氨洗滌法只使用于脫除少量的一氧化碳，%，要達(dá)到要求，則只能用一氧化碳變換來脫除半水煤氣中CO。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。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(gè)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。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(jìn)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。從能量消耗上看，加壓也是有利。氨合成反應(yīng)在催化劑顆粒表面進(jìn)行，氣體中氨含量與氣體和催化劑表面接觸時(shí)間有關(guān)。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到180℃左右，%以下，再進(jìn)入甲烷化工段。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，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。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(jìn)口氣體組成：組分CO2COH2N2CH4O2合計(jì)%100計(jì)算基準(zhǔn)：1噸氨計(jì)算生產(chǎn)1噸氨需要的變化氣量：（1000/17）（2）= M3(標(biāo))因?yàn)樵谏a(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(jìn)中變爐的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2O2CH4合計(jì)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。：（1） 入熱：水的帶入熱Q1水在20℃時(shí) Cp= kJ/（kmol.℃）Q1=X*（20+273）* =轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2：轉(zhuǎn)化氣在925℃時(shí)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(jì)算熱容。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(jì)算 以管外表面計(jì)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(jì)算： Δt==℃換熱面積計(jì)算： = ，則F′= 列管長度計(jì)算L==1. 70m 考慮管板、擋板所占長度及定管尺長，實(shí)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