【導(dǎo)讀】要求出中變爐的變換氣干組分中CO％小于2％。的變換氣溫度為365℃。進(jìn)中變爐干氣壓力中P=.查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》可知Kp=12時(shí)溫度為397℃。的平均溫距合理，故取的H2O/CO可用。由于中變爐選用C6型催化劑，E1=10000千卡/公斤分子，E2=19000千卡/公斤分子。

　　

【正文】 322 .4 273 175 0??? =氣體重度流量 (濕 )G G=215 .9834 4????????? = kg/m3 *h 第二段催化床層的高度 : L= 2 ? = 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 =+ = kgf/m3 = 所以計(jì)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 . (4) 中變爐進(jìn)口直徑的計(jì)算： 查《化工原理》得到氣 體的組分在 0℃， 時(shí)的密度如下表 組分 O2 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 (濕組分 ) 對密度進(jìn)行校核得在 330℃， 1750kP 時(shí)密度為： ? 330273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 330℃， 時(shí)的密度 為 kg/m3 對水的密度進(jìn)行校核得在 330℃， 1750kP 時(shí)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= ???= (5) 中變爐出口直徑的計(jì)算 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃， 時(shí)的密度如下表 組分 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? ??? ? iim y ?? kg/m3 對密度進(jìn)行校核得在 365℃， 1015kP 時(shí)密度為： ? 365273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 365℃ ， 時(shí)的密度為 kg/m3 對水的密度進(jìn)行校核得在 365℃， 1015kP 時(shí)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(jìn)口直徑： 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 20℃， 1750kP 時(shí)的密度為 998 kg/m3 此時(shí)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= ???= 的計(jì)算 已知條件： 水進(jìn)主換熱器的溫度： 20℃ 水出主換熱器的溫度： 90℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 365℃ 變換氣出 主換熱器的溫度： 250℃ 傳熱面積的計(jì)算 以水的吸熱來計(jì)算 從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ 取 K=250 kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 設(shè)富裕傳熱面積為： 30% S 實(shí) =*= 選擇固定管板式換熱器： 公稱直徑： 600 mm ,公稱面積： 120 M2,管子總數(shù)： 254，管長： 6m 管程數(shù)： 2，殼程數(shù)： 1，管子： ￠ 25? ，管子排列方式：三角形 設(shè)備直徑與管板的確定 管板直徑的計(jì)算公式： D=(n/? ) n—— 管數(shù) ? —— 管板填充 系數(shù)，取 t—— 管子中心距，取 所以 D= ? = 官板直徑選用 ￠ ，設(shè)備外徑為 ￠ 傳熱系數(shù)的驗(yàn)算 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算公式如下： a 內(nèi) = Re=G*d/u Pr=u*Cm/? ? u= i i iiiy u MyM???? 粘度的計(jì)算： 查《化工原理》在 ℃時(shí)，各氣體的 u 值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O u(mp*s) 根據(jù)公式得： i i im iiy u Mu yM??? ?? =*s=(m*h) 導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算： 查《化工原理》在 ℃時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O ? 根據(jù)公式得： ????? ?iiiii My My ?? =(h*℃ ) 熱容的計(jì)算： 變換氣在 ℃時(shí)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)算熱容以 及表 和 可得。 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)計(jì)算 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) 。 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為：（ 20+90） /2=55℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ?= 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cm=(kg? ℃ ) 粘度 u=? 105Pa? S 取 de= 所以殼側(cè)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，殼程污垢熱阻各取 由《 小合成氨廠工藝技術(shù) 與設(shè)計(jì)手冊 》可知總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為： K= ????? Raa 外內(nèi)111 則： K= kcal/(m2*h*℃ ) = kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積的核算 以水的吸熱來計(jì)算 從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實(shí)際轉(zhuǎn)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)： %4383 .783 .712 0 ? 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 廢熱鍋爐 ? 1000? 22,L=8287mm, F=130m2, 換熱管 ? 38 390 根， ? 25 2 E301 1 Cr16 Ni32 2 中溫變換爐 ? 2500 H:10534 操作溫度≤ 450℃ 操作壓力≤ 催化劑裝量 C301 1 12CrMo 催化劑床段數(shù)：2 3 中變換熱器 ? 800 換熱面積： 245m2 管子排列方式：三角形 E302 1 鋼 4 溫水調(diào)節(jié)器 ? 400 換熱面積： 25m2 管子排列方式：三角形 E303 1 鋼 5 低溫變換爐 ? 2600 H:11420 操作溫度≤ 260℃ 操作壓力≤ 催化劑裝量 25m3 C302 1 16MnR 催化劑床段數(shù)：1 參考文獻(xiàn) 1． 梅安華 ,《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》（上冊） 化學(xué)工業(yè)出版社 1995 年 3月第一版 ， ISBN 7502514521 引用部分： 730 頁 — 785 頁 2． 上海市化學(xué)工業(yè)局設(shè)計(jì)室編，《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算 》 化學(xué)工業(yè)出版社 3． 陳 五平 ,《合成氨工藝學(xué)》 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 年 5月第二版， ISBN 750251452X/； 引用部分： 131 頁 — 167 頁 4． 張成芳，《合成氨工藝與節(jié)能》 華東化工學(xué)院出版社， ISBN ； 引用部分： 149 頁 — 178 頁 5. 陳聲宗，《化工設(shè)計(jì)》 化學(xué)工業(yè)出版社 . ISBN 750253041X 引用部分： 17 頁 — 28頁， 181 頁 — 187 頁 6. 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院， 化工工藝設(shè)計(jì)手冊 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 年 6月第二版 .ISBN 7502515372 7. 自貢鴻鶴化工股份有限公司，《合成氨工藝操作規(guī)程》 引用部分： 35 頁 — 47頁 8. 上海化學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)院石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)建設(shè)組，《化工設(shè)備圖冊》 9． 關(guān)于氮肥的其他相關(guān)雜志； 10． 其它相關(guān)資料，如《化工原理》、《物理化學(xué)》、等。 301TFRC302TFR303TPFRC304TPFR305306307308TPRTPRTPRTPR309TPFR310TFRC311TFRC312TPFR313TFRC314TPFR315316317TPRTPRTPFRE301廢熱鍋爐C301壓縮機(jī)R301中溫變換爐E302中變換熱器E303溫水調(diào)節(jié)器R302低溫變換爐四川理工學(xué)院材化系設(shè)計(jì)制圖周陽周陽設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中低溫變換初步設(shè)計(jì)圖例工藝物料管輔助物料管截止閥集中安裝儀表 T溫度P壓力F流量I指示R記錄C控制轉(zhuǎn)化氣冷卻水冷淋水冷卻水冷卻水變換氣