【導(dǎo)讀】設(shè)計題目:年產(chǎn)20萬噸合成氨變換工段工藝設(shè)計。M——相對分子質(zhì)量，g/molt/T——溫度，℃/K. Vm——摩爾體積（0℃,）V——半水煤氣體積，m³pco、pH2O、pco2、pH2——分別為CO、H2O、CO2和H2各組分的分壓。H——標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓ρ/r——密度/. S——標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵/Kp——平衡常數(shù)。Kt——反應(yīng)速率常數(shù)，mol/m——質(zhì)量，kg. yco、yH2O、yco2、yH2——分別為CO、H2O、CO2和H2摩爾分數(shù)。X——實際變換率，％。ya、ya′——分別為原料氣及變換氣中一氧化碳的摩爾分數(shù)。Cp——氣體的平均比熱容，kJ/或kJ. E——化學(xué)反應(yīng)活化能，J/mol. i——水蒸氣在t℃時的焓，kj/kg. Φ——飽和度，％Q——熱量，kJ. Di——塔體內(nèi)直徑，mmde——當(dāng)量直徑，mH塔高，mm. ——管板填充系數(shù)n——列管根數(shù)t——管子中心距。i——混合氣體中i組分在溫度t時的黏度，MPa·s. F——傳熱面積，m2L——列管長度，mK——總傳熱系數(shù)，kJ/. ]300——筒體材料在設(shè)計溫度300℃下的許用應(yīng)力C1. ——鋼板厚度負偏差,mmC2——腐蝕裕量，mm

　　

【正文】 5Q 36000kJ? 合計： kJ 熱平衡 ： 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q? ? ? ? 得 ? ?H 1 4 4 8 7 4 9 1 . 6 2 2 0 0 2 6 7 . 0 4 8 / 2 1 4 5 5 . 3 0 5 9 6 . 2 2 k J? ? ? 查表得出塔水溫 t=136℃ 。 熱水塔物料及熱量計算 壓力： 氣體出塔壓力 氣體入口溫度 156℃ 氣體出口溫度 143℃ 物料量 入塔干氣量 ： 33 6 8 0 .4 0 N m 1 6 4 .3 0 6 k m o l? 出塔蒸汽量 ： 31 1 0 9 4 N m 4 9 .1 5 6 4 k m o l? 物料計算： 塔內(nèi)蒸汽冷凝量 設(shè)氣體出熱水塔溫度為 143℃ ， 在 143℃ 時的蒸汽壓2HOP ?。 變換氣帶出蒸汽量 ： ? ? 33 9 3 . 9 2 8 3 7 2 0 . 6 6 / 2 1 0 0 3 9 3 . 9 2 8 8 5 9 . 0 9 N m 3 7 . 9 3 k m o l? ? ? ? 塔內(nèi)蒸汽冷凝量 ： 25 1 1 0 1 . 0 9 4 8 4 9 . 6 9 2 5 1 . 4 1 1 1 . 2 2 K m o l 2 0 2 . 0 3 k g? ? ? ? 設(shè)飽和熱水塔的排污由飽和塔底排出，排污量為總循環(huán)量的 %，則排污量為 ： 1 2 2 2 . 2 2 2 0 . 5 % 6 . 1 1 1 k m o l 1 1 0k g? ? ? 塔頂進水量 ： 1 1 9 1 . 9 6 1 6 . 1 1 1 1 1 8 5 . 8 5 K m o l 2 1 3 4 5 . 3 k g? ? ? 外界向系統(tǒng)補水 ： 2 2 0 0 0 2 1 3 4 5 . 3 2 0 2 . 0 3 4 5 2 . 6 7 k g? ? ? 熱量衡算： 入熱 氣體帶入熱 Q1： 在進氣溫度 156℃ 時 ,干氣比熱容 查得 CP= kJ/(kmol℃) , 蒸汽的焓查文獻得 i 2758kJ / kg ,142? ℃ 水的比熱為 /(kmol℃) 。 干氣帶入熱 ： 1Q 164 .3 03 3 789071 .0 kJ? ? ? ? 蒸汽帶入熱 ： 1Q 4 9 .1 5 6 1 8 2 7 5 8 2 4 4 0 3 0 0 .4 6 k J? ? ? ?〞 1 1 1Q Q Q 3229371 .46kJ? ? ? ?〞 塔頂熱水帶入熱 Q2 ： 2Q 2 1 3 4 5 . 3 1 4 2 4 . 2 9 2 1 3 0 0 2 9 4 7 . 1 k J? ? ? ? 補充水帶入熱 Q3： 設(shè)補充水溫度 100℃, 水的焓 查得 kJ / kg 3Q 45 2 .6 1 41 9 .1 0 18 96 88 .8 51 kJ? ? ? 合計 15644270. 38kJ 出熱 氣體帶出熱 Q4 干變氣 143℃ 的比熱容 查文 獻得 CP= kJ/(kmol℃), 蒸汽的焓 查文獻得 i=。 出塔干氣帶出熱 ： 4Q 1 6 4 . 3 0 3 3 0 . 8 5 1 4 3 7 2 4 8 3 0 . 8 9 9 1 k J? ? ? ? ? 出塔蒸汽帶出熱 ： 4Q 37 .9 3 18 27 41 .0 2 18 71 40 3. 99 5k J? ? ? ?〞 4 4 4Q Q Q 2596234 .895kJ? ? ? ?〞 熱水帶出熱 Q5： 設(shè)出熱水塔熱水的焓為 H kJ/kg，則： 5Q 22020HkJ? 熱損失為 ： 6Q 25000kJ? 26 合計 ： 2 6 2 1 2 3 2 2 0 0 0 H k J? 熱平衡 ： 2 6 2 1 2 3 4 . 9 2 2 0 0 0 H 1 5 6 4 4 2 7 0 . 3 6?? 得 ： H ? 查得出塔水溫 t ? ℃ 。 即熱水塔排水溫度為 ℃ 進飽和塔水溫核算 水加熱器供熱 ： 1165120kJ 水吸收熱 ： H 1 1 6 5 1 2 0 / 2 2 0 0 0 5 2 .9 6 k J?? 進塔熱水的焓 ： H 6 0 5 .3 5 5 2 .9 6 6 5 8 .3 1 k J? ? ? 解得 t=155℃ ， 與所假設(shè)的飽和塔熱水進口溫度一致。 換熱氣物料 和 熱量 的 計算 中間換熱氣物料及熱量衡算 物料量： 進出設(shè)備變換氣量 34 7 8 2 . 0 8 N m 2 1 3 . 4 6 8 5 7 k m o l? 進出設(shè)備半水煤氣量 3 4 2 2 9 .7 N m 1 8 8 .8 3 2 6 k m o l? 設(shè)備內(nèi)物料無變化 進設(shè)備變換氣溫度 408℃ 出設(shè)備變換氣溫度 350℃ 出設(shè)備半水煤氣溫度 320℃ 進設(shè)備半水煤氣溫度 ,設(shè)此溫度為 t℃ 。 熱量衡算 ： 入熱 變氣帶入熱 Q1： 408℃ 時氣體平均比熱容 ： pC ? ? K J/ km ol? ℃ 1Q 2 1 3 .4 8 5 7 3 6 .0 6 4 0 8 3 1 4 0 9 0 4 .0 9 8 k J? ? ? ? 半水煤氣帶入熱 Q2： 設(shè)半 水煤氣進口溫度為 260℃ ， 氣體在 260℃ 時計算得平均比熱容為 查得Cp ? /(kmol℃) 。 [8] 2Q 18 8 .8 3 32 .3 76 61 13 .4 3K J? ? ? 合計 3 1 4 0 5 2 8 6 1 1 3 tk J? 出熱 設(shè)備出口變換器帶出熱 Q3 ， 350℃ 時計算出氣體平均比熱容 查得 pC = Kj/(kmol℃) 。 3Q 2 1 3 . 4 6 3 4 . 9 1 0 3 5 0 2 6 0 8 1 6 1 . 0 1 k J? ? ? ? 27 4 18 8. 83 32 0 34 .2 02 4 20 66 70 0. 54 1Q ? ? ? ? 熱損失 5Q 31204K? 合計 熱平衡 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q? ? ? ? 即 3 1 4 0 5 2 5 . 9 8 6 1 1 3 . 4 3 t 4 7 0 6 1 8 7 . 1 0?? 解 得 t=256℃ ， 入設(shè)備半水煤氣溫度應(yīng)為 256℃ 主熱交換器物料及熱量衡算 已知條件： 物料量： 進出設(shè)備半水煤氣量（濕） kmol 進出設(shè)備變換氣量（濕） kmol 物料量在設(shè)備內(nèi)無變化 溫度： 變換器進設(shè)備溫度 344℃ 變換器出設(shè)備溫度 t℃ 半水煤氣出設(shè)備溫度 256℃ 進設(shè)備半水煤氣溫度計算： 出飽和塔氣體補充過熱蒸汽后 物料量與入變換爐一段氣量組成相同。 蒸汽混合前： 飽和塔出口干氣熱量 Q1 150℃ 時干半水煤氣比熱容為 ? ? 0 kJ / km ol℃。 1Q 13 4 .9 17 3 0. 97 0 15 0 62 67 56 .9 2 kJ? ? ? ? 過熱蒸汽量 Q2： 350℃ ， 過熱蒸汽的焓 查得 i 7 5 5 k c a l / k g 3 1 6 1 . 0 3 4 k J / k g?? . 需要補充的過熱蒸汽的量 ： 5 3 . 9 1 3 1 . 0 5 3 1 8 4 1 1 . 4 2 6 k g? ? ?（ ） 2Q 411 .426 3161 .034 13 00531 .65 kJ? ? ? 半水煤氣中 蒸汽量 Q3： 150℃ 時的蒸汽焓 i kJ / kg.? 3Q 31 .053 18 275 1537514 .77kJ? ? ? ? 合計 蒸汽混合后： 設(shè)干半水煤氣與蒸汽混合后溫度為 170℃ ，干半水煤氣 170℃ 時的比熱容 查得 (kmol℃) 。 干半水煤氣 170℃ 時的熱量為 Q4 ： 28 4Q 134 .916 31 .176t 4 t kJ? ? ? 蒸汽 170℃ 時的熱量為 Q5 ， 混合氣中蒸汽分 壓為 ， 蒸汽在 170℃及 時的焓 i kJ / kg? , 5Q 53 .9 1 18 28 26 .0 9 27 4 23 81 .2 14 k J? ? ? ? 熱損失 Q6， 設(shè) 6Q ? 。 合計 2 7 5 3 2 2 4 1 8 7 k J? 熱平衡 2 7 5 3 2 2 3 . 1 4 1 8 5 . 7 7 3 4 6 4 8 0 8 . 0 4?? t=170℃ ， 即進主熱交換器混合氣的溫度為 170℃ 。 出熱交換器的變換氣的溫度： 入熱 變換器帶入熱 Q1 變換氣在 344℃ 時 氣體平均比熱容 得 ? ? / km ol? ℃。 1Q 2 1 3 .4 6 3 5 .0 3 4 4 2 5 7 0 0 5 8 .4 k J? ? ? ? 半水煤氣帶入熱 Q2 濕半水煤氣 170℃ 時的比熱容 ? ?3 4 6 k J / k m o l? ℃。 2Q 1 8 8 . 8 3 3 2 . 1 4 6 1 7 0 1 0 3 1 9 2 1 . 9 6 k J? ? ? ? 合計 ： kJ 出熱 半水煤氣帶出熱 Q3 半水煤氣在 256℃ 比熱容 pC = kJ/(kmol℃) 。 3Q 18 8 .8 3 32 .2 5 25 6 15 58 98 0. 48 k J? ? ? ? 變換器帶出熱 Q4： 設(shè)變換 器出口 溫度為 294℃ ，在 294℃ 時 變換器 的比 熱容 kJ/(kmol℃) ，且設(shè)變換氣出設(shè)備實際溫度為 t℃ 。 4Q 213 .4631 .92 6813 .64t?? 熱損失 5 Q 397 k J? 合計 1 5 9 8 7 7 0 .2 8 6 8 1 4 t? 熱平衡 Q1 = Q2= Q3 + Q4 + Q5 即 1 5 9 8 7 7 0 . 2 8 6 8 1 3 . 6 4 t 3 6 0 1 9 8 0 . 3 6?? 解得 t=294℃ 即變換氣出熱交換器時的溫度為 294℃ 。 水加熱器中物料及熱量衡算 物料量及溫度： 進出水加熱器的變換器的量 kmol 進水加熱器變換氣的溫度 294℃ 29 出水加熱器變換氣的溫度 156℃ 進出水加熱器的熱水量 22020kg 進水加熱器水的溫度 ℃ 出水加熱器水的溫度 156℃ 熱量計算 入熱 變換 氣帶入熱 Q1 ： 1Q 2 1 3 .4 6 3 1 .9 2 2 9 4 2 0 0 4 0 9 2 .9 8 7? ? ? ? 熱水帶入熱 Q2 ： 2Q 22020 605 .35 133177 00 kJ? ? ? 合計 出熱 變換氣帶出熱 Q3 ： 變換氣在 156℃ 時的比熱容 查得 pC = kJ/(kmol℃) 。 3Q 21 3 .4 6 31 .5 8 15 6 1 05 16 06 .4 k J? ? ? ? 熱水帶出熱 Q4 ： 4Q 14296520 kJ? 熱損失 ： 5Q kJ? 變換氣放出熱量 ： 1 3 5Q Q Q Q 978690 kJ? ? ? ? ? 熱水吸收熱量 ： Q〞 =Q4 – Q2 =978820 kJ Q′ 與 Q〞近似相等，符合條件。 熱水循環(huán)塔物料及熱量計算 已知條件： 氣體入口溫度 143℃ 熱水入塔溫度 70℃ 氣體出口溫度 100℃ 熱水出塔溫度 98℃ 操作壓力 進塔物料量 （ 干氣量 ） kmol