【正文】 J/kmol （ 6）最適宜溫度曲線 由式 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 進(jìn)行計(jì)算 最適宜溫度計(jì)算列于下表中： 表 最佳溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 Xp T t Xp T t 402 129 475 201 421 148 493 220 440 167 510 237 457 184 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 01129 148 167 184 201 220 237溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度曲線 圖 低變爐最適宜溫度曲線 廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算 （ 1）已知條件 進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份： 表 進(jìn)廢熱鍋爐轉(zhuǎn)化氣組成 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計(jì) ％ 100 m3(標(biāo) ) 474 kmol 進(jìn)廢熱鍋爐的溫度為： 925℃ 出廢熱鍋爐的溫度為： 335℃ 進(jìn)出設(shè)備的水溫： 20℃ 出設(shè)備的水溫： 335℃ 進(jìn)出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： 進(jìn)出設(shè)備的水量： X kmol 物量在設(shè)備里無物量的變 化。 （ 2）熱量計(jì)算 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 a、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[14] 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。變換器熱容常數(shù)參照表 。 熱容的單位為 kJ/（ kmol ℃ ） CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容 。 CH4的熱容計(jì)算常數(shù) 參照 。 計(jì)算結(jié)果： 表 變換氣熱容表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑YiCp=（ kmol ℃ ） Q2=（ 920+273） = b、出熱： 轉(zhuǎn)化氣的帶出熱： Q3=（ 330+273） = 轉(zhuǎn)化氣在 335℃ 時(shí) T=608K 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。 熱 容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 參照表 。 計(jì)算結(jié)果： 表 變換氣熱容表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑YiCp=（ kmol ℃ ） Q3=（ 330+273） = 水的帶出熱 Q4： 水在 335℃ ， T=603K 時(shí)的熱容為： Cp= kJ/（ kmol ℃ ） 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 Q4=X（ 330+273） = 熱損失 Q5： Q5=(Q1+ Q2) 熱量平衡： (Q1+ Q2)= Q3+ Q4 （ +） =+ X= （ 3） 水蒸汽的加入 要使 H2O/CO= 還要加入的水量為：（ ） 247。= 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 （ 1）已知條件 進(jìn)出設(shè)備的變 換氣的量： 進(jìn)出設(shè)備的水的量： Xkmol 物料的量在設(shè)備中無變化。 溫度：變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度： 365℃ 變換氣出設(shè)備的溫度： 250℃ 水進(jìn)設(shè)備的溫度： 20℃ 水出設(shè)備的溫度： 90℃ （ 2）熱量計(jì)算 a、 入熱： 變換氣帶入熱 ： Q1 變換氣在 365℃ 時(shí)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。熱容的單位為 kJ/（ kmol ℃ ） 參照表 。 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容 。參照表 。 計(jì)算結(jié)果 表 變換氣熱容表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 Cpm=∑YiCp=（ kmol ℃ ） ， Q1=（ 365+273） = 水的帶入熱 Q2： 水在 20℃ 時(shí) Cp= kJ/（ kmol ℃ ） ， Q2=X(20+273) =X b、 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃ ， T=523K 時(shí)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。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 參照表 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容 。參照表 。 計(jì)算結(jié)果： 表 變換氣熱容表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑YiCp=（ kmol ℃ ） ， Q3=523= 水的帶出熱 Q4: 水在 90℃ 時(shí) 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= 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計(jì)算 已知條件 入設(shè)備的變換氣溫度： 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度： 181℃ 進(jìn)設(shè)備的濕變換氣的量： 變換氣帶入的熱量： Q1= 變換氣帶出的熱 Q2： 變換氣在 181℃ 時(shí) T=454K 時(shí)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。熱容的單位為 kJ/（ kmol ℃ ） 見表 。 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容 。見表 。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 計(jì)算結(jié)果： 表 變換氣熱容表 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑YiCp=（ kmol ℃ ） Q2=454= 設(shè)備及管道損失?。? 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 3 設(shè)備的計(jì)算 低溫變換爐計(jì)算 (1) 已知條件 平均操作壓力 . 氣體進(jìn)口溫度 180℃ 氣體出口溫度 220℃ 氣體流量 （ 干 ） =濕氣流量 =進(jìn)低變爐變換氣氣體（干）組分 表 進(jìn)低變爐變換氣干氣組成 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 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= (2) 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 2410035 ?????????? ?? HCOOHco yyyyRT (1－ OycoyHyHyco222 ) 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 [15]，當(dāng)變換氣中 CO（干）為 %時(shí)，計(jì)算得催化劑床層空速為 2120（標(biāo)） /（ m3． h）。 對(duì)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)。 (3) 催化劑床層直徑計(jì)算 設(shè)計(jì)要求催化劑層總阻力＜ 690KPa（即 700mmH2O） ， 催化劑層阻力降采用下式試算： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 ΔP= LE EdrfG p 1.10 ??? B302 為非球形催化劑，粒度為 5177。，取其平均值為 5=，即轉(zhuǎn)化為球形粒徑，即 ， dp== 設(shè)催化劑床層直徑為 , 則： E=+ ????Dd p a、 催化劑床層阻力 氣體平均分子量 M= 氣體在進(jìn)入低變催化劑層中的重度 γ γ=1273 ???= kg/m3 式中： 200 為氣體的平均溫度值 氣體質(zhì)量流量 G=? ? 1??? =() b、 催化劑層高 L=）（??= m 所以： ΔP= ? ? ? ? 37 37 ??????? ? =430Kgf/m2=(628mmH2O) 計(jì)算結(jié)果符合要求 ΔP＜ ， 故假設(shè)正確，取催化劑直徑 。 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 150℃ ， 查飽和水氣表得150℃ 時(shí) 焓值 IH2O= kJ/kg， IH2O(g)= KJ/kg， 汽化熱為 kJ/kg。 (1) 已知條件 氣體流量及組成 (不考慮水蒸氣冷凝量 ) 進(jìn)氣流量 ： =寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 出氣流量 ： = kmol/h 氣體組成 ： 同中變氣體出口組成 (略 ) m = 操作狀況 ： 表 中變廢熱鍋爐操作情況 操作狀況 進(jìn)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(fù)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(jì)算熱負(fù)荷 [16]： Q=(Q 放 Q 損 ) =() =（ 2）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 ，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(zhǔn)數(shù)大于 10000，估計(jì)重量流速為 25kg/(m2 s)， 則需要列管數(shù)為：n= 19072????? (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=30mm。 D=?n=30= 設(shè)備 規(guī)格選定： 中變廢熱鍋爐內(nèi)徑取 1590mm， 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， 共排 13 層（ 918 根） 。 每個(gè)弓形內(nèi)布 23 孔，扣除拉桿 6 孔得： n=948+6236=1080 根 。 （ 3）傳熱系數(shù)計(jì)算 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 a、管內(nèi)給熱系數(shù)計(jì)算： 管內(nèi)給熱系數(shù)按下式計(jì)算： α 內(nèi) =? 管內(nèi)氣體平均溫度 ： 35 52 28 043 0 ??℃ 按溫度 355℃ 及壓力 壓力確定物性參數(shù)為： Cm=() μm=105Pa S λm=() 所以 ： Re=Gd/181。m F= 22 ???? ???= Pr= ??? ? 內(nèi)? = ??? =( .℃ )=（ ） b、管間給熱系數(shù)計(jì)算： 管間裝方形擋板 r=， 方形板開口高度取直徑的 40%，即 h′=， 板間距取， 此時(shí)流體橫過管束的流道截面積： S1=Hd(1d0/t)= ?????? ?30251= 擋板開口方向截面積： Sa=? /180r2COS1( )39。rhr? (rh’)(Dh’h’2) =? /180（ ? ） （ ） ?? = 開口弓形面積減去列管所占面積： S2=Sa=???????? ???????td=???????? ???????2= 2m 平均流通截面積： Sm= 0 9 8 5 0 ??SS = 2m 殼程熱水在壓力 ， 溫度 t = 215080? =115℃ 時(shí)水的物性參數(shù)： CH2O=(kg.℃ ) μ=105Pa S 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 λ=102W/（ m.℃ ） 管間給熱系數(shù)按下式計(jì)算 α 外 =λm/de(d0G/181。MSm)(Cm 181。M/λm)1/3(181。M/181。W) 式中 : de=0202ndD ndD??= 02 02 22 ?? ?? = d0G/181。mSm= 2 ??? ? = d0G/181。mSm=()/()= mmmC?? = 2?? = 略去流體由于蒸汽的存在而對(duì)熱水的物性參數(shù)如粘度的影響，則： α 外 = 3/ ??? =( .℃ ) c、 總傳熱系數(shù)計(jì)算 以管外表面計(jì)的總傳熱系數(shù)為： K