【正文】 13*()* =*()* = kcal/(tNH3h) = kJ/(tNH3h)轉(zhuǎn)化氣方程熱量 △H= H3 H13= ()= kcal/(tNH3h) = kJ/(tNH3h)轉(zhuǎn)化氣廢鍋產(chǎn)汽計(jì)算：設(shè)包括二段爐出口管段損失及排污等占總熱量的15%，其它條件同煙氣廢鍋，則產(chǎn)汽量為：G2== = kg/(tNH3h)排污量： x2=150 G2/1850= = kg/(tNH3h)熱負(fù)荷：+() = kJ/(tNH3h)轉(zhuǎn)化工序自產(chǎn)蒸汽總量：G= G1+ G2 =+ = kg/(tNH3h) kg/(tNH3h) 外， kg/(tNH3h)。加上交換，合成產(chǎn)生蒸汽，可以有汽外供。 物料，熱量平衡結(jié)果原料天然氣消耗：（tNH3h（標(biāo)））燃料天然氣消耗：(tNH3h(標(biāo)))天然氣總消耗： m3/ (tNH3h(標(biāo)))以上定額未計(jì)算弛放氣回收燃料熱量，故實(shí)際生產(chǎn)管理好者，天然氣總耗量可以在1000m（標(biāo)）以下。將熱量計(jì)算結(jié)果匯總后也列于圖一中圖一 物料熱量匯總框圖（以一噸氨每小時(shí)為基準(zhǔn)）物料名稱原料天然氣原料天然氣工藝蒸汽混合氣一段轉(zhuǎn)化氣物料組分(%)N2O2ArH2CO2COCH4C2H6C3H8H2O100流量Kmol/h(干)Kmol/h（濕）溫度（℃）壓力（MPa）統(tǒng)一基準(zhǔn)焓kJ40390480760二段轉(zhuǎn)化氣燃料天然氣煙道氣工藝空氣工藝空氣物料組分(%)N2O2ArH2CO2COCH4C2H6C3H8H2O7821178211流量Kmol/h(干)Kmol/h（濕）溫度（℃）壓力（MPa）統(tǒng)一基準(zhǔn)焓kJ9952526340480四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 主要設(shè)備的選型計(jì)算 第四章 設(shè)備的選型計(jì)算（主要設(shè)備的計(jì)算）設(shè)備設(shè)計(jì)能力：。 一段轉(zhuǎn)化爐輻射室計(jì)算（1）已知條件 入爐混合氣表41 入爐氣組成組分 N2 CO2 CH4 C2H6 C3H8 H2O 平均分子量mol % 入爐壓力：；MPa（絕）；入爐溫度：480℃入爐氣量： += kmol/h出一段爐轉(zhuǎn)化氣 表42 一段爐轉(zhuǎn)化氣組成：組分 H2 N2 CO CO2 CH4 H2O 平均分子量 mol % 一段轉(zhuǎn)化氣壓力： MPa（絕）；一段轉(zhuǎn)化氣溫度：760℃；氣量： kmol/h kmol/h燃料天然氣表43 燃料天然氣組成組分 CH4 C2H6 C3H8 CO2 N2 mol % 溫度：25℃， MPa；(標(biāo))/h燃料低熱值：(標(biāo))燃燒煙氣空氣過系數(shù)：a=；表44 煙氣組成組分 N2 Ar CO2 O2 H2O 平均分子量mol % 煙氣量： kmol/h；理論最高燃燒溫度：℃轉(zhuǎn)化管熱負(fù)荷：Q1= kcal/h = kmol/h輻射段熱效率 η=48%輻射段熱損失QS= kcal/h = kmol/h（2）爐型選擇 選用頂燒大火焰燒嘴方箱爐。該爐型的火焰與轉(zhuǎn)化管平行，煙氣能均勻由煙道排出。采用適當(dāng)管間距，火焰不會(huì)發(fā)生沖擊管子的現(xiàn)象。采用強(qiáng)制通風(fēng)，燃燒穩(wěn)定；燒嘴能力大，數(shù)量少，控制方便，適于小合成氨廠使用。燒嘴自上而下噴射燃燒可滿足反應(yīng)供熱需要，上部煙氣溫度高，管內(nèi)轉(zhuǎn)化速度快，吸熱量多，下部煙氣溫度低，管內(nèi)轉(zhuǎn)化慢，需要熱量少，轉(zhuǎn)化管壁溫度基本均勻。對(duì)流室設(shè)于地面，便于檢修，但占地面積大，需設(shè)引風(fēng)機(jī)。爐管選用Cr25Ni20離心燒鑄管；爐管尺寸：Φ124x11，有效長(zhǎng)度L=8000mm。催化劑選用Z107，粒度為Φ16x16x6.干氣空速?。篤空=960h1（3）計(jì)算方法 天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需要熱量通過燃料在管外燃燒而得。本設(shè)備既是一個(gè)反應(yīng)器，又是一個(gè)換熱器，反應(yīng)和換熱密切相關(guān)。由于轉(zhuǎn)化管內(nèi)氣體濃度，溫度沿爐管軸向變化及轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量不均勻，故應(yīng)將管內(nèi)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與燃料燃燒及燃料傳遞關(guān)聯(lián)起來，建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用計(jì)算機(jī)，進(jìn)行積分計(jì)算，以確定管內(nèi)氣體組成與溫度分布曲線，轉(zhuǎn)化管壁溫及管外煙氣溫度分布曲線，從而得出輻射室的主要參數(shù)。由于分段計(jì)算十分繁雜，且其中涉及的催化劑動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)也難于取得，故本計(jì)算將一段轉(zhuǎn)化輻射段作為一個(gè)整體，按轉(zhuǎn)化管進(jìn)，出口氣體溫度和組成，爐管平均壁溫，煙氣離輻射室的溫度進(jìn)行計(jì)算。（4） 爐膛尺寸確定 爐管有效容積，每根管有效容積為：v=πDt2L/4=π/4 =催化劑用量：根據(jù)入爐干氣量及選定空速計(jì)算催化劑用量為：VR=V干/V空=爐管根數(shù)計(jì)算： n=VR/v=爐管布置及爐膛尺寸設(shè)計(jì)：考慮爐體緊湊，減小尺寸，將爐管分成五排布置，每排18根，每排爐管間布燃燒嘴8個(gè)，共布燒嘴6排48個(gè)。；各排爐管的管心距取2DH=。故爐管（或燒嘴）的排間距為： b=2 =由此得輻射室尺寸：爐寬： 3b+=+=爐長(zhǎng)： （181）+=爐高： 8m（5）轉(zhuǎn)化管內(nèi)傳熱系數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)化管內(nèi)壁到轉(zhuǎn)化氣之間的內(nèi)膜給熱系數(shù)，包括輻射給熱系數(shù)和對(duì)流給熱系數(shù)，可由下式計(jì)算： a內(nèi)=afi+aw1 （1531）式中 a內(nèi)管內(nèi)總給熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)； afi管內(nèi)輻射給熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)； aw1管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)；管內(nèi)輻射給熱系數(shù)計(jì)算： afi=[(tb+273)/100]3 （1532）式中 tb管內(nèi)壁溫度，℃； Φf1=1/(1/εt+1/εp1) （1533）εt管壁黑度，εt=~；εp催化劑黑度，對(duì)轉(zhuǎn)化鎳催化劑εp=則： Φf1=1/(1/+1/) =afi=[(679+273)/100]3=(m2h℃) =(m2K)管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)因條件不同而有不同計(jì)算式：當(dāng)DP’/Dt,Re=1000~4000時(shí)， aw1=(λm/Dt)e6（DP/Dt）（DP’G/μm） （1534）式中 λm氣體混合物導(dǎo)熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)； μm氣體混合物粘度，kg/(mh)； DP’催化劑當(dāng)量直徑，m；對(duì)圓柱體，直徑為DP，高度為H時(shí)， DP’= (1535)G氣體空管質(zhì)量流速，kg/(m2h)；Dt轉(zhuǎn)化管內(nèi)徑，m。當(dāng)DP’/Dt6150Re4500時(shí)， aw1= DP’G0。75（εμm）0。42 (1536)式中 Ab催化劑的比表面積，m2/m3； ε催化劑空隙率。 當(dāng)條件不合a， b時(shí)，aw1=’ （DP’G/μm） （1537）因本條件下，氣體溫度，組成在管內(nèi)變化較大，故物性參數(shù)采用進(jìn)口態(tài)和出口態(tài)的平均計(jì)算：進(jìn)口混合氣：溫度480℃，（絕），根據(jù)入爐氣體組成計(jì)算出物性參數(shù)：λ1=(m2h℃)；μ1=（mh）出口氣體溫度760℃，（絕），及氣體組成可得出口氣物性參數(shù)：λ2= kcal/(m2h℃)；μ2= kg/（mh）；CP=(kg℃)；故： λm=（λ1+λ2）/2=(+)/2 =(m2h℃) μm=(μ1+μ2)/2 =(+)/2 = kg/（mh）又： G=n進(jìn)M/(90πDt2/4) = / =43589kg/(m2h)由式（1535）得： DP’= ==由DP’/Dt=： ε=所以 Re= DP’G/εμm= / =149242Re4000應(yīng)按（1537）計(jì)算： aw1=（）x =(m2h℃) =(m2K)管內(nèi)總給熱系數(shù)：a內(nèi)=afi+aw1= +=(m2h℃)=(m2K)爐管平均壁溫計(jì)算管內(nèi)物料平均溫度： tcp=(480+760)/2=620℃ 爐管平均熱強(qiáng)度（外徑）計(jì)算：qcp=Q1/90πDSL=()= = (6) 爐管外壁平均溫度計(jì)算：取管內(nèi)垢熱阻R=h℃/kcal。管材導(dǎo)熱系數(shù) λt=20kcal/(m2h℃)。則 t0=tcp+(qcp/a內(nèi) + qcp/1/R + qcp δ/λt)DH/Dt =620+(1/ ++) =℃=爐管內(nèi)壁平均溫度計(jì)算： tb=tcp+(qcp/ a內(nèi))x DH/Dt =620+()/( ) =℃ =與假設(shè) tb=679℃ 接近，可以不再重算。最高管壁溫度計(jì)算：因未采用分段計(jì)算，故很準(zhǔn)確確定最高外壁溫度的位置及該點(diǎn)的實(shí)際熱強(qiáng)度?，F(xiàn)按轉(zhuǎn)化氣出口溫度及爐管平均熱強(qiáng)度來計(jì)算，所得最高外壁溫度值比實(shí)際出口點(diǎn)外壁溫度偏高。并以此計(jì)算值近似的作為爐管的設(shè)計(jì)溫度。催化劑層徑向?qū)嵯禂?shù)計(jì)算 λc=λc‘’+λ et‘’kcal/(m2h℃) (1538)式中 λc‘’不流通情況下催化劑層徑向有效導(dǎo)熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)。 λ et‘’流通情況下催化劑層徑向有效導(dǎo)熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)。 λ et‘’=（1ε）/[(1/λs)+1/(λm/Ψ +afsDP’)]+ εafvDP’ （1539）式中Λs催化劑導(dǎo)熱系數(shù)kcal/(m2h℃)。 對(duì)鎳催化劑λs=1；Ψ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Ψ=；afs相鄰兩催化劑顆粒間的輻射給熱系數(shù)，kcal/(m2h℃)。afv