【正文】 換的CO的量，分子分率。其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度[13]。計(jì)算基準(zhǔn)： t/h。已知條件：第一段床層變換氣進(jìn)口溫度：330 ℃。第一段床層變換氣出口溫度為：415 ℃。平均溫度為：（330℃+415℃）/2= ℃由《小型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》 ℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，加壓時(shí)取校正系數(shù)：，則：k1=4600=12880。進(jìn)第一段床層變換氣中N2%=%。則：V0== m3(標(biāo))/h。出第一段床層變換氣中CO%=%進(jìn)第一段床層的變換氣濕組分如表31所示。表31 進(jìn)第一段床層得變換濕氣組分列表組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100m3(標(biāo))komln=%%=%。℃時(shí)，查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》Kp=[13]。則： W==U=(+)+(+)=V==q=== h所以： V01 =T0*V0 == m3 備用系數(shù)?。核裕篤01== m3。 第二段床層觸媒用量已知條件：第二段床層變換氣進(jìn)口溫度：353 ℃。第二段床層變換氣出口溫度為：365 ℃。平均溫度為：（353℃+365℃）/2=359 ℃由《小型型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》得到在375 ℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，在317 ℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)k2=2130。使用內(nèi)插法：（375359）/（4600k）=（）/（k2130） k=3684加壓時(shí)取校正系數(shù)：，則：k1=3684=10315進(jìn)中變爐二段床層的組分含量如表32所示。表32 進(jìn)中變爐二段的變換氣各組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100m3(標(biāo))koml出中變爐二段床層的CO組分：%。n=%%=%。由《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》得到在359 ℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)Kp=則： W==U=(+)+(+=V==q== = h所以： V02=T0*V0 == m3 備用系數(shù)?。?所以：V02 == m3中溫變換爐觸媒用量：V= V01+V02=+= m3C6型觸媒堆重度: kg/L觸媒堆重量： Nm3 /h?？账伲?Nm3干氣/()。 觸媒直徑的計(jì)算（1） m。催化劑床層阻力降公式：△P= （33）注： △P——?dú)怏w通過觸媒床的壓力降。f ——摩擦系數(shù),。G——?dú)怏w重量流速,公斤/()。r ——?dú)怏w在操作狀態(tài)下的重度, 公斤/米3。dp——顆粒直徑,米。L——觸媒床高度,米。E=+ dp/ Dt。Dt——觸媒層直徑,米。C6型觸媒外型尺寸為￠98毫米圓柱體dp=(6Vp) 247。SpVp=()2=107Sp =2()2+=104則： dp=103所以：E=+103247。=（2）中變爐第一段催化床層的阻力降第一段催化床層變換氣的平均溫度： ℃第一段催化床層變換氣的壓力:1750 kp第一段催化床層變換氣的平均分子量：M=∑YiMi= kg/koml第一段催化床層變換氣的重度：r= = kg/m3 氣體重度流量(濕)：G= = kg/第一段催化床層的高度：L= = m第一段催化劑床層阻力降： △P = （34） = kgf/m3（3） 中變爐第二段催化床層的阻力降第二段催化床層變換氣的平均溫度359 ℃。第二段催化床層變換氣的平均分子量:M=∑YiMi= kg/ kmol。第二段催化床層變換氣的重度：r= = kg/m3 氣體重度流量(濕)G：G= = kg/第二段催化床層的高度：L= = m第二段催化劑床層阻力降：△P = = kgf/m3中變爐催化劑的總阻降： △P總=+= kgf/m3 = Kp所以計(jì)算得中變爐催化劑的總阻降符合要求， m可用。(4) 中變爐進(jìn)口直徑的計(jì)算：Vs== m/s取氣體流速為50m/s d== m(5) 中變爐出口直徑的計(jì)算 Vs== m/s取氣體流速為50m/s d== m（6） 中間冷凝水進(jìn)口直徑查《化工原理》得到H2O的組分在20 ℃，1750 kPa時(shí)的密度為998 kg/m3此時(shí)壓力對(duì)水的影響不大，不需要校核。Vs=== m/s取水流速為5m/s d== m已知條件：水進(jìn)主換熱器的溫度：20 ℃。水出主換熱器的溫度：150 ℃。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 ℃。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)= kJ/h。平均溫差：tm= （35） = ℃。取K=250 kJ/(.℃)。傳熱面積：S=Q/(Ktm)= m3。設(shè)富裕傳熱面積為20%，則S實(shí)=(1+)= m2。選擇固定管板式換熱器。表33 固定管板式換熱器參數(shù)公稱直徑/mm800公稱面積/m2200管數(shù)/根444管長(zhǎng)/mm6000管程數(shù)/個(gè)6殼程數(shù)/個(gè)1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/) (36)注：n——管數(shù)；——管板填充系數(shù)，；t——管子中心距。所以：D= = m官板直徑選用￠ m，設(shè)備外徑為￠ m。 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)= （37）Re=Gd/u （38）Pr=uCm/ （39） u= （310）粘度的計(jì)算：查《化工原理》 ℃時(shí)，各氣體的u值如表34所示[13].表34 ℃時(shí)的粘度值組分CO2COH2CH4N2H2Ou()根據(jù)公式得： = = kg/()導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算：查《化工原理》 ℃時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如表35所示[15]。表35 ℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)組分CO2COH2CH4N2H2O根據(jù)公式得： = kcal/(h.℃)熱容的計(jì)算： ℃時(shí)用公式：Cp=a+b+cT2來計(jì)算熱容。計(jì)算結(jié)果如表36所示。表36 ℃的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑YiCp= kJ/（）= kJ/（kmol.℃）∑M=∑YiMi= kg/kmolCp=(kg.℃)雷諾系數(shù)的計(jì)算：Re=Gd/u=(3600)/=10455Pr=(uCm)/=()/=則：a內(nèi)==（）（10455）（）= kcal/(.℃)= kJ/(.℃) 殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算公式如下：a外=(/do)(de)(doGu/u)(Cmu/)1/3(u/uw) (310)在本設(shè)計(jì)中由于溫度對(duì)氣體粘度變化影響不大，故校正項(xiàng)(u/uw) 。水的物性數(shù)據(jù)水的溫度為：（20+150）/2=85 ℃。導(dǎo)熱系數(shù)： = kcal/(mh℃)。熱容：Cm= kJ/(kg℃)。粘度： u= 取de= m所以殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為：a外=(/do)(de)(doGu/u)(Cmu/)1/3 =6423kcal/(.℃) 總傳熱系數(shù)核算。由《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為[16]：則： K= kcal/(.℃) = kJ/(.℃)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)= kJ/h。平均溫差： tm= = ℃。傳熱面積：S=Q/(Ktm)= m3。安全系數(shù)：100%=%。 其他主設(shè)備 其他主設(shè)備見表37所示。表37 其他主設(shè)備表名稱規(guī)格數(shù)量材料廢熱鍋爐1 00022L=8 287mmF=130m2換熱管38390根2521Cr16 Ni32溫水調(diào)節(jié)器400換熱面積：25m2管子排列方式：三角形1碳鋼第4章 設(shè)備一覽表根據(jù)前面的工藝和設(shè)備計(jì)算，將主要設(shè)備的規(guī)格列于表41。表41 主要設(shè)備一覽表名稱規(guī)格數(shù)量材料中變爐h1=h2=116MnR換熱器公稱直徑：800mm公稱面積：200m2管數(shù)：444根管長(zhǎng)：6000mm排列方式：三角形1碳鋼廢熱鍋爐1 00022L=8 287mmF=130m2換熱管38390根2521Cr16 Ni32溫水調(diào)節(jié)器400換熱面積：25m2管子排列方式：三角形1碳鋼參考文獻(xiàn)[1] [M].化學(xué)工業(yè)出版社，1982.[2] [M].石油化學(xué)工業(yè)出版社，1978.[3] [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.[4] ［Ｍ］.華東化工學(xué)院出版社，1988年.[5] ［Ｍ］.工業(yè)出版社，1977.[6] ［Ｍ］.石油化學(xué)工業(yè)出版社，1979.[7] 陳五平..,1996:131167.[8] [M]. ：（11）.[9] ,Chemical Engineer’Handbook,5th edition ,McGraywHill,Newyork,1973.[10] Moyes, Chemical Engineer,1974.(February):84～90.[11] Reinhardt, Technik,1956,6,(10):454.[12] ［Ｍ］..[13] ［Ｍ］.化學(xué)工業(yè)出版社.致 謝由于合成氨變換工藝是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多。本設(shè)計(jì)主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》這本書，查閱和參考了許多合成氨方面的相關(guān)資料。本設(shè)計(jì)選擇了合適的工藝流程；通過計(jì)算和繪圖分析出了溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率的影響變化，確定良好的工藝條件；通過熱量衡算，選擇合適的換熱器，合理的利用和回收了熱量；選擇了合適的催化劑，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)理論與實(shí)際相結(jié)合的過程。通過本次設(shè)計(jì)，提高了我查閱資料、運(yùn)用知識(shí)的能力，使我對(duì)化工生產(chǎn)及操作有進(jìn)一步的了解，對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作有很大幫助。由于本人水平有限，生產(chǎn)實(shí)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)較少，設(shè)計(jì)會(huì)有不少缺點(diǎn)與不足，熱切期望得到各位老師的批評(píng)指正。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成，離不開指導(dǎo)老師張廷紅老師在設(shè)計(jì)過程中給予的悉心指導(dǎo)并在本次設(shè)計(jì)過程中提出了寶貴意見，使本次設(shè)計(jì)得以順利完