【正文】 hΔtm’= 12lnt?? =而 P=(t2－t 1)/(T1－t 1)=(116－109)/(147－109)=R=(T1－T 2)/(t2－t 1)=(147－127)/(116 －109)= 查得：ψ Δt=Δtm=ψΔtΔtm’==℃?zhèn)鳠崦娣e：F 0= mtKQ??=設(shè)富裕度為 20%，實(shí)際需換熱面積為F 實(shí) ==列管長度計(jì)算取換熱管的中徑計(jì)算換熱面積列管長度 L= =).(853??π考慮管板、擋板所占長度及定管尺長，實(shí)取 L=9m由物料和熱量計(jì)算結(jié)果可知：物料：進(jìn)出設(shè)備的原料氣的量： 3/h進(jìn)出設(shè)備的變換氣的量： Nm 3/h溫度：原料氣進(jìn)設(shè)備的溫度：148℃原料氣出設(shè)備的溫度：170℃變換氣進(jìn)設(shè)備的溫度： 333℃變換氣出設(shè)備的溫度： 317℃原料氣組成為：表 410 原料氣組成組分 CO CO2 H2 H2S H2O O2% M 平 1=變換氣組成為：表 411 變換氣組成組分 CO CO2 H2 H2S H2O% M 平 2=傳熱面積計(jì)算以變換氣放熱來計(jì)算則實(shí)際傳熱量為:Q=Q 333－ Q317=105kJ/h 148℃ ← 170℃ ↓△t 1 ↓△t 2 317℃ → 333℃△t 1 =169℃ △t 2=163℃ 平均溫差： tm=（△t 2－△t 1）/ln （△ t2/△t 1） =℃ 取 K=200kJ/(m2h℃) 傳熱面積：S=Q/(Ktm) =105/(200)m2= 設(shè)富裕傳熱面積為：10% S 實(shí) == 據(jù)[6]得： 公稱直徑：400mm 公稱面積： 管子總數(shù)：174 管長：3000mm 管程數(shù)：1 殼程數(shù)：1 管子：Ф192 管子排列方式：正三角形管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算公式如下：a 內(nèi) = λ/d Re= m?dG?Pr= C?m = ??iiMy粘度的計(jì)算： 查[7]在 159℃ 時(shí)，各氣體的 u 值如下：表 412 159℃時(shí)各氣體的粘度組分 CO2 CO H2 H2S H2O O2含量% μ/mPas 根據(jù)公式得： μm = ??iiMy? =s導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算：查[7]在 159℃ 時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下： 表 413 159℃時(shí)各氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 組分 CO2 CO H2 H2S H2O O2含量 % ?m(W/(m℃) 根據(jù)公式得： ???3Miyim? =(m℃)熱容的計(jì)算：轉(zhuǎn)化氣在 159℃據(jù)[7]CO, H 2, H2O, CO2, N2 ,CH4 的 Cp 為：表 414 159℃時(shí)的比熱容 組分 CO H2 CO2 H2O H2S O2含量 % Cp(kJ/（mol ℃）) Cpm=∑YiCp=++++3=(kmol℃)M 平 1=Cp=(kg℃)雷諾系數(shù)的計(jì)算：Re= m?dG?G= 16).(4360278???π =(m2s)Re= mudG?=(103)=28185 Pr= C??= ? =則：a 內(nèi) = d?= （28185 ） （） =(m2℃)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： )(()(???????外流體通過管間最大截面積： )1(00thDA? h——兩擋板間的距離，m D——換熱器的外殼內(nèi)徑，m t——相鄰兩管的中心距，m )1(00tdA?? =()m2密度的計(jì)算： 查[7]在 325℃ 時(shí)，各氣體的 ρ 值如下：表 415 325℃時(shí)各氣體的密度組分 CO2 CO H2 H2S H2O含量% ρ/kg/m3 ρm=?ρiyi=粘度的計(jì)算： 查[7]在 325℃ 時(shí)，各氣體的 u 值如下：表 416 325℃時(shí)各氣體的粘度組分 CO2 CO H2 H2S H2O含量% μ/mPas 根據(jù)公式得： μm = ??iiMy? =s導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算：查[7]在 325℃ 時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下：表 417 325℃時(shí)各氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 組分 CO2 CO H2 H2S H2O含量 % ?m(W/(m℃) 根據(jù)公式得： ???3Miyim? =(m℃)熱容的計(jì)算：轉(zhuǎn)化氣在 325℃據(jù)[7]知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ,CH4 為：表 418 325℃時(shí)的比熱容 組分 CO2 CO H2 H2O H2S含量 % Cp(kJ/（kmol℃）) Cpm=∑YiCp=++++1=(kmol℃)M 平 2=Cp=(kg℃)操作條件下的氣體流量Vs,=（325+273）/273= 3/h流體流速： smAvus/??當(dāng)量直徑： ).25()43( 202?????雷諾準(zhǔn)數(shù)：?????ud普蘭特?cái)?shù)： ..Pr0????Cp殼程中水被加熱，取 ..0??????w?則殼程傳熱系數(shù)為： )(()(??????外 = ??5..??? = W/(m2℃)污垢熱阻：Rso=104m2℃/WRsi=104m2℃/W總傳熱系數(shù)核算(忽略管壁熱阻)以管外表面計(jì)的總傳熱系數(shù)為： K0= iisodR0011??內(nèi)外 ?? 所以：K 0= ????=( 2m.℃) 傳熱面積計(jì)算 以水的吸熱來計(jì)算 Q=105kJ/hΔtm’= 12lnt?? =℃而 P=(t2－t 1)/(T1－t 1)=(170－148)/(333－148)=R=(T1－T 2)/(t2－t 1)=(333－317)/(170 －148)= 查得：ψ Δt=Δtm=ψΔtΔtm’==℃?zhèn)鳠崦娣e：F 0= tKQ??=設(shè)富裕度為 20%，實(shí)際需換熱面積為F 實(shí) ==列管長度計(jì)算取換熱管的中徑計(jì)算換熱面積列管長度 L= =??π）（ 考慮管板、擋板所占長度及定管尺長，實(shí)取 L=3m（1） 、選用橢圓形的封頭，由[8]查得：表 419 封頭的尺寸公稱直徑 Dg(mm) 曲面高度 h1(mm) 直邊高度 h2(mm)1800 450 40（2） 、封頭厚度的計(jì)算由[7]查得： CtPφ]σ[=已知： ,95][,18, ?????MamiMaPtC ，代入上式，則：S36..1952?d936?,C1=??圓整后取 n，復(fù)驗(yàn) mSn60.%??，?，該封頭可以用厚度為 10mm 的 20R 鋼板制造。 由[9]查得：表 420 裙座尺寸（ 20/35mkgq?）塔徑Dg（mm）SC（mm） S 環(huán) （mm） Z—M1800 8—27Sc——裙座計(jì)算壁厚(mm)S 環(huán) ——基礎(chǔ)環(huán)計(jì)算厚度 (mm)ZM——地腳螺栓個(gè)數(shù)及公稱直徑由[9]查得：表 421 裙座基座尺寸群座直徑（mm）D1（ mm） D2（mm） D0（mm） F 環(huán)102（cm 2）W 環(huán)104（cm 2）1800 2130 2022 1600 D1：基礎(chǔ)環(huán)的外徑(mm)D2： 基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑(mm)F 環(huán) ：基礎(chǔ)環(huán)截面積 (cm2)W 環(huán) ：基礎(chǔ)環(huán)斷面系數(shù) (cm2)地腳螺栓由[9]查得：表 422 螺栓尺寸（M27）d4 d2 Sa Sc hf l334 40 26 12 300 L+50采用 A 型人孔，由[10]查得：表 423 人孔尺寸(mm)Dg dws D D1 A B L H1 H2 b bⅠbⅡd 螺栓數(shù)量螺栓直徑長度450 4806 590 550 325 150 200 220 102 28 22 24 20 16 M2075由[10]查得：表 424 排氣孔尺寸群座直徑(mm) 排氣孔直徑(mm) 數(shù)量（個(gè)） 排氣孔中心距離裙座頂端 距離 H(mm)1200≤D≤2400 Φ80 4 180一般中壓蒸汽流速在 20—40 sm/由公式： nRTPV=得， 01=TPVn，則：變換爐入口流速： hm/)10(. 3????而 2=Rπv，假設(shè)入口管的直徑為 100mm，則： sv/9.中變爐二段入口流速： V/)7(..343????而 ，假設(shè)入口管的直徑為 300mm，則： smv/4。24dVvπ?同理：有變換爐出口管 hV /)(.????而 ，假設(shè)入口管的直徑為 300mm，則： smv/63.?24dVvπ?引出通道管由[9]查得：表 425 引出通道管尺寸Dg(mm) d3S3(mm) E(mm)150 3258 300因?yàn)樵蠚鉃橐兹家妆臍怏w，所以該采用榫槽面平焊法蘭。由[8]查得：表 426 榫槽面法蘭尺寸（HG5011—58） （單位：mm）Dg Dh S D D1 D2 D3 D4 D5 D6 b b3 b4 f f1=f2 d進(jìn)出口 300 316 8 485 430 390 343 363 342 364 36 10 114 30由[9]查得： zDL1??－ 筋S取 mS20筋 ，則： 82304.?－20=變換爐材料與零部件一覽表表 427 材料與零部件備一覽表名稱 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 數(shù)量 備注裙座 1 Φ=1800人孔 J04－0091 2 Φ=450封頭 JB1154－73 2 δ=10接管 HG20595－97 2 Φ3168法蘭 HG5011－58 2 Pg25Dg300引出管 1 Φ325排氣孔 4 Φ80塔體 1 δ=10表 428 主要設(shè)備一覽表序號(hào) 名稱 規(guī)格 圖號(hào) 數(shù)量 材料 備注1 變換爐 D1800 H1670操作溫度 ≤333℃操作壓力≤催化劑裝量 C301 1 20R 催化劑床段數(shù)：12 飽和塔 塔型：填料塔 高度：3m 塔徑： E302 1 鋼3 熱水塔 塔型：填料塔 高度：2m 塔徑： E303 1 鋼4 第一換熱器 Dg1000 管程數(shù) I 換熱面積 管長 5000mm管子排列方式：正三角形C302 1 16MnR5 第二換熱器 Dg400 管程數(shù) I 換熱面積 管長 3000mm管子排列方式：正三角形1參考文獻(xiàn)[1] 陳五平,（上冊(cè)）[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1991.[2] 梅安華,汪壽建,（上冊(cè)） [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995.[3] [M].北京 :高等教育出版社,2022.[4] 刁玉瑋,[M]. 大連: 大連理工大學(xué)出版社,2022.[5] [M].北京: 石油化學(xué)工業(yè)出版社,1979.[6] 燕山石油化學(xué)總公司設(shè)計(jì)院,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)部出版社.[7] 王正烈,[M]. 北京: 高等教育出版社,2022.[8] 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 1—材料與零部件[M].上海:上海人民出版社,1973.[9] 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 2—金屬設(shè)備 [M].上海:上海人民出版社,1973.[10] [M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2022.[11] 路秀林,—塔設(shè)備[M]. 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社,2022.[12]陳聲宗,化工設(shè)計(jì)[M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社,2022. [13][M]. 北京 :化學(xué)工業(yè)部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站,1988.對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)述天然氣變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關(guān)鍵的一步，因?yàn)槟芊裾Ｉa(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。因此，必須控制一定的工藝條件，使變換氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)已知的轉(zhuǎn)化氣組成，操作條件，采用了全低變的工藝流程路線。首先進(jìn)行了物料和熱量衡算，在計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計(jì)的宗旨。設(shè)計(jì)中一共有變換爐，飽和熱水塔，換熱器幾個(gè)主要設(shè)備。 由于天然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多，在本設(shè)計(jì)中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《合成氨工藝學(xué)》這兩本書。由于時(shí)間有限，設(shè)計(jì)可能不完善，請(qǐng)各位老師指出。