【正文】 換熱器101C出口氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（482℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH431．2439106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106101C換熱器承載的熱負(fù)荷為Q1=H482℃H1003℃ = 106 （106）= 106 kJ／hb、換熱器102C的熱量衡算換熱器102C出口氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（371℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO23959106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106102C換熱器承載的熱負(fù)荷為Q2 = H371℃ H482℃ =106（106）= 106 kJ／h 變換段的衡算 高溫變換爐的衡算 物料衡算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)高變爐出口CO含量：%變換反應(yīng)：CO+H2O（g） CO2+H2設(shè)出口干氣總量為Vkmol／h，變換掉的CO量為nCO kmol／h由反應(yīng)可知，干氣總量增加一倍故 V=V入口干氣+ nCO =+（）解得 V= kmol／h消耗掉的CO量為 nCO = kmol／h則高溫變換爐出口各組分為nCO= = kmol／h nH2O= = kmol／hnCO2=+= kmol／hnH2=+= kmol／hnCH4= kmol／hnAr= kmol／hnN2= kmol／h高溫變換爐出口各組成如下表：組 分ni kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計(jì) 熱量衡算高變爐入口統(tǒng)一基準(zhǔn)焓已由前計(jì)算為：H371℃=106 kJ／h高變爐出口氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（432℃）如下表：組 分ni kmol/hniHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106高變爐熱損失取平均溫度下反應(yīng)熱的10%入、出口平均溫度 tm==℃=查[2]得此溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)△rH=／kmol高變爐的反應(yīng)熱Q反=△rHnCO ==106 kJ／h損失的熱量 Q損=106=106 kJ／h高變爐熱平衡：∑H入=106 kJ／h∑H出=H出+Q損=106+106=106 kJ／h 高變爐平衡溫距的計(jì)算KPCO===查[2]得 對(duì)應(yīng)的平衡溫度t平 =℃高變爐平衡溫距 △t==℃ 高變爐干空速的計(jì)算以1atm、60℉（℃）為計(jì)算基準(zhǔn)干空速 SV == h1 低溫變換爐的衡算 物料衡算：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)出口CO含量為：%，設(shè)低變爐出口干氣總量為Vkmol／h，則在低變爐中變換掉的CO為：n′CO=V= V入口干氣+ n′CO =+（ V）解得 V= kmol／h消耗掉的CO量為 n′CO = kmol／h則低溫變換爐出口各組分為：nCO = = kmol／hnH2O= = kmol／hnCO2=+= kmol／hnH2=+= kmol／hnCH4= kmol／hnAr= kmol／hnN2= kmol／h低溫變換爐出口各組成如下表：組 分ni kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計(jì) 低溫變換爐熱量衡算（1）低溫變換爐入口氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（241℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106（2）低變爐出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（254℃）如下表：組 分ni kmol/hniHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N21570106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106（3）熱平衡熱損失按平均溫度反應(yīng)熱的10%計(jì)算出、入口平均溫度 = = ℃查[2]得此溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng) △rH = kcal／kmol低變爐的反應(yīng)熱Q反=△rHnCO ==106 kJ／h損失的熱量 Q損 =106=106 kJ／h（4）低變爐平衡溫距及空速的計(jì)算KPCO===查[2]得 對(duì)應(yīng)的平衡溫度t平 =℃低變爐平衡溫距 △t==℃低變爐干空速的計(jì)算（以1atm、60℉為計(jì)算基準(zhǔn)）干空速 SV == h1 換熱器103C及換熱器104C的熱負(fù)荷計(jì)算 換熱器103C熱負(fù)荷設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)入口溫度：432℃出口溫度：336℃（1）103C換熱器進(jìn)口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（432℃）已由前計(jì)算H432℃= 106 kJ／h（2）103C換熱器出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（336℃）如下表組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106103C換熱器承載的熱負(fù)荷為Q3 = H出 H入 =106 （106）=106 kJ／h 換熱器104C熱負(fù)荷設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)：入口溫度：336℃出口溫度：241℃104C換熱器進(jìn)口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（336℃）已由前面計(jì)算得H336℃= 106 kJ／h104C換熱器出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（241℃）已由前面計(jì)算得H241℃= 106 kJ／h104C換熱器承載的熱負(fù)荷為：Q4 =H出H入 =106 （106 ）=106 kJ／h 設(shè)備工藝計(jì)算本設(shè)計(jì)的設(shè)備計(jì)算部分主要是高變爐催化劑用量的計(jì)算，計(jì)算如下：根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程r =k(ab)根據(jù)前面物料衡算結(jié)果可知，變換爐氣體組成如下表：組分H2COCO2N2ArCH4合計(jì)含量 %100計(jì)算依據(jù)：入口壓力：30kg/cm2入口溫度：371℃蒸氣∶干氣 = ∶1出口CO含量：%高變爐中CO分子變換量約為（以100分子干氣進(jìn)如變換爐為標(biāo)準(zhǔn)）入口： =出口： =高變爐CO分子變換量取平均值為=反應(yīng)器溫升△t=（432371）=℉高變爐入口溫度：700℉高變爐出口溫度：℉由于絕熱溫升較高（100℉），可將爐內(nèi)設(shè)計(jì)為兩層催化計(jì)算。求得變換爐各處氣體組成如下表：位置氣體組成溫度℉絕溫176。RKPH2(C)CO(A)CO2(D)H2O(B)N2+Ar+CH4合計(jì)爐入口100700一層出口100爐出口100催化劑用量計(jì)算= （1）而 lgk = 176。R第一層催化劑平均溫度Tm = =176。Rlgk = 故 k = 按90%進(jìn)行計(jì)算，取k = = KP = 則 w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = == x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中 == （）=解之得 = h1第二層平均溫度Tm = =176。Rlgk = 解之得 k = 同理按90%進(jìn)行計(jì)算 k = = KP = 則w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = = = x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中== （）=解之得 = h1 設(shè)入爐變換氣為V標(biāo)準(zhǔn)米3（干基）V == m3在30kg/cm2壓力下，催化劑活性為常壓下的4倍，由此求得第一層催化劑量 VR1 = = 第二層催化劑量 VR1 = = m3 則催化劑總量 VR = VR1+ VR1 =+= m3 相當(dāng)于以干氣計(jì)算的空間速度為 = h1 而根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的安全裝填系數(shù)k′=，催化劑實(shí)際裝填量為：V實(shí) = VRk′== m3實(shí)際工廠裝填量約為56～60 m3，故本設(shè)計(jì)和實(shí)際用量基本相符。參考文獻(xiàn)[1] 陳五平. 無(wú)機(jī)化工工藝學(xué)上冊(cè)[M].第三版,北京：化學(xué)工業(yè)出版社，[2] 陳五平. 合成氨工藝學(xué)[M].第二版,北京：化學(xué)工業(yè)出版社,～167.[3] 戴煪元. 化工概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,.[4] 郭樹(shù)才. 煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1992.[5] .[6] 張子鋒. 合成氨的歷史和中國(guó)的現(xiàn)狀[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版.[7] Atwood K Arnold MR,Appel,E,(42):1600.[8] Van Krevelen D W,Hoftizer P Huntijen F ,1949,63～191.[9] 梅安華. 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,730～785.[10] . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.[11] . 北京：石油化工出版社.[12] . [13] 操作手冊(cè)及附圖.[14] 年產(chǎn)3噸合成氨廠變換工段設(shè)計(jì)[D]. 四川：四川理工學(xué)院，2005..[15] . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.[16] ．1999．[17] Honti . The Nitrogen Industry Part I. Akademiai Kiado Badapest. 1976.[18] 姚曉明編. 化肥設(shè)計(jì). 2000.[19] 潘連生著. 關(guān)于化學(xué)工業(yè)發(fā)展的探討. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.[20] 大連化工學(xué)院. 合成氨生產(chǎn)工藝[M]. 北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1978.