【正文】 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為：（ 20+100） /2=60℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ? = 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cm=(kg? ℃ ) 粘度 u=? 105Pa? S 取 de= 所以殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3 =6423kcal/(m2*h*℃ ) 總傳熱系數(shù)核算 管 程 ，殼程污垢熱阻各取 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： K= ????? Raa 外內(nèi)111 則： K= kcal/(m2*h*℃ ) =(m2*h*℃ ) 傳熱面積的核算 以水的吸熱來計(jì)算 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 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)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ ℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 安全系數(shù)： 80 .1 62 .8 % ? 。 = （ 2）低變爐 催化床層的阻力降 : 催化床 層變換氣的平均溫度： 190℃ 催化床層變換氣的壓力 :1800kp 催化床層變換氣的平均分子量： M=∑ YiMi=催化床層變換氣的重度： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 r= 1 6 .1 72 7 3 1 9 0 1 0 1 .3 32 2 .4 2 7 3 1 8 0 0??? = 氣體重度流量 (濕 )G： G=216. 17 643 98. 22. 4 34??? = kg/m3 *h 催化床層的高度 : L= 234 ? = 催化劑床層阻力降 : △ P = LE Edpv Gf ??????? ? = 已知條件： 水進(jìn)主換熱器的溫度： 20℃ 水出主換熱器的溫度： 100℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 390℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 250℃ 傳熱面積的計(jì)算 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)*=平均溫差： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 tm=1222ln tttt????? = (3 9 0 2 5 0 ) (1 0 0 2 0 )(3 9 0 2 5 0 )ln(1 0 0 2 0 )? ? ???=℃ 取 K=250 kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 設(shè)富裕傳熱面積為： 30% S 實(shí) =*= 選擇固定管板式換熱器： 公稱直徑： 600 mm ,公稱面積： M2,管子總數(shù)： 232，管長： 管程數(shù)： 2，殼程數(shù)： 1，管子：￠ 25，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/? ) n—— 管數(shù) ? —— 管板填充系數(shù)，取 t—— 管子中心距，取 所以 D= ? = 管 板直徑選用￠ ，設(shè)備外徑為￠ 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) = Re=G*d/u Pr=u*Cm/? ? u= i i iiiy u MyM???? 粘度的計(jì)算： 查《化工原理》在 320℃時(shí)，各氣體的 u值如下： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O Ar u(mp*s) 根據(jù)公式得： i i im iiy u Mu yM??? ?? =*s=(m*h) 導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算： 查《化工原理》在 320℃時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O Ar ? 根據(jù)公式得： ????? ?iiiii My My ?? =(h*℃ ) 熱容的計(jì)算： 變換氣在 320℃時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計(jì)算熱容以及表 和 可得。 E=+ dp/ Dt Dt—— 觸媒層直徑 ,米 。 dp—— 顆粒直徑 ,米 。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時(shí) )。（ 2） =(標(biāo) )/h 出低變爐 變換氣中 CO%=% 進(jìn)低變爐 的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 Kmol n=%%=% 在 190℃時(shí) ， Kp= 則： W== U= (+)+(+) = V= = q= 28 9 .4 5 4 2 8 5 .3 4 1 .6 7? ? ? = 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V01 =T0*V0 = = M3 備用系數(shù)?。? 所以： V0 1= = M3 觸媒直徑的計(jì)算 （ 1）假設(shè)觸媒直徑為 計(jì)算觸媒直徑的公式 : 催化劑床層阻力降 : △ P= LE Edpv Gf ??????? ? △ P—— 氣體通過觸媒床的壓力降 。 q= WVu 42 ? Kp—— 反應(yīng)平衡常數(shù)； k1—— 反應(yīng)速度常數(shù)； n—— 變換的 CO 的量，分子分率； 其中 A、 B、 C、 D分別代表 CO、 CO CO2及 H2的起始濃度 ．床層觸媒用量 計(jì)算基 準(zhǔn)： 已知條件： 床層變換氣進(jìn)口溫度為： 180℃，第一段床層變換氣出口溫度為： 200℃ 平均溫度為：（ 180℃ +200℃） /2=190℃ 190℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù) k1=4125，加壓時(shí)取校正系數(shù)： ，則： k1=4125*=11550 進(jìn)第一段床層變換氣中 N2%=% 則： V0=（ 13890247。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 U=Kp(A+B)+(C+D)。 QCS01型觸媒外型尺寸為 ￠ 毫米 球 體則 : dp= 103 所以 : E=+ 103247。 L—— 觸媒床高度 ,米 。 r —— 氣體在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤 /米 3。 f —— 摩擦系數(shù) ,一般取 。 17） 247。 V=KPABCD。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容： 表 物質(zhì) A b c d CH4 計(jì)算結(jié) 果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**453= 設(shè)備及管道損失?。?Q3== 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 第二章 設(shè)備的計(jì)算 21中變爐的計(jì)算 ．觸媒用量的計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)可知： Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標(biāo) ) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 T0 —— 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間， h* m3 / M3(標(biāo) ) V0—— 通過觸媒的氣體體積， M3(標(biāo) )/h 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間的計(jì)算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容： 表 物質(zhì) A B c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Ar Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q1=**（ 390+273） = 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 水的帶入熱 Q2: 水在 20℃時(shí) Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q2=X*(20+273)*=*X 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。 = 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 ： 進(jìn)出設(shè)備的變換氣的量： 進(jìn)出設(shè)備的水的量： Xkoml 物料的量在設(shè)備中無變化。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容： 表 物質(zhì) A b C D