【正文】 水的物性數據 水的溫度為：（ 20+100） /2=60℃ 導熱系數： ? = 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cm=(kg? ℃ ) 粘度 u=?105Pa? S 取 de= 所以殼側對流傳熱系數為： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3 =6423kcal/(m2*h*℃ ) 總傳熱系數核算 管 程 ，殼程污垢熱阻各取 由《 小合成氨廠工藝技術與 設計手冊 》可知總傳熱系數的計算公式為： K= ????? Raa 外內111 則： K= kcal/(m2*h*℃ ) =(m2*h*℃ ) 傳熱面積的核算 以水的吸熱來計算 蘭州交通大學畢業(yè)設計 40 從前面主換熱器的計算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實際轉熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ ℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 安全系數： 8 0 .1 6 2 .8 2 7 .5 5 %6 2 .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： 蘭州交通大學畢業(yè)設計 36 r= 273 190 101 . 273 180 0??? = 氣體重度流量 (濕 )G： G=2 643 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： 水進主換熱器的溫度： 20℃ 水出主換熱器的溫度： 100℃ 變換氣進主換熱器的溫度： 390℃ 變換氣進主換熱器的溫度： 250℃ 傳熱面積的計算 以水的吸熱來計算 從前面主換熱器的計算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實際轉熱 量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： 蘭州交通大學畢業(yè)設計 37 tm=1222ln tttt????? = ( 390 250 ) (100 20)( 390 250 )ln(100 20)? ? ???=℃ 取 K=250 kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 設富裕傳熱面積為： 30% S 實 =*= 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： 232，管長： 管程數： 2，殼程數： 1，管子：￠ 25，管子排列方式：三角形 設備直徑與管板的確定 管板直徑的計算公式： D=(n/? ) n—— 管數 ? —— 管板填充系數，取 t—— 管子中心距，取 所以 D= ? = 管 板直徑選用￠ ，設備外徑為￠ 傳熱系數的驗算 管內給熱系數的計算公式如下： a 內 = Re=G*d/u Pr=u*Cm/? ? u= i i iiiy u MyM???? 粘度的計算： 查《化工原理》在 320℃時，各氣體的 u值如下： 蘭州交通大學畢業(yè)設計 38 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O Ar u(mp*s) 根據公式得： i i im iiy u Mu yM??? ?? =*s=(m*h) 導熱系數的計算： 查《化工原理》在 320℃時，各氣體的導熱系數值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O Ar ? 根據公式得： ????? ?iiiii My My ?? =(h*℃ ) 熱容的計算： 變換氣在 320℃時根據《物理化學教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計算熱容以及表 。 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 )。（ 2） =(標 )/h 出低變爐 變換氣中 CO%=% 進低變爐 的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計 含量％ 100 M3(標 ) 1955 Kmol n=%%=% 在 190℃時 ， Kp= 則： W== U= (+)+(+) = V= = q= 289 .4 5 4 28 5. 34 1. 67? ? ? = 蘭州交通大學畢業(yè)設計 35 ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V01 =T0*V0 = = M3 備用系數?。? 所以： V0 1= = M3 觸媒直徑的計算 （ 1）假設觸媒直徑為 計算觸媒直徑的公式 : 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—— 反應平衡常數； k1—— 反應速度常數； 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 計算基 準： 已知條件： 床層變換氣進口溫度為： 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℃時反應速度常數 k1=4125，加壓時取校正系數： ，則： k1=4125*=11550 進第一段床層變換氣中 N2%=% 則： V0=（ 13890247。 蘭州交通大學畢業(yè)設計 34 U=Kp(A+B)+(C+D)。 QCS01型觸媒外型尺寸為 ￠ 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 ,一般取 。 17） 247。 V=KPABCD。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質 CO H2 H2O CO2 N2 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 表 物質 A b c d CH4 計算結 果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**453= 設備及管道損失?。?Q3== 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 第二章 設備的計算 21中變爐的計算 ．觸媒用量的計算 根據文獻可知： Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標 ) 蘭州交通大學畢業(yè)設計 29 T0 —— 標準接觸時間， h* m3 / M3(標 ) V0—— 通過觸媒的氣體體積， M3(標 )/h 標準接觸時間的計算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質 CO H2 H2O CO2 N2 A 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 表 物質 A B c d CH4 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Ar Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q1=**（ 390+273） = 蘭州交通大學畢業(yè)設計 27 水的帶入熱 Q2: 水在 20℃時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q2=X*(20+273)*=*X 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃， T=523K 時根據《物理化學》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計算熱容。 = 蘭州交通大學畢業(yè)設計 26 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計算 ： 進出設備的變換氣的量： 進出設備的水的量： Xkoml 物料的量在設備中無變化。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 表 物質 A b C D CH4 計算結果： 組分 CO H2