【正文】 (4。 (2) 有效地利用車間建筑面積 (包括空間 )和土地。 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為： （ 20+90） /2=55℃ 導熱系數(shù)： ? = 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cp=(kg? ℃ ) 粘度 : ?=?105Pa? S 取 de= 所以殼側(cè)對流傳熱系數(shù)為： ? 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/? )*(Cp*? /? )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)計手冊 》可知總傳熱系數(shù)的計算公式為： K= ????? Raa 外內(nèi)111 則： K= kcal/(m2? h? ℃ ) = kJ/(m2? h? ℃ ) 傳熱面積的核算 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(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)=134m3 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 34 安 全系數(shù)： %54134134207 ? 第 五 章 車間設(shè)備布置設(shè)計 車間布置設(shè)計的原則 車間設(shè)備布置的原則 車間設(shè)備布置是按照加工件的工藝流程擺放加工中心并根據(jù)生產(chǎn)流程情況及各種有關(guān)因素，把各種工藝設(shè)備在一定的區(qū)域內(nèi)進行排列。 傳熱系數(shù) 的驗 算 管內(nèi)給熱系數(shù)的計算公式如下： ? 內(nèi) = Re=G*d/? Pr=? *Cp/? 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 32 ? = i i iiiyMyM????? 粘度的計算： 查《化工原理》在 ℃ 時，各氣體的 u 值如下： 表 42 ℃ 時，各氣體的 u 值 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O ? () 根據(jù)公式得： i i im iiy u Mu yM??? ?? =*s=(m*h) 導熱系數(shù)的計算： 查《化工原理》在 ℃ 時，各氣體的導熱系數(shù)值如下： 表 43 ℃ 時，各氣體的導熱系數(shù)值 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O ? 根據(jù)公式得： ????? ?iiiii My My ?? =(h*℃ ) 熱容的 計算：變換氣在 ℃ 時根據(jù)《物理化學教程》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計算熱容以前面計算結(jié)果可得。 催化床層直徑計算 設(shè)計要求催化劑層總阻力＜ 690KPa（即 700mmH2O） , 催化劑層阻力降采用下式試算 Δ P= LE EdrfG p 1.10 ??? B302 為非球形催化劑，粒度為 5 177。熱容的單位為 kJ/（ ），結(jié)果 :同表 310 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容， 結(jié)果同表 311 當 T=523K 時，計算結(jié)果如下： 表 335 T=523K 各組分熱容 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以得： Q3=523= 水的帶出熱 Q4: 水在 90℃ 時 Cp= kJ/（ ） 得： Q4=X**(90+273) =*X 熱損失 Q5:取 根據(jù)熱量平衡： *（ Q1+Q2） =Q3+Q4 X= kmol 表 336 主換熱器熱量平衡表 帶入熱 /kJ 帶出熱 /kJ 熱損失 /kJ 轉(zhuǎn)換氣 ———————— 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 28 水 ———————— ∑Q 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計算 已知：入設(shè)備的變換氣溫度： 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度： 181℃ 進設(shè)備的濕變換氣的量： 變換氣帶入的熱量： Q1= 變換氣帶出的熱 Q2： 變換氣在 181℃ 時 T=454K 時根據(jù)《物理化學》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用式：Cp=a+b+cT2 來計算熱容。 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容， 結(jié)果同表 3–11。 溫度： 變換氣進設(shè)備的溫度： 365℃ 變換氣出設(shè)備的溫度： 250℃ 水進設(shè)備的溫度： 20℃ 水出設(shè)備的溫度： 90℃ 熱量計算： 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 27 （ 1） 入熱： 變換氣帶入熱 :Q1 變換氣在 365℃ 時根據(jù)《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。 轉(zhuǎn)化氣在 330℃ 時 T=603K 下， 計算結(jié)果如下表： 表 332T=603K 各組分的 Cp 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 因此： Q3=（ 330+273） = 水 的帶出熱 Q4: 水在 330℃ ， T=603K 時的熱容為： Cp= kJ/（ ） 所以得： Q4=X（ 330+273） = 假設(shè)熱損失 Q5= 總 : Q5=(Q1+ Q2) 熱量平衡： (Q1+ Q2)= Q3+ Q4 （ +） =+ X= 表 333 廢熱鍋爐 熱量平衡表 帶入熱 /kJ 帶出熱 /kJ 熱損失 /kJ 轉(zhuǎn)換氣 ————— 水 ————— ∑Q 水蒸汽的加入 : 要使 H2O/CO= 還要加入的水量為：（ ）247。計算結(jié)果同上表 3–10。 經(jīng)計算 得出以下結(jié)果： 表 331 T=1193K 各組分的 Cp 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 故 Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 所以： Q2=（ 920+273） = （ 2） 出熱： 轉(zhuǎn)化氣的帶出熱 Q3： 轉(zhuǎn)化氣在 330℃ 時 T=603K 根據(jù)《物理化學教程》知， CO, H2, H2O, CO2, N2 可用公式： Cp=a+b+cT2 來計算 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 26 熱容。 熱容的單位為 kJ/（ ） 計算結(jié)果同上表 3–10。 查《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊 》 B302 型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為E1=43164kJ/koml CO 變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能 E2 為： E2 E1=r*(△H) 對于 CO 變換反應(yīng) r=1，則 E2=(△H) + E1 △H 為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即： （ 181+203） /2=192℃ ， T=465K CO 的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計算： △H=*T+ 103* 103T3 得： △H= kcal/kmol= kJ/kmol E2=+43164= kJ/kmol 最適宜溫度曲線 最適 宜溫度計算結(jié)果列于下表中： 表 329 最適宜溫度 Xp T 402 421 440 457 475 493 510 t 129 148 167 184 201 220 237 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 020406080100100 150 200 250溫 度（℃）CO轉(zhuǎn)化率 Xp齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 廢熱鍋爐的熱量和物料計算 已知進廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組分： 表 330 進廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組分 組份 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計 ％ 100 M 3(標 ) kmol 進廢熱鍋爐的溫度為： 920℃ 出廢熱鍋爐的溫度為： 330℃ 進出設(shè)備的水溫： 20℃ 出設(shè)備的水溫： 330℃ 進出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： kmol 進出設(shè)備的水量： X kmol 在設(shè)備里無物料的變化。 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容， 結(jié)果同 3–11 當 T= 時， 計算結(jié)果如下： 表 327 T= 各組分的 Cp 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp 所以得： Cpm=∑Yi*Cp=（ ） 故： Q2=（ 203181） = 熱損失 ： Q3=Q1Q2= = kJ 低變爐催化劑平衡曲線 XP= AWqU2? 100％ ① V=KPABCD ② q= WVU 42 ? ③ U=KP（ A+B） +（ C+D） ④ W=KP1 ⑤ 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 H2O、 CO2 及 H2 的起始濃度 將 ② 、 ③ 、 ④ 、 ⑤ 式代入 ① 式并查的不同溫度下的 KP 值便可計算出 XP 值。 計算結(jié)果如下： 表 326 平均溫度為 476K 時的生成焓 組分 H2 H2O CO CO2 HT（ kcal/kmol） HT（ kJ/kmol） 放熱： CO +H2O=CO2+H2 △H1=（ ∑Hi） 始 －（ ∑Hi） 末 = kJ/kg 所以： Q1= = kJ 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時的平均溫度： （ 181+203） /2=℃ ， T= 根據(jù)《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。熱容的單位為 kJ/（ ） ，結(jié)果同 3–10。 已知條件：變換氣的流量： 設(shè)冷凝水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷凝水的進口溫度： 20℃ 進二段催化床層的溫度： 353℃ 操作壓力： 冷凝水吸熱 Q1：據(jù)冷凝水的進口溫度 20℃查《化工熱力學》可知 h1 =根據(jù)《化工熱力學》可知： 表 315 各溫度下的焓 T/K P/kPa H/(kJ/kg) 600 1600 600 1800 700 1600 700 1800 冷凝水要升溫到 353℃ ，所以設(shè)在 353℃ , 626K,1750kPa 時的焓值為 H 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 對溫度進行內(nèi)查法： 1600kPa 時： (626600 )/ ()=(700626)/() H= kJ/kg 1800kPa 時 ： （ 626600） /（ H ） =(700626)/( ) H= kJ/kg 再對壓力使用內(nèi)查法得在 353℃ , 626K,1750kPa 時的焓值 H 為： (17501600)/()=(18001750)/() 故： H= kJ/kg Q1= X( ) 變換氣吸熱 Q2 根據(jù)表 3–10 和表 3–11 得： 表 316 各組分的 Cp 物質(zhì) CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以 Cpm= ∑Yi*Cp = kJ/（ kmolK） Q2=(415353)= kJ 取熱損失為 Q2 根據(jù)熱量平衡： Q2= X() X= = kmol = M3(標 ) 水的量為： += Nm3= kmol 所以進二段催化床層的變換氣組分如下表： 表 317 進二段催化床層的變換氣組分 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量 ％ 100 M 3(標 ) kmol 中變爐二段催化床層的物料和熱量衡算 中變爐二段催化床層的物料衡算