【正文】 入熱： 水的帶入熱 Q1 水在 20℃時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q1=X*（ 20+273） * = 轉化氣的帶入熱 Q2： 轉化氣在 920℃時 T=1193K 根據(jù)《物理化學》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/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 A 30 b/103 c/105 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Ar Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q3=**（ 370+273） = 水的帶出熱 Q4: 水在 370℃， T=643K 時的熱容為： Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X**（ 370+273） = 熱損失 Q5: Q5=*(Q1+ Q2) 熱量平衡： *(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 (+)=+ X= ： 要使 H2O/CO= 還要加入的水量為： （ ）247。 溫度： 變換氣進設備的溫度： 390℃ 變換氣出設備的溫 度： 250℃ 水進設備的溫度： 20℃ 水出設備的溫度： 100℃ ： （ 1） 入熱： 變換氣帶入熱 :Q1 變換氣在 390℃時根據(jù)《物理化學》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/（ 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來計算熱容： 表 物質(zhì) A B c d CH4 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q3=*523*= 水的帶出熱 Q4: 水在 100℃時 Cp= kJ/（ kmol.℃ ） Q4=X**(30+273)=*X 熱損失 Q5:取 根據(jù)熱量平衡： *（ Q1+Q2） =Q3+Q4 X= 第五節(jié) 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計算 蘭州交通大學畢業(yè)設計 28 ： 入設備的變換氣溫度： 250℃ 出設備的變換氣溫度： 180℃ 進設備的濕變換氣的量： 變換氣帶入的熱量： Q1= 變換氣帶出的熱 :Q2 變換氣在 180℃時 T=453K時根據(jù)《物理化學》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ， Cp=a+b+CT2來計算熱容。 U=Kp(A+B)+(C+D)。 q= WVu 42 ? Kp—— 反應平衡常數(shù)； k1—— 反應速度常數(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 ．第一段床層觸媒用量 計算基準： 已知條件： 第一段床層變換氣進口溫度為： 370℃，第一段床層變換氣出口溫度為： 425℃ 平均溫度為：（ 370℃ +425℃） /2=℃ 在 ℃時反應速度常數(shù) k1=9300，加壓時取校正系數(shù)： ， 則： k1=9300 =26040 進第一段床層變換氣中 N2%=% 則： V0=（ 13890247。（ 2） =(標 )/h 出第一段床層變換氣中 CO%=% 進第一段床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標) 2 kmol 蘭州交通大學畢業(yè)設計 30 n=%%=% 在 ℃時， Kp= 則： W== U= (+)+(+)= V= 3632= q= 25 .6 7 4 1 1 .3 2 0 .3 4 7? ? ? = ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V01 =T0*V0 = = M3 備用系數(shù)?。? 所以： V0 1= = M3 第二段床層觸媒用量 已知條件： 第二段床層變換氣進口溫度為： 380℃，第二段床層變換氣出口溫 度為： 390℃ 平均溫度為：（ 380℃ +390℃） /2=385℃ 由《 3000 噸型合成氨廠工藝和設備計算》得到在 385℃時反應速度常數(shù) k1=8150， 加壓時取校正系數(shù)： ，則： k1=8150*=22820 進中變爐二段床層的組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計 含量％ 100 M3(標 ) 4 4654.67 Kmol 8 出中變爐二段床層的 CO 組分： % n=%%=% 蘭州交通大學畢業(yè)設計 31 在 385℃時反應平衡常數(shù) Kp= 則： W== U= (+)+(+)= V= =0. 099 q= 24 .7 0 4 0 .0 9 9 1 2 .6 8? ? ?= ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V02=T0*V0 = = 備用系數(shù)?。? 所以： V02 = = M3 中溫變換爐觸媒用量 : V= V01+V02=+= QCS01型觸媒堆重度 : 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 。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時 )。 dp—— 顆粒直徑 ,米 。 E=+ dp/ Dt Dt—— 觸媒層直徑 ,米 。 蘭州交通大學畢業(yè)設計 32 = （ 2）中變爐第一段催化床層的阻力降 : 第一段催化床層變換氣的平均溫度： ℃ 第一段催化床層變換氣的壓力 :1800kp 第一段催化床層變換氣的平均分子量： M=∑ YiMi=第一段催化床層變換氣的重度： r= 273 397 .5 101 . 273 180 0??? = 氣體重度流量 (濕 )G： G=216. 1 628 07. 22. 4 ??? = kg/m3 *h 第一段催化床層的高度 : L= 2 ? = 第一段催化劑床層阻力降 : △ P = LE Edpv Gf ??????? ? = （ 3） 中變爐第二段催化床層的阻力降 : 第二段催化床層變換氣的平均溫度 385℃ 第二段催化床層變換氣的平均分子量 :M=∑ YiMi=第二段催化床層變換氣的重度 : r = 273 385 101 .3322 .4 273 180 0??? 蘭州交通大學畢業(yè)設計 33 =氣體重度流量 (濕 )G G=21 6 .1 6 2 8 0 7 .5 4 42 2 .4 4????????? = kg/m3 *h 第二段催化床層的高度 : L= 2 ? = 第二段催化劑床層阻力降 : △ P = LE Edpv Gf ??????? ? = 中變爐催化劑的總阻降： △ P 總 =+ = 所以計算得中變爐催化劑的總阻降符合要求，中變爐催化劑床層直徑 可用 . 22低變爐的計算 ．觸媒用量的計算 Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標 ) 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。 V=KPABCD。 17） 247。 f —— 摩擦系數(shù) ,一般取 。 r —— 氣體在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤 /米 3。 L—— 觸媒床高度 ,米 。 B303Q 型觸媒外型尺寸為￠ 9 8毫米球體則 : dp= 103 所以 : E=+ 103247。 熱容的單位為 kJ/（ ） 計算結果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Ar Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） =（ kmol*℃） ∑ M=∑ YiMi=Cp=(kg*℃ ) 雷諾系數(shù)的計算 G=P? 0? 0 Re=G*d/u =(*3600*)/ = Pr=(u*Cm)/? =(*)/ 蘭州交通大學畢業(yè)設計 39 = 則： a 內(nèi) = /d? = （ ） （ ） =(m? h? ℃ )=(m? h? ℃ ) 殼側對流傳熱系數(shù)計算 殼側對流傳熱系數(shù)的計算公式如下： a 外 =? (do) ? (de)? (do? Gu/u)? (Cm? u/)1/3? (u/uw) 在本設計中由于溫度對氣體粘度變化影響不大，故校正項 (u/u