【正文】 平衡溫度200 ℃，查文獻(xiàn)[1]知道此時(shí)的Kp=，由公式（22）代入數(shù)據(jù)得：由上面的計(jì)算可得出出口濕變換氣的組成，結(jié)果見(jiàn)表212。表213 出第二變換爐第二段催化劑層干變換氣組成Table213 The position of the dried shift gas outlet the second paragraph of the second shift converter組分H2COCO2CH4N2合計(jì)%100Nm3kmol（1）CO放熱Q1設(shè)第二變換爐二段內(nèi)CO變換反應(yīng)放熱量為Q1：出此段催化劑床層的溫度200 ℃，進(jìn)口溫度175 ℃，平均溫度tm=187 ℃，查文獻(xiàn)[1] 則 （2）氣體溫度上升吸熱Q2氣體由175 ℃上升至200 ℃，在平均溫度tm=187 ℃， MPa下，查文獻(xiàn)[1]知：Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?KCp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?KCp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 平均熱容為 （3）假設(shè)熱損失 Q3= kJ。 平衡溫距校核查得當(dāng)時(shí)，T= ℃，= ℃與所取溫距相近，故不需要重復(fù)計(jì)算。根據(jù)入此段催化劑床層的氣體組成，計(jì)算各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如表214。 CO在第二變換爐第二段催化劑層最適宜變換溫度最適宜溫度可由式（23）計(jì)算，查文獻(xiàn)[1]知型B302Q催化劑的E1=43340 kJ，在平均溫度187 ℃時(shí)，則有由式（23）代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出最適宜溫度，其結(jié)果見(jiàn)表215。 CO在第二變換爐第二段催化劑層變換反應(yīng)操作線由二段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果可知此段入口氣體溫度 175 ℃出口氣體溫度 200 ℃入口變換率 %出口變換率 %（總變換率99%）由以上數(shù)據(jù)即可作出此段催化劑床層的操作線，見(jiàn)圖23。過(guò)熱蒸汽帶入熱Q2：查文獻(xiàn)[3]可知在260 ℃， MPa下水蒸汽的焓為2902 kJ/kg，故半水煤氣帶出熱Q3：在200℃，(m)= kJ/kmol?K。 設(shè)熱損失 Q5=106 kJ由熱量衡算知 代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得 t= ℃與所設(shè)溫度相近，故不需要重復(fù)計(jì)算。 變換氣換熱器熱量衡算根據(jù)前面的計(jì)算，進(jìn)出變換氣換熱器的物料參數(shù)為進(jìn)出設(shè)備變換氣量（濕）： kmol 進(jìn)設(shè)備變換氣溫度：200 ℃進(jìn)出設(shè)備半水煤氣量（干）： kmol 出設(shè)備變換氣溫度：155 ℃出設(shè)備半水煤氣溫度：187 ℃但進(jìn)設(shè)備半水煤氣溫度還未知，設(shè)為t。kJ（2）半水煤氣帶入熱Q2設(shè)進(jìn)設(shè)備半水煤氣溫度為125 ℃、 MPa下，查文獻(xiàn)[1] kJ/kmol?K。（2）半水煤氣帶出熱在187 ℃、 MPa下，查文獻(xiàn)[1] kJ/kmol?K。即進(jìn)設(shè)備半水煤氣溫度為125 ℃。K）T——?dú)怏w溫度，KKp——CO反應(yīng)平衡常數(shù)γ——CO反應(yīng)速度，mol/h4770——反應(yīng)速率常數(shù)16040——反應(yīng)活化能，J/mol則由上式可推出: （32）式中，V0—?dú)怏w的體積，Nm3T—平均溫度， K查文獻(xiàn)[1]得CO的平衡常數(shù)Kp=，將以上數(shù)據(jù)代入式（32）：積分并解之得 w=考慮到一段催化劑床層操作條件較惡劣，油污、雜質(zhì)較多， 催化劑床層阻力計(jì)算變換爐設(shè)計(jì)應(yīng)考慮催化劑床層的阻力降，阻力降與設(shè)備直徑及催化劑床層高度有關(guān)，這里要求低變催化劑的床層阻力 kPa。h——?dú)怏w的重度，kg/m3L——催化劑床層高度，m——催化劑顆粒直徑，m——催化劑床層直徑，mB302Q型催化劑為球型催化劑，其粒度為35 mm，取其值為4 mm，則有由公式，代入數(shù)據(jù)可得氣體平均分子量M=，則在此操作條件下氣體的密度kg/m2h催化劑床層高度由以上數(shù)據(jù)得催化劑床層壓降為Mpa 由以上結(jié)果可知 kPa，符合要求， m 第二變換爐的計(jì)算 第二變換爐第一段催化劑用量計(jì)算已知條件變換氣進(jìn)口溫度 230 ℃ 變換氣出口溫度 280 ℃操作壓力 MPa 進(jìn)口變換氣流量 進(jìn)此段變換氣氣體組成見(jiàn)表32。 第二變換爐第二段催化劑用量計(jì)算已知條件變換氣進(jìn)口溫度 175 ℃ 變換氣出口溫度 200 ℃平均操作壓力 MPa 變換氣流量 Nm3進(jìn)此段催化劑氣體組成見(jiàn)表33：表33入第二變換爐第二段催化劑層變換氣組成Table211 The position of the shift gas inlet the second paragraph of the second shift converter組分H2COCO2CH4N2H2O合計(jì)%100Nm3kmol由已知條件可知此操作狀態(tài)下的平均溫度為187 ℃，查文獻(xiàn)[1]知道此溫度下的Kp=，根據(jù)B302Q型催化劑動(dòng)力學(xué)方程，代入數(shù)據(jù)積分并解之得：w= 故可知道實(shí)際催化劑用量為w實(shí)= 。取催化劑的床層直徑Dt4，催化劑床層的阻力降由公式下式（33）計(jì)算B302Q型催化劑的粒度為φ35mm，取其平均值為φ 4 mm，即dp= m，由公式:代入數(shù)據(jù)可求得E=。氣體的密度氣體質(zhì)量流速kg/m2氣體的密度氣體質(zhì)量流速催化劑層高度則第二變換爐第二段催化劑層阻力降為：由以上可以知道第二變換爐催化劑層總的阻力降為由上面計(jì)算可以知道總壓力降 kPa， m可用。表34入第一變換爐濕半水煤氣組成Table22 The position of the wet semiwater gas into the first shift converter組分CO2COH2CH4O2H2ON2合計(jì)%100Nm3105404kmol變換氣平均壓力 MPa 變換氣流量 kmol變換氣進(jìn)口溫度 370 ℃ 變換氣出口溫度 200 ℃變換氣平均分子量 變換氣組成見(jiàn)表35?，F(xiàn)取管內(nèi)氣體流速。 設(shè)備規(guī)格的確定設(shè)備內(nèi)管子數(shù)采用正六邊行排列，管子層數(shù)為取18層，由文獻(xiàn)[1]得管子數(shù)為988根，去掉8根拉桿，則實(shí)際管數(shù)為980根，從而可求出管內(nèi)水煤氣實(shí)際質(zhì)量流速為管內(nèi)氣體實(shí)際流速 傳熱系數(shù)計(jì)算（1）管內(nèi)傳熱系數(shù)計(jì)算努塞爾準(zhǔn)數(shù)可由下面公式計(jì)算： （37）式中，Nu——努塞爾準(zhǔn)數(shù)Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)Pr——普朗特準(zhǔn)數(shù)半水煤氣各組分在平均溫度192 ℃、 MPa下的物性數(shù)據(jù)如下：Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?KCp(H2O)= kJ/kmol?K Cp(O2)= kJ/kmol?KCp(CH4)= kJ/kmol?K則有混合氣體粘度可由下面的公式計(jì)算： （38）式中：——混合氣體在溫度t時(shí)的粘度，MPa?syi ——混合氣體中i組分的摩爾分?jǐn)?shù)Mi ——混合氣體中i組分的分子量——混合氣體中i組分在溫度t時(shí)的粘度，MPa?s查文獻(xiàn)[2]可知在200 ℃， MPa下各組分的粘度如下。則由以上數(shù)據(jù)代入式（38）可求得同理可求得 λm= kJ/m?h?K則由雷諾準(zhǔn)數(shù)計(jì)算公式 Re= （39）代入數(shù)據(jù)可得Re由普朗特準(zhǔn)數(shù)計(jì)算公式 （310）代入數(shù)據(jù)可得 管內(nèi)傳熱系數(shù)可用下面的公式計(jì)算 （311）式中：d——列管直徑。在286℃， MPa下，變換氣的物性數(shù)據(jù)如下：Cp(m)= kJ/kmol?K μ = kg/m?hλ= kJ/ m?h?K殼程流道基準(zhǔn)面積由下面公式計(jì)算式中，S1——流體橫過(guò)管束時(shí)的流道截面積，m2； S2——弓形缺口處流道截面積，m2。表310 主要設(shè)備一覽表Table 310 List of the main equipment序號(hào)名稱位號(hào)臺(tái)數(shù)型號(hào)、規(guī)格1第一變換爐RO42011材質(zhì)：12CrMo操作溫度≤360 ℃操作壓力≤ MPa催化劑床層直徑： m催化劑用量： m32第二變換爐RO42021材質(zhì)：16MnR操作溫度≤280 ℃操作壓力≤ MPa催化劑床層直徑： m催化劑用量： m3， m3煤氣換熱器EO42011雙管程單殼程式換熱器，列管：φ28 mm，980根，長(zhǎng) m工作壓力： MPa工作溫度：360 ℃4變換氣換熱器EO42021工作壓力： MPa工作溫度：230 ℃設(shè)計(jì)結(jié)果及總結(jié)本次設(shè)計(jì)室70kt/a合成氨變換工段的設(shè)計(jì),采用節(jié)能的全低變工藝流程路線,通過(guò)已知的原料氣組成和操作條件,.全低變的流程中,主要設(shè)備有煤氣換熱器、。結(jié)果是： m， m3。煤氣換熱器為雙管程單殼程式列管換熱器，管數(shù)980根， m，管徑φ28 mm。本設(shè)計(jì)師年產(chǎn)七萬(wàn)噸合成氨的全低變工藝，設(shè)計(jì)的主要是節(jié)能減排。本設(shè)計(jì)選用B302Q型催化劑。由于自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)設(shè)計(jì)因素的影響考慮不足。設(shè)計(jì)中很好的自己完成任務(wù)的能力，同時(shí)也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作都起到鍛煉的作用，促進(jìn)自己盡快的融入社會(huì)。在大學(xué)最后的兩個(gè)多月完成了學(xué)生時(shí)代的最后一個(gè)作業(yè)：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。為此，謹(jǐn)向。是大家一起的討論，查閱資料的共同努力下才使得設(shè)計(jì)能順利完成。最后，向論文的閱卷人和答辯組的全體老師致意最真誠(chéng)的謝