【正文】 453473493513533553Xp 低變爐催化劑平衡曲線如圖24：圖24 低變爐催化劑平衡曲線 最佳溫度曲線的計算由于低變爐選用C6型催化劑。△H為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即：（181+203）/2=192 ℃，T=465 KCO的反應(yīng)式為： CO +H2O=CO2+H2 (210)由《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知反應(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[12]：△H=kcal/ kmol (213)得：△H= kcal/kmol= kJ/kmolE2 =+43164= kJ/kmol最適宜溫度曲線由式Tm= 進行計算最適宜溫度計算結(jié)果列于表（237）中：表237 低變爐中CO轉(zhuǎn)化的最適宜溫度XpT402421440457475493510t129148167184201220237將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如圖5所示： 圖5 低變爐中CO轉(zhuǎn)換的最適宜溫度曲線圖 廢熱鍋爐的熱量和物料衡算以知條件：進廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份如表238所示：表238 變換氣進廢熱鍋爐時的各組分含量組份CO2COH2N2CH4O2H2O合計％100m3(標)kmol進廢熱鍋爐的溫度為：920 ℃。進出設(shè)備的水溫：20 ℃。進出設(shè)備的轉(zhuǎn)化氣（濕）： kmol。在設(shè)備里無物料的變化。水在20 ℃時 Cp= kJ/（）所以：Q1=X（20+273） =轉(zhuǎn)化氣的帶入熱Q2：轉(zhuǎn)化氣在920 ℃時T=1193 K。表239 變換氣各組分的a、b、c常數(shù)物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式：Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容:表240 甲烷的a、b、c、d常數(shù)物質(zhì)ab/103c/106d/109CH4計算熱熔所得結(jié)果如表241所示。所以： Q2=（920+273）= kJ出熱：轉(zhuǎn)化氣的帶出熱Q3：轉(zhuǎn)化氣在330 ℃時T=603 K。表242 T=603 K時變換氣各組分的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以：Cpm=∑YiCp= kJ/（）。水的帶出熱Q4：水在330 ℃，T=603 K時的熱容為：Cp= kJ/（）。= kmol。進出設(shè)備的水的量：X kmol。溫度：變換氣進設(shè)備的溫度：365 ℃。水進設(shè)備的溫度： 20 ℃。熱量計算：入熱： 變換氣帶入熱：Q1。計算結(jié)果如表244所示。所以： Q1=（365+273）= kJ水的帶入熱Q2：水在20℃時Cp= kJ/（）所以得： Q2=X(20+273)=X出熱：變換氣在出口溫度為250 ℃，T=523 K時用公式：Cp=a+b+cT2來計算熱容。表245 變換氣各組分在523K時的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp故：Cpm=∑YiCp= kJ/（）。根據(jù)熱量平衡：（Q1+Q2）=Q3+Q4X= kmol表246 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————————水————————∑Q 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量衡算以知條件：入設(shè)備的變換氣溫度：250 ℃。進設(shè)備的濕變換氣的量： kmol。變換氣帶出的熱Q2：變換氣在181℃時T=454K時用公式：Cp=a+b+cT2來計算熱容。表247 變換氣各組分在454K時的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4Cp29Cpm=∑YiCp= kJ/（）。變換氣放出的熱量：Q=Q1Q2Q3= kJ 第3章 設(shè)備的選型 中變爐的計算根據(jù)文獻《小型合成氨廠工藝和設(shè)備計算》可知：Vr=T0*V0 （31）注：式中 Vr ——觸媒體積，m3(標)。V0——通過觸媒的氣體體積，m3(標)/h。其中A、B、C、D分別代表CO、COCO2及H2的起始濃度[13]。已知條件：第一段床層變換氣進口溫度：330 ℃。平均溫度為：（330℃+415℃）/2= ℃由《小型合成氨廠工藝和設(shè)備計算》 ℃時反應(yīng)速度常數(shù)k1=4600，加壓時取校正系數(shù)：，則：k1=4600=12880。則：V0== m3(標)/h。表31 進第一段床層得變換濕氣組分列表組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100m3(標)komln=%%=%。則： W==U=(+)+(+)=V==q=== h所以： V01 =T0*V0 == m3 備用系數(shù)取：所以：V01== m3。第二段床層變換氣出口溫度為：365 ℃。使用內(nèi)插法：（375359）/（4600k）=（）/（k2130） k=3684加壓時取校正系數(shù)：，則：k1=3684=10315進中變爐二段床層的組分含量如表32所示。n=%%=%?？账伲?Nm3干氣/()。催化劑床層阻力降公式：△P= （33）注： △P——氣體通過觸媒床的壓力降。G——氣體重量流速,公斤/()。dp——顆粒直徑,米。E=+ dp/ Dt。C6型觸媒外型尺寸為￠98毫米圓柱體dp=(6Vp) 247。=（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:1750 kp第一段催化床層變換氣的平均分子量：M=∑YiMi= kg/koml第一段催化床層變換氣的重度：r= = kg/m3 氣體重度流量(濕)：G= = kg/第一段催化床層的高度：L= = m第一段催化劑床層阻力降： △P = （34） = kgf/m3（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359 ℃。第二段催化床層變換氣的重度：r= = kg/m3 氣體重度流量(濕)G：G= = kg/第二段催化床層的高度：L= = m第二段催化劑床層阻力降：△P = = kgf/m3中變爐催化劑的總阻降： △P總=+= kgf/m3 = Kp所以計算得中變爐催化劑的總阻降符合要求， m可用。Vs=== m/s取水流速為5m/s d== m已知條件：水進主換熱器的溫度：20 ℃。變換氣進主換熱器的溫度：365 ℃。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。平均溫差：tm= （35） = ℃。傳熱面積：S=Q/(Ktm)= m3。選擇固定管板式換熱器。所以：D= = m官板直徑選用￠ m，設(shè)備外徑為￠ m。表35 ℃時的導熱系數(shù)組分CO2COH2CH4N2H2O根據(jù)公式得： = kcal/(h.℃)熱容的計算： ℃時用公式：Cp=a+b+cT2來計算熱容。表36 ℃的熱熔組分COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑YiCp= kJ/（）= kJ/（kmol.℃）∑M=∑YiMi= kg/kmolCp=(kg.℃)雷諾系數(shù)的計算：Re=Gd/u=(3600)/=10455Pr=(uCm)/=()/=則：a內(nèi)==（）（10455）（）= kcal/(.℃)= kJ/(.℃) 殼側(cè)對流傳熱系數(shù)計算殼側(cè)對流傳熱系數(shù)的計算公式如下：a外=(/do)(de)(doGu/u)(Cmu/)1/3(u/uw) (310)在本設(shè)計中由于溫度對氣體粘度變化影響不大，故校正項(u/uw) 。導熱系數(shù)： = kcal/(mh℃)。粘度： u= 取de= m所以殼側(cè)對流傳熱系數(shù)為：a外=(/do)(de)(doGu/u)(Cmu/)1/3 =6423kcal/(.℃) 總傳熱系數(shù)核算。則實際轉(zhuǎn)熱量為：Q= (Q4Q2)= kJ/h。傳熱面積：S=Q/(Ktm)= m3。 其他主設(shè)備 其他主設(shè)備見表37所示。表41 主要設(shè)備一覽表名稱規(guī)格數(shù)量材料中變爐h1=h2=116MnR換熱器公稱直徑：800mm公稱面積：200m2管數(shù)：444根管長：6000mm排列方式：三角形1碳鋼廢熱鍋爐1 00022L=8 287mmF=130m2換熱管38390根2521Cr16 Ni32溫水調(diào)節(jié)器400換熱面積：25m2管子排列方式：三角形1碳鋼參考文獻[1] [M].化學工業(yè)出版社，1982.[2] [M].石油化學工業(yè)出版社，1978.[3] [M].北京：化學工業(yè)出版社，1999.[4] ［Ｍ］.華東化工學院出版社，1988年.[5] ［Ｍ］.工業(yè)出版社，1977.[6] ［Ｍ］.石油化學工業(yè)出版社，1979.[7] 陳五平..,1996:131167.[8] [M]. ：（11）.[9] ,Chemical Engineer’Handbook,5th edition ,McGraywHill,Newyork,1973.[10] Moyes, Chemical Engineer,1974.(February):84～90.[11] Reinhardt, Technik,1956,6,(10):454.[12] ［Ｍ］..[13] ［Ｍ］.化學工業(yè)出版社.致 謝由于合成氨變換工藝是成熟工藝，參考文獻資料較多。本設(shè)計選擇了合適的工藝流程；通過計算和繪圖分析出了溫度對轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率的影響變化，確定良好的工藝條件；通過熱量衡算，選擇合適的換熱器，合理的利用和回收了熱量；選擇了合適的催化劑，對設(shè)備結(jié)構(gòu)進行了合理的設(shè)計。通過本次設(shè)計，提高了我查閱資料、運用知識的能力，使我對化工生產(chǎn)及操作有進一步的了解，對以后的學習和工作有很大幫助。本次畢業(yè)設(shè)計得以順利完成，離不開指導老師張廷紅老師在設(shè)計過程中給予的悉心指導并在本次設(shè)計過程中提出了寶貴意見，使本次設(shè)計得以順利完成，在此表示最衷心