【正文】 J／hb、 一段轉化爐輻射段混合燃料計算和熱量衡算計算數(shù)據(jù)依據(jù)：（1） 混合燃料氣進入輻射段溫度為：510℃；（2） 根據(jù)[3] 燃料氣組成為：天然氣 60%，弛放氣 40%（體）。故 n實== kmol／kmol混合燃料干空氣中各組分的量為nO2== kmol／kmol混合燃料nN2== kmol／kmol混合燃料nAr== kmol／kmol混合燃料查[3] 設計空氣入口溫度為30℃，相對濕度為70%。℃CPi(0～252℃)kcal／kmol℃= kJ／kmol℃= kJ／kmol℃YiCPi kcal／℃CH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2NH3N2O2ArCO2合計設混合燃料氣在該段的消耗量為X kmol／h總收入熱量：Q入= Q燃燒熱+Q混燃料帶入熱+Q空氣帶入熱總支出熱量：Q出=Q熱負荷+Q煙氣帶走熱+Q熱損失由于 Q燃燒熱=XCPi（0～105℃) X=105X= kJ／h空氣組成平均熱容（0～30℃)如下表：組 分YiCPi(0～30℃) kcal／kmol℃Q空氣帶入熱=Q干氣帶入熱+Q水蒸氣帶入熱= △tCPH2O(0～30℃) X=30X+30X= kcal／h= kJ／hQ熱負荷=106 kJ／hQ煙氣帶走熱=∑ni△t2% = kJ／h列輻射段熱量收支平衡：∑Q入 = ∑Q出即 Q燃燒熱+Q混燃料帶入熱+Q空氣帶入熱 = Q熱負荷+Q煙氣帶走熱+Q熱損失代入數(shù)據(jù) =+106 解得 X=／h則 n天然氣== kmol／hn弛放氣== kmol／h一段爐輻射段熱量平衡表如下表：入方出方項目熱量 kJ／h項目熱量 kJ／h燃燒熱106熱負荷106混合燃料帶入熱106煙氣帶走熱106空氣帶入熱106熱損失106合計106合計106 二段爐的熱量衡算設計數(shù)據(jù)依據(jù)：入口混合氣溫度：822℃入口空氣溫度：482℃出口變換氣溫度：1003℃(1)入口混合氣統(tǒng)一基準焓（822℃）由一段爐熱量衡算可得 H1= 106 kJ／h(2)根據(jù)二段爐物料衡算，求得空氣入二段爐統(tǒng)一基準焓（482℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hN2106O2106Ar106H2O106合計106(3)二段轉化爐出口統(tǒng)一基準焓（1003℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N27329106Ar106H2O106合計106(4)由二段爐熱平衡求得熱損失為Q損= ∑H入∑H出 = (106 106 )(106)= 106 kJ／h熱損失是入口焓的%為：100%=% 換熱器101C、102C的熱量衡算設計數(shù)據(jù)依據(jù)：換熱器101C出口溫度：482℃換熱器102C出口溫度：371℃a、換熱器101C的熱量衡算換熱器101C入口統(tǒng)一基準焓（1003℃）為：H1003℃ = 106 kJ／h換熱器101C出口氣體統(tǒng)一基準焓（482℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH431．2439106N2106Ar106干氣106H2O106合計106101C換熱器承載的熱負荷為Q1=H482℃H1003℃ = 106 （106）= 106 kJ／hb、換熱器102C的熱量衡算換熱器102C出口氣體統(tǒng)一基準焓（371℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO23959106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106102C換熱器承載的熱負荷為Q2 = H371℃ H482℃ =106（106）= 106 kJ／h 變換段的衡算 高溫變換爐的衡算 物料衡算設計數(shù)據(jù)依據(jù)高變爐出口CO含量：%變換反應：CO+H2O（g） CO2+H2設出口干氣總量為Vkmol／h，變換掉的CO量為nCO kmol／h由反應可知，干氣總量增加一倍故 V=V入口干氣+ nCO =+（）解得 V= kmol／h消耗掉的CO量為 nCO = kmol／h則高溫變換爐出口各組分為nCO= = kmol／h nH2O= = kmol／hnCO2=+= kmol／hnH2=+= kmol／hnCH4= kmol／hnAr= kmol／hnN2= kmol／h高溫變換爐出口各組成如下表：組 分ni kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計 熱量衡算高變爐入口統(tǒng)一基準焓已由前計算為：H371℃=106 kJ／h高變爐出口氣體統(tǒng)一基準焓（432℃）如下表：組 分ni kmol/hniHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106高變爐熱損失取平均溫度下反應熱的10%入、出口平均溫度 tm==℃=查[2]得此溫度下的反應熱效應△rH=／kmol高變爐的反應熱Q反=△rHnCO ==106 kJ／h損失的熱量 Q損 =106=106 kJ／h（4）低變爐平衡溫距及空速的計算KPCO===查[2]得 對應的平衡溫度t平 =℃低變爐平衡溫距 △t==℃低變爐干空速的計算（以1atm、60℉為計算基準）干空速 SV == h1 換熱器103C及換熱器104C的熱負荷計算 換熱器103C熱負荷設計數(shù)據(jù)依據(jù)入口溫度：432℃出口溫度：336℃（1）103C換熱器進口氣統(tǒng)一基準焓（432℃）已由前計算H432℃= 106 kJ／h（2）103C換熱器出口氣統(tǒng)一基準焓（336℃）如下表組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106103C換熱器承載的熱負荷為Q3 = H出 H入 =106 （106）=106 kJ／h 換熱器104C熱負荷設計數(shù)據(jù)依據(jù)：入口溫度：336℃出口溫度：241℃104C換熱器進口氣統(tǒng)一基準焓（336℃）已由前面計算得H336℃= 106 kJ／h104C換熱器出口氣統(tǒng)一基準焓（241℃）已由前面計算得H241℃= 106 kJ／h104C換熱器承載的熱負荷為：Q4 =H出H入 =106 （106 ）=106 kJ／h 設備工藝計算本設計的設備計算部分主要是高變爐催化劑用量的計算，計算如下：根據(jù)反應動力學方程r =k(ab)根據(jù)前面物料衡算結果可知，變換爐氣體組成如下表：組分H2COCO2N2ArCH4合計含量 %100計算依據(jù)：入口壓力：30kg/cm2入口溫度：371℃蒸氣∶干氣 = ∶1出口CO含量：%高變爐中CO分子變換量約為（以100分子干氣進如變換爐為標準）入口： =出口： =高變爐CO分子變換量取平均值為=反應器溫升△t=（432371）=℉高變爐入口溫度：700℉高變爐出口溫度：℉由于絕熱溫升較高（100℉），可將爐內設計為兩層催化計算。RKPH2(C)CO(A)CO2(D)H2O(B)N2+Ar+CH4合計爐入口100700一層出口100爐出口100催化劑用量計算= （1）而 lgk = 176。Rlgk = 故 k = 按90%進行計算，取k = = KP = 則 w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = == x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中 == （）=解之得 = h1第二層平均溫度Tm = =176。參考文獻[1] 陳五平. 無機化工工藝學上冊[M].第三版,北京：化學工業(yè)出版社，[2] 陳五平. 合成氨工藝學[M].第二版,北京：化學工業(yè)出版社,～167.[3] 戴煪元. 化工概論[M].北京：化學工業(yè)出版社,.[4] 郭樹才. 煤化工工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,1992.[5] .[6] 張子鋒. 合成氨的歷史和中國的現(xiàn)狀[M]. 北京：化學工業(yè)出版.[7] Atwood K Arnold MR,Appel,E,(42):1600.[8] Van Krevelen D W,Hoftizer P Huntijen F ,1949,63～191.[9] 梅安華. 小合成氨廠工藝技術與設計手冊上冊. 北京：化學工業(yè)出版社,730～785.[10] . 北京：化學工業(yè)出版社.[11] . 北京：石油化工出版社.[12] . [13] 操作手冊及附圖.[14] 年產3噸合成氨廠變換工段設計[D]. 四川：四川理工學院，2005..[15] . 北京：化學工業(yè)出版社.[16] ．1999．[17] Honti . The Nitrogen Industry Part I. Akademiai Kiado Badapest. 1976.[18] 姚曉明編. 化肥設計. 2000.[19] 潘連生著. 關于化學工業(yè)發(fā)展的探討. 北京：化學工業(yè)出版社，1999.[20] 大連化工學院. 合成氨生產工藝[M]. 北京：石油化學工業(yè)出版社，1978.