【正文】 出熱： 變換氣在出口溫度為 250℃， T=523K 時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2來計(jì)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(jì)算熱容： 表 物質(zhì) A B c d CH4 計(jì)算結(jié)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(shí) 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(jì)算 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 ： 入設(shè)備的變換氣溫度： 250℃ 出設(shè)備的變換氣溫度： 180℃ 進(jìn)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 180℃時(shí) T=453K 時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ， Cp=a+b+CT2來計(jì)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(jì)算熱容： 表 物質(zhì) A b c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**453= 設(shè)備及管道損失?。?Q3== 變換氣放出的熱量： Q=Q1Q2Q3= 第二章 設(shè)備的計(jì)算 21中變爐的計(jì)算 ．觸媒用量的計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)可知： Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標(biāo) ) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 T0 —— 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間， h* m3 / M3(標(biāo) ) V0—— 通過觸媒的氣體體積， M3(標(biāo) )/h 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間的計(jì)算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 U=Kp(A+B)+(C+D)。 V=KPABCD。 q= WVu 42 ? Kp—— 反應(yīng)平衡常數(shù)； k1—— 反應(yīng)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(jì)算基準(zhǔn)： 已知條件： 第一段床層變換氣進(jìn)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(shí)反應(yīng)速度常數(shù) k1=9300，加壓時(shí)取校正系數(shù)： ， 則： k1=9300 =26040 進(jìn)第一段床層變換氣中 N2%=% 則： V0=（ 13890247。 17） 247。（ 2） =(標(biāo) )/h 出第一段床層變換氣中 CO%=% 進(jìn)第一段床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo)) 2 kmol 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 n=%%=% 在 ℃時(shí)， 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)取： 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(jìn)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(shè)備計(jì)算》得到在 385℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù) k1=8150， 加壓時(shí)取校正系數(shù)： ，則： k1=8150*=22820 進(jìn)中變爐二段床層的組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 Ar H2O 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 4 4654.67 Kmol 8 出中變爐二段床層的 CO組分： % n=%%=% 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 在 385℃時(shí)反應(yīng)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(jì)算 （ 1）假設(shè)觸媒直徑為 計(jì)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 。 f —— 摩 擦系數(shù) ,一般取 。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時(shí) )。 r —— 氣體在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤 /米 3。 dp—— 顆粒直徑 ,米 。 L—— 觸媒床高度 ,米 。 E=+ dp/ Dt Dt—— 觸媒層直徑 ,米 。 QCS01 型觸媒外型尺寸為 ￠ 毫米 球 體則 : dp= 103 所以 : E=+ 103247。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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= 27 3 39 7. 5 10 1. 27 3 18 00??? = 氣體重度流量 (濕 )G： G=216 .1 62 80 422 .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 = 1 6 .12 7 3 3 8 5 1 0 32 2 .4 2 7 3 1 8 0 0??? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 =氣體重度流量 (濕 )G G=2 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(jì)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 . 22低變爐的計(jì)算 ．觸媒用量的計(jì)算 Vr=T0*V0 式中 Vr —— 觸媒體積， M3(標(biāo) ) T0 —— 標(biāo)準(zhǔn)接觸 時(shí)間， h* m3 / M3(標(biāo) ) V0—— 通過觸媒的氣體體積， M3(標(biāo) )/h 標(biāo)準(zhǔn)接觸時(shí)間的計(jì)算公式如下： ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln 式中： W=Kp1。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 U=Kp(A+B)+(C+D)。 V=KPABCD。 q= WVu 42 ? Kp—— 反應(yīng)平衡常數(shù)； k1—— 反應(yīng)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 ．床層觸媒用量 計(jì)算基準(zhǔn)： 已知條件： 床層變換氣進(jìn)口 溫度為： 180℃，第一段床層變換氣出口溫度為： 200℃ 平均溫度為：（ 180℃ +200℃） /2=190℃ 190℃時(shí)反應(yīng)速度常數(shù) k1=4125，加壓時(shí)取校正系數(shù)： ，則： k1=4125*=11550 進(jìn)第一段床層變換氣中 N2%=% 則： V0=（ 13890247。 17） 247。（ 2） =(標(biāo) )/h 出低變爐 變換氣中 CO%=% 進(jìn)低變爐 的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O Ar 合計(jì) 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 1955 Kmol n=%%=% 在 190℃時(shí) ， Kp= 則： W== U= (+)+(+) = V= = q= 28 9 .4 5 4 2 8 5 .3 4 1 .6 7? ? ? = 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 ?????? ?? ????? ???? qu ququWn quWnqkKpTo ln22ln = 所以： V01 =T0*V0 = = M3 備用系數(shù)?。? 所以： V0 1= = M3 觸媒直徑的計(jì)算 （ 1）假設(shè)觸媒直徑為 計(jì)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 。 f —— 摩擦系數(shù) ,一般取 。 G—— 氣體重量流速 ,公斤 /(米 3*小時(shí) )。 r —— 氣體在操作狀態(tài)下的重度 , 公斤 /米 3。 dp—— 顆粒直徑 ,米 。 L—— 觸媒床高度 ,米 。 E=+ dp/ Dt Dt