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年产15万吨合成氨设备计算 年产15万吨合成氨设备计算 1 第三章 设备计算 1 3.1.2 中变催化床层触媒用量 1 3.1.12 引出通道管 8 3.3.3 传热系数计算 13 第四章汇总 16 4.2 热量汇总表： 17 4.3 主要设备一览表 18 结论 19 致谢 20 参考文献 21 第三章 设备计算 3.1 中变炉的计算 3.1.1 触媒用量的计算 根据文献《合成氨厂工艺和设备计算》可知： Vr=T·V0 式中 Vr ——触媒体积，Nm3 T ——标准接触时间，h· m3 / Nm3 V——通过触媒的气体体积，Nm3 标准接触时间的计算公式[13]如下： 式中：W=K; U=Kp(A+B)+(C+D); V=KPAB-CD; q= Kp——反应平衡常数； k——反应速度常数； n——变换的CO的量，摩尔分率； 其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度 3.1.2 中变催化床层触媒用量 计算基准：18.94T/h 已知条件： 中变催化床层变换气进口温度为：315℃； 中变催化床层变换气出口温度为：380℃ 平均温度为：（315℃+380℃）/2=347.5℃ 进中变炉催化剂干气量：2870.5×18.94=54367.27Nm3/h 出中变炉催化剂湿气量：4116.267×18.94=77962.097Nm3/h 由《合成氨厂工艺和设备计算》得到在347.5℃时反应速度常数k=3600， 加压时取校正系数：2.8，则：k=3600×2.8=10080. 进中变炉变换气中N％=16.42％ 则：V=（18940÷17）×22.4/（0.1642×2）=75993.408 Nm3/h 出中温变换炉的变换气中CO％=2.28％ 出中变炉的变换气湿组分的含量（％）：如表2.所示。 n=8.65％-2.28％=6.37％ 在347.5℃时，查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》K=19.465 则： W=19.465-1=18.465 U=19.465×(0.0865+0.3026)+(0.0628+0.3793)=8.016 V=19.465×0.0865×0.3026-0.0628×0.3793=0.486 q==5.325 =0.000681h V =T·V0 =0.000681×75993.408=51.75 m3 备用系数取：1.1 V=51.75×1.1=56.93 m3 则中温变换炉触媒用量: V= 56.93m3 B109型触媒堆重度:1.45kg/L 空速=77962.097÷56.93=1369.438Nm3干气/(h· m3触媒) 说明空速合适（B109 干空速在800—1500h-1） 3.1.3 触媒直径的计算 （1）变换炉设计应考虑催化剂[14]床层的阻力降。阻力降与设备直径及催化剂床层高度有关。 要求中变催化剂床层阻力9.68kPa 假设触媒直径为3.5m 计算触媒直径的公式： 催化剂床层阻力降： △P= △P——气体通过触媒床的压力降； f ——摩擦系数,一般取1.5； G——气体重量流速,公斤/(米2·小时)； γ——气体在操作状态下的重度, 公斤/米3； dp——颗粒直径,米； L——触媒床高度,米； E=0.378+0.308 dp/ Dt； Dt——触媒层直径,米； 上式适用于6.4~9.5mm粒度的催化剂，对于B109催化剂外型尺寸为9×7~9mm，可用上式求取，将催化剂的粒度折算成相当于同体积的球体直径 则: dp=0.01m E=0.378+0.308×0.01÷3.5=0.3789 （2）中变炉催化床层的阻力降[15] 中变炉催化床层变换气的平均温度:347.5℃ 中变炉段催化床层变换气的压力:1750kPa 中变炉催化床层变换气的平均分子量： M=∑Yi·Mi=44×0.0628＋28×0.0865＋2×0.3793＋28×0.1642＋16×0.0031＋18×0.3026＋39.948×0.0015=16.10kg/koml 中变炉催化床层变换气的重度γ： γ= =5.461kg/m3 气体重度流量(湿)G： G==5827.141kg/m2 ·h 催化床层的高度L： L= =5.920m 中变炉催化剂床层阻力降: △P= ==881.688kgf/m2=8.644kP计算结果△P9.68 kPa,符合要求，中变炉催化剂床层直径3.5m可用. 3.1.4 中变炉工艺计算汇总 （1）、催化剂体积为56.93m3，床层直径为3.5m，填料高度为5.920 m； （2）、干空速1369.