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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

热量汇总表： 17

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

中变炉的计算

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=T0·V0

m式中Vr——触媒体积，N3

m

T0——标准接触时间，h·m3/N3

mmV0——通过触媒的气体体积，N3标准接触时间的计算公式[13]如下：

m

K ? 2W ?u?q ?u?q?

T ???p?ln n ?ln ?

0 k?q? 2Wn?u?q ?u?q?

式中：W=Kp-1;

U=Kp(A+B)+(C+D);V=KPAB-CD;

U2

U2?4WV

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

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N2％=16.42％

m则：V0=（18940÷17）×22.4/（0.1642×2）=75993.408N3/h

m

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2.5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》Kp=19.465

则： W=19.465-1=18.465

U=19.465×(0.0865+0.3026)+(0.0628+0.3793)=8.016V=19.465×0.0865×0.3026-0.0628×0.3793=0.486

8.0162

8.0162?4?18.465?0.486

K ? 2W ?U?q ?U?q?

T ???p?ln n ?ln ?

?0 k?q 2W

?

n

?U?q ?U?q?

T ? 19.465 ?ln2?18.465?0.0637?8.016?5.325?ln?8.016?5.325?

0 10080?5.325?? 2?18.465?0.0637?8.016?5.325 ?8.016?5.325??

=0.000681h

V=T0·V0=0.000681×75993.408=51.75m3

备用系数取：1.1

V=51.75×1.1=56.93m3

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）

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=2.1?10?8?

f?G1.9

?1?E?L

??d

1.1 E3

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+0.308dp/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:17