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2 换热器设计计算
2.1物性参数计算
本文设计的是上下两段列管式固定管板式换热器，用于合成氨工艺中CO的变换。以半水煤气为原料，在有触媒存在和一定温度的条件下，水汽可将CO变换为CO2和H2，经变换后的湿混合气可称为变换气。所用的物料为半水煤气，变换气，通过非接触式传热。通过内插法计算冷热流体的物性参数；通过试差法确定换热器的管数、内径、换热管长度、长径比、换热面积、传热系数、管壳程流速等，并进行热量、传热面积、压降的校核。
因为水蒸气和水煤气的体积比为1:1，所以称之为半水煤气
变换反应中，CO的转换率为88%，且O2全部消耗。
变换炉中主反应：CO+H2O↑→H2+CO2（1）
副反应：2H2+O2→ 2H2O（2）
根据（1）、（2）可知，进入换热器的变换气主要成份的组成（其中含有少量的 H2S对于换热效率无影响，可忽略不计）
表2.1 半水煤气的组成
H2 CO CO2 N2 CH4 H2S O2 H2O ∑总
y% 18.42 16.33 4.14 10.80 0.18 0.05 0.10 49.96 100.0
n（kmol） 58.92 52.24 13.26 34.56 0.56 0.16 0.32 159.8 319.8
m（kg） 118.77 1462.8 583.53 968.287 8.993 5.454 10.27 2878. 6037.0
w% 1.956 24.23 9.666 16.039 0.149 0.090 0.170 47.69 100.0
表2.2变换气的组成
H2 CO CO2 N2 CH4 H2S O2 H2O ∑总
y% 32.63 1.96 18.54 10.817 0.204 0.050 0 35.791 100.000
n（kmol） 104.25 6.27 59.24 34.557 0.561 0.160 0 114.427 319.459
m（kg） 210.17 175.53 2606.43 968.287 8.993 5.454 0 2061.975 6036.833
w% 3.481 2.908 43.175 16.040 0.148 0.090 0 34.158 100.000
表2.3在0.7Mpa压力下，350℃时的物性参数（三线表）
CO H2 N2 CO2 O2 CH4 H2O H2S
粘度
0.020 0.0122 0.02 0.019 0.024 0.013 0.015 0.017
密度
3.773 0.2718 3.77 5.954 4.3154 2.1645 2.464 4.623
导热系数
0.046 0.0317 0.04 0.0435 0.0493 0.0939 0.049 0.043
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