1#變換裝置能量測(cè)試報(bào)告20130801

1、云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司E驀足購(gòu)也VONNAHYUhlTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LT0 | VUWC 0云南云天化國(guó)際化工有限公司技術(shù)文件云峰分公司合成氨廠 1#變換生產(chǎn)裝置能量平衡測(cè)試報(bào)告云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司E驀足購(gòu)也VONNAHYUhlTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LT0 | VUWC 0二0三年七月云峰分公司合成氨 1#變換生產(chǎn)裝置能量平衡測(cè)試方案編寫(xiě)者 審核者 批準(zhǔn)者試驗(yàn)主要工作人員:I云峰分公司VUN * EG e cYUNNAN YUNYrAMHUA +NTE

2、PTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O目錄1 概述.11.1 企業(yè)主要生產(chǎn)工藝概況 .11.2 測(cè)試目的.11.3 測(cè)試依據(jù).11.4 測(cè)試范圍和內(nèi)容 .12.測(cè)試方法及測(cè)點(diǎn)布置 .12.1 工藝流程簡(jiǎn)圖.12.2 裝置能流簡(jiǎn)圖 .32.3 物料方法及測(cè)點(diǎn) .33 數(shù)據(jù)處理.33.1 飽和塔的物料及熱量衡算 .33.1.1 已知條件. 33.1.2 物料衡算. 43.1.3 熱量衡算. 53.2 變換爐物料及熱量計(jì)算 . 63.2.1 已知條件. 63.2.2 變換爐一段催化劑層物料及熱量衡算 .73.2.3 變換爐二段催化劑床層物料及熱量衡算 .113.3 增濕器的物料與熱

3、量衡算 .143.3.1 已知條件.143.3.2 物料衡算.143.3.3 熱量衡算.153.4 換熱器的物料及能量計(jì)算 .163.4.1 已知條件.163.4.2 物料衡算.173.4.3 熱量衡算.183.5 水加熱器中變換氣放出熱量計(jì)算 .193.5.1 已知條件.193.5.2 物料衡算.193.5.3 能量衡算.193.6 外用蒸汽量的計(jì)算 .203.7 熱水塔的物料及熱量衡算 .213.7.1 已知條件.213.7.2 物料衡算.213.7.3 熱量衡算.22云南云天化際化工股份有限公司I云峰分公司VUN * EG e c3.8 冷凝器的物料及熱量衡算 .233.8.1 已知條件

4、.233.8.2 物料衡算 .243.8.3 能量衡算.24I云峰分公司VUN * EG e cYUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O3.9 冷卻塔的物料及熱量衡算 .253.9.1 已知條件.253.9.2 物料衡算.253.9.3 能量衡算.254測(cè)試結(jié)果及分析 . 264.1 飽和塔. 264.2 變換爐. 274.3 增濕器. 284.4 換熱器. 294.5 水加熱器. 294.6 熱水塔. 304.7 外用蒸汽量. 314.8 冷凝器. 314.9 冷卻塔. 315.附表：原始數(shù)據(jù)記錄 .32云南云天化際化工股份有限公司

5、云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司VUNNAN UNTAMHUA INTERNATIONAL CHEMtCAL CO.LTD | VON * EHG C 011 .概述1.1 企業(yè)主要生產(chǎn)工藝概況云天化國(guó)際云峰分公司合成氨裝置始建于1966 年，1971 年 12 月建成投產(chǎn)。目前生產(chǎn)能力可達(dá)到年產(chǎn)合成氨 10 萬(wàn)噸。2005 年 5 月泡沫除塵器改二次洗滌塔，2005 年 11 月氣柜出口增加電捕焦油器，2004年 8 月半脫有 ADA 脫硫改栲膠脫硫，2005 年 11 月半脫由高塔再生改噴射氧化再生，2003 年 11 月 1#變換由中溫變換改全低變，2005 年 11 月 2#

6、變換由中溫變換改全低，2003 年 11 月硫回收開(kāi)始起用離心機(jī)脫水部分替代熔硫，2005 年 11 月硫回收用離心機(jī)脫水部分替代熔硫。其中：半水煤氣脫硫 6.3tNH3/h 平均塔；1#變換處理半水煤氣量 :36000Nm3/h , 2 #變換處理半水煤氣量（干基）：36000 Nm3/h。1.2 測(cè)試目的合成氨變換裝置物料、能量平衡測(cè)試主要是掌握合成氨生產(chǎn)時(shí)裝置內(nèi)所消耗的物料和生產(chǎn)出的物料、 進(jìn)入用能設(shè)備的能量，產(chǎn)品生產(chǎn)利用的能量、輸出的能量和損失的能量，以及在體系內(nèi)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)放出 或吸收的熱量，要求得到數(shù)量上的平衡。1.3 測(cè)試依據(jù)1.企業(yè)能量平衡通則(GB/T3484-2009 )2

7、.綜合能耗計(jì)算通則(GB/T2589 2008)3. 2009 年 3 月 30 日云天化國(guó)際化工安全生產(chǎn)部下發(fā)關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范部分產(chǎn)量及消耗計(jì)算的通知1.4 測(cè)試范圍和內(nèi)容對(duì)變換系統(tǒng)進(jìn)行物料平衡測(cè)試，定量分析蒸汽、脫鹽水的消耗指標(biāo)， 半水煤氣中 co 的變換率，各階段變換氣的氣體組成；進(jìn)行熱量平衡測(cè)試，對(duì)能量的輸入、轉(zhuǎn)換使用、回收利用、輸出和損失進(jìn)行測(cè)試，定量分析工序用能情況。2.測(cè)試方法及測(cè)點(diǎn)布置2.1 工藝流程簡(jiǎn)圖描述合成氨變換裝置主要工藝流程。&云南云天化國(guó)際化工股份有限公司|云峰分公司YUMTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO LTD | VUN事

8、C 02變換工藝流程簡(jiǎn)圖如下&云南云天化國(guó)際化工股份有限公司|云峰分公司YUMTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO LTD | VUN事C 03*熱水令羯爐房-?t-軟水冷凝器 ：*表示半水煤氣及變換氣4 表示脫鹽水、冷卻水、軟水表示外來(lái)外來(lái)蒸汽變換氣罕外工序按汽汽水分離器油分離器備注:1#變換爐水加熱器人焦炭過(guò)濾器云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司YUHNAH YUMTtANtlUA +NTERN ATlON AL CHEMtCAL CO. LTD I V tJ N F t T* G C 0422裝置能流簡(jiǎn)圖2.3 物料方法及測(cè)點(diǎn)方法：通過(guò) ME

9、S 進(jìn)行溫度、壓力、流量等原始數(shù)據(jù)的采集工作，部分設(shè)備對(duì)應(yīng)點(diǎn)找不到測(cè)點(diǎn)的，在現(xiàn)場(chǎng)通 過(guò)紅外測(cè)溫儀等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后根據(jù)方案計(jì)算出裝置內(nèi)各設(shè)備理論數(shù)據(jù)，得到的理論結(jié)果和實(shí)際測(cè)點(diǎn) 結(jié)果比較，分析出結(jié)論。測(cè)點(diǎn)：裝置上分布的各個(gè)熱電偶，壓力表，流量計(jì)等所在位置，分布于各設(shè)備的物料進(jìn)出口。3 .數(shù)據(jù)處理3.1 飽和塔的物料及熱量衡算3.1.1 已知條件進(jìn)塔半水煤氣溫度：T飽氣入=45.9C# HfKlL |*:r：t卜-ff _ikiOl |*赳|卓上僧爐吭j IS陽(yáng) ft；2#WfeHK + Hh*JS3合成氨廠脫硫、變換能源網(wǎng)絡(luò)圈口|I弭掩I抵禽林:%;11*.好IE1WWft506=278300

10、40 kJ合計(jì)：Q入=Q1+ Q2=1556955.72 + 27830040=29386996 kJ2帶出熱量 Q出：a. 氣體帶出熱 Q3：同上計(jì)算 T飽氣出下干半水煤氣的 Cp.m =30.54 kJ/(kmol G),查資料此時(shí)蒸汽焓值為 i汽出:=2677 kJ/kg則干半水煤氣帶入熱為：Q3=飽氣Cp.m飽氣出=1116.07 30.54 10仁3442563kJ半水煤氣中的水蒸汽帶入熱為：Q3水i汽出=3669.74 2677= 9823894 kJ所以 Q3= Q3 + Q =3442569823894=13266457 kJb. 水帶出熱 Q4：查資料 T飽水出G下水的焓值為

11、 i水出=280.97 kJ/kgQ4=m7Ki水出=(m飽水入一 m氣.帶)i水出=(3055.56 一 203.87) 18X280.97=14422308 kJC.熱損失 Q5：合計(jì)：Q= Q3+ Q4+ Q5由熱平衡：Q入=Q出求得熱損失 Q5= Q1+ Q2- Q3- Q4=29386996 9823894 14422308= 5140794 kJ云南云天化際化工股份有限公司I云峰分公司VUN * EG e c93.2 變換爐物料及熱量計(jì)算3.2.1 已知條件(1)計(jì)算基準(zhǔn)：1 噸氨10生產(chǎn)能力：10 萬(wàn)噸/年生產(chǎn)制度：330 天/年(24 小時(shí)工作制)生產(chǎn)能力：100000/( 3

12、30X24) =12.626(t/h)取每噸氨耗用半水煤氣3150Nm3，則：每小時(shí)的半水煤氣用量為：3150X12.626=39772.73 Nm3/h(2)進(jìn)系統(tǒng)前初始半水煤氣的組成(干) ：體積%組分CO2COH2N2CH4O2合計(jì)測(cè)試值9.232.437.819.90.40.3100%g.進(jìn)系統(tǒng)前初始(干)半水煤氣計(jì)算匯總?cè)缦?、名稱 測(cè)試值CO2COH2N2CH4O2合計(jì)含量%9.232.437.819.90.40.3100Nm323008100945049751007525000kmol102.68361.61421.88222.104.463.351116.07kg4517.86

13、10125.00843.756218.7571.43107.1421883.93(3)壓力：進(jìn)系統(tǒng)前半水煤氣壓力為：P1=0.652 MPa(表)進(jìn)系統(tǒng)前蒸汽壓力為：P2= 0.73 MPa(表)(4) CO 含量：出系統(tǒng)變換氣(干)中 CO 含量為：2.83.2%(5) 溫度：進(jìn)變換爐一段半水煤氣溫度：T1.入=203.7C出變換爐一段變換氣溫度：T1.出=405.5C進(jìn)變換爐二段變換氣溫度：T2.入=184.5C出變換爐二段變換氣溫度：T2.出=298.3C3.2.2 變換爐一段催化劑層物料及熱量衡算云南云天化際化工股份有限公司YUNAH YUMTIAMHUA +NTERNAHONAL C

14、HEMICAL CD LTDI云峰分公司V UN F C J*G C 011入爐蒸汽比(汽：氣)的計(jì)算：由分析知變換爐一段出口 CO 含量為 12%，且氧在此段內(nèi)與氫完全反應(yīng)生成水，則：實(shí)際參加 CO 變換反應(yīng)的半水煤氣量為：V實(shí)=V 3VO2Nm3=進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量一 3 洶系統(tǒng)前的干半水煤氣中 。2的體積3=25000-3 5=24775Nm設(shè)一段轉(zhuǎn)化率為 X-則干變換氣量為： V變=V實(shí)+ V實(shí)xyco XXi=24775+8100Nm式中：yco實(shí)際參加 co 變換反應(yīng)的半水煤氣中 co 的含量，體積%y o出變換爐變換氣中 CO 的含量，體積%yco=進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量X進(jìn)

15、系統(tǒng)前的干半水煤氣中的CO%/實(shí)際參加 CO 變換反應(yīng)的半水煤氣量系統(tǒng) CO 一段反應(yīng)量為： CO=V實(shí)勺coXi=8100 XiNm3則有12%= 一段出口 CO 量我/變=8100 ( 1-X1)+(24775+8100XXJX1= 56.51%則 CO = 8100 6.51%= 4577.31 Nm3一段出口變換氣中 CO 量為：V實(shí)XycoX(1 X1) = 8100 (1 0.5651) =3522.69 Nm取變換爐一段反應(yīng)平衡溫度為T(mén)1均=328C，由小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)P413 中表 4-2-6 查得 T1.均時(shí)的 Kp=26.78。將查得 Kp代入下式即可求出 b。

16、PCO2PH2cCO1dCO1-2 O2Kp =Pco PH20(a也CO1jjbACOi+2疋02)將 a、c、d、?CO1、Kp代入上式中，求得 b=5438.98 Nm3。解得E葬lENKilYUNTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO. LTD I VUW事Ef*G12則得到一段(汽：氣)為： b/25000=5438.98 吃 5000=0.21756入爐蒸汽量為：進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量%Nm3入變換爐一段半水煤氣計(jì)算匯總?cè)缦?=進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量D%/22.4kmol=(進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量D%/22.4) 18kgI云峰分公司V UN E G C

17、 C云南云天化國(guó)際化工股份有限公司YUNNAH YUNnAhlUA INTERNATIONAL CHf-MJCAL OO. LTD13EXIEKU名稱 測(cè)試值C02COH2N2CH402H20合計(jì)含量% （干）9.2032.4037.8019.900.400.300.00100含量% （濕）7.5626.6131.0516.340.330.2517.87100Nm32300810094504975100755438.9830438.98kmol102.68361.61421.88222.104.463.35242.811358.88kg4517.8610125.00843.756218.757

18、1.43107.144370.6126254.543出變換爐一段混合氣的計(jì)算：變換爐一段中主要發(fā)生 CO 的變換反應(yīng)和 02的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)式如下:CO H20；C02H22H202-；2H2O經(jīng)過(guò)此段反應(yīng)后混合氣中各組成的量為：CO: 進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中 C0 的量-變換爐一段 C0 總反應(yīng)量C02：進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中 C02的量+變換爐一段 C0 總反應(yīng)量H2:進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中 H2的量+變換爐一段 C0 總反應(yīng)量一進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中02的量X2H20:入變換爐一段濕半水煤氣中 H20 的量一變換爐一段 C0 總反應(yīng)量+進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中 02的量X202: 0N2和 CH4量

19、不變，等于入口量。出變換爐一段混合氣計(jì)算匯總?cè)缦?名稱 測(cè)試值、 C02COH2N2CH4H20合計(jì)含量% （干）23.4312.0047.2816.950.340100含量% （濕）22.6511.6045.7016.380.333.33100Nm36877.313522.6913877.3149751001011.6730363.98kmol307.02157.26619.52222.104.4645.161355.53kg13509.004403.361239.056218.7571.43812.9526254.544熱量衡算：已知變換爐一段進(jìn)口半水煤氣溫度為T(mén)i.入=203.7C,變換

20、爐一段出口變換氣溫度取Ti.出=405.5C,則反云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司EXIKRimYUNTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LTD VUN * E J* G C 014應(yīng)平均溫度為：（Ti.入+ Ti.出）/2C=304.6CA .帶入熱量 Q入:a. CO 變換反應(yīng)放熱 Qi：通過(guò)反應(yīng)式：co+H2O=CO2+H2由小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) P393P407 中表 4-2-i表 4-2-4 ,查得反應(yīng)平均溫度（.入+.出）/2C時(shí)的各物質(zhì)生成焓：HH2:8127kJ/kmolHCO:-102405kJ/kmolHCO2:-38194

21、9kJ/kmolHH2O:-232330kJ/kmol單位反應(yīng)熱為：？H= (HCO2+ HH2) (HCO+ HH2O) = (- 381949+8127 ) (- 102405- 232330)=-39087 kJ/kmol變換爐一段 CO 反應(yīng)量？CO=361.61 - 157.26=204.34 kmolCO 變換總反應(yīng)放熱為：Qi=?HX變換爐一段 CO 反應(yīng)量 =-39087 204.34= - 7987201.6 kJb. O2的燃燒放熱 Q2：通過(guò)反應(yīng)式：O2+ 2H2= 2H2O其中 HO2:8516 kJ/kmol單位燃燒熱為：？H =2HH2O- (HO2+2HH2)=-

22、2 X232330-( 8516+2 127) = - 489430 kJ/kmolO2的燃燒放熱為：Q2=?HX進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中O2的量=-489430X3.35= - 1638716.5kJ合計(jì)：Q入=Q 計(jì) Q2=7987201.6 + 1638716.5=9625918.1 kJB .帶出熱量 Q出:a.氣體溫升吸熱 Q3：查小合成氨廠工藝設(shè)計(jì)與技術(shù)手冊(cè)P429P435 圖表，可得 T=301.4C與 0.65MPa 下各組分的比熱容 Cp見(jiàn)下表:組分COH2H2OCO2CH4N2I云峰分公司V UI4 * E G C C15YUNNAN UNTINTERNA! ION AL CH

23、flMlCAL CD. LT DCp(kJ/kmolG)30.329.337.946.750.229.9含量%11.6045.703.3322.650.3316.38Cp.m=刀 Yigpi= 33.81 kJ/(kmolG)式中，yi 混合氣中各組分的體積 %Cp.i各組分在(Ti.入+ Ti.出)/2G下的比熱容?T = T1.出T1.入=201.8GQ3=出變換爐一段濕混合氣的量XCp.mX?T=1355.53X33.81X201.8= 9248817.076b.設(shè)熱損失為 Q4:合計(jì)：Q出=Q3+Q4根據(jù)熱平衡：Q入=Q出則可得出熱損失為：Q4=Q1+ Q2 Q3= 9625918.1

24、 9248817.076= 377101.05 kJ3.2.3 變換爐二段催化劑床層物料及熱量衡算A .物料衡算：平衡變換率的計(jì)算：已知變換爐二段出口變換氣中CO 含量為 3.0%，代入下式求得二段內(nèi)CO 平衡變換率 X2CO二段變換率為：x2二區(qū)yco )10 100%(10yCo,)yCo,=(0.12-0.03) 10X K100+0.03) 0.X2=74.98%取二段反應(yīng)平衡溫度為292G。查表得二段反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)Kp2=44.1帶入下式由 Kp2值可求出 b 值/PCO2PH2(c+aX2)(d+aX2)Kp2二Pco PH2O(a aX2lb aX2)云南云天化際化工股份有限公

25、司& 云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司直VUNNAH VUMTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CD.LTD | *tl料F E C C16求得 b= 6242.23 Nm3則得到二段(汽：氣)為： b/25000=6242.23 吃 9352.31=0.2126658& 云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司直VUNNAH VUMTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CD.LTD | *tl料F E C C17式中：a : =入變換爐二段濕混合氣中CO,b:=入變換爐二段濕混合氣中H2O,c :=入變換爐二段

26、濕混合氣中CO2,d=入變換爐二段濕混合氣中H2,入變換爐二段濕混合氣計(jì)算匯總?cè)缦?、名稱 測(cè)試值CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量% （干）23.4312.0047.2816.950.340.00100含量% （濕）19.329.9038.9913.980.2817.54100Nm36877.313522.6913877.3149751006242.2335594.54kmol307.02157.26619.52222.104.46278.671589.04kg13509.004403.361239.056218.7571.435016.0830457.67出變換爐二段混合氣的計(jì)算：變換

27、爐二段 CO 反應(yīng)量為：?C02=入變換爐二段濕混合氣中 C6X23= 3005.91 74.98%=2565.22 Nm =114.52 kmol經(jīng)過(guò)第二段反應(yīng)后混合氣中各組成的量為：O2: 0N2和 CH4量不變，等于入口量。出變換爐二段混合氣計(jì)算匯總?cè)缦?名稱 測(cè)試值、 CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量% （干）29.583.0051.5215.590.310.00100.00含量% （濕）26.532.6946.1913.980.2810.33100CO:入變換爐二段濕混合氣中CO 的量一變換爐二段 CO 總反應(yīng)量CO2:入變換爐二段濕混合氣中CO2的量+變換爐二段 CO 總反應(yīng)

28、量H2:入變換爐二段濕混合氣中H2的量+變換爐二段 CO 總反應(yīng)量H2O:入變換爐二段濕混合氣中H2O 的量變換爐二段 CO 總反應(yīng)量18已知變換爐二段進(jìn)口變換氣溫度為T(mén)2入=185C,變換爐二段出口變換氣溫度為T(mén)2.出=301C，反應(yīng)平均溫度為（T2.入+ T2.出）/2= 243C帶入熱量 Q入：CO 變換反應(yīng)放熱 Qi：反應(yīng)式：CO+H2O=CO2+H2由小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)P393P407 中表 4-2-1表 4-2-4，查得（T2.入+ T2.出）/2C時(shí)的各物質(zhì)生成焓：HH2:6372 kJ/kmolHCO:104218 kJ/kmolHCO2: 384700 kJ/kmo

29、lHH2O:234494 kJ/kmol單位反應(yīng)熱？H= (HCO2+HH2) (HCO+HH2O)=(384700+6372) ( 104218 234494) = 39616 kJ/kmol 總反應(yīng)放熱 Q1=?HX變換爐二段 CO 總反應(yīng)量 CO = 39616 114.52=4536779.9kJ合計(jì)：QA= Q1=4536779.9 kJ帶出熱量 Q出:a.氣體溫升吸熱 Q2：T 取平均溫度（T2.入+ T2.町/2C,參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中P429P435，查表可得（T?入+ T2.出）/2c下各物質(zhì)的 Cp:組分COH2H2OCO2CH4N2Cp(kJ/kmolC)2

30、9.929.335.64547.729.6含量%2.6946.1910.3326.530.2813.98Nm39442.53957.4716442.534975.00100.003677.0135594.54kmol421.5442.74734.04222.104.46164.151589.04kg18547.831196.831468.086218.7571.432954.7430457.67際化工股份有限公司I云峰分公司V u N r E ft G c 0&云南云天化E喬世.LU臺(tái)F+ YUNTIANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LTDB .熱量衡算:

31、Cpm=EYipi=34.23kJ/(kmol.C)I云峰分公司VUN * EG e c19YUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O?T= T2.出一 T2入=116CQ2=出二段濕混合氣的量CpmX?T =1589.04X34.23X423BI401.8kJb.熱損失 Q3:合計(jì)：Q出=Q2+ Q3根據(jù)熱平衡：Q入=Q出則熱損失 Q3= Qi-Q2= 305378.1 kJ3.3 增濕器的物料與熱量衡算3.3.1 已知條件此增濕器位于變換爐一、二段之間，是用來(lái)自脫鹽水罐的脫鹽水噴淋，將變換爐一段出口變換氣降溫 ，同時(shí)向變換氣中補(bǔ)加二

32、段反應(yīng)所需的蒸汽。已知：噴淋所用脫鹽水溫度：T脫鹽水1=117噴淋所用脫鹽水壓力：P脫鹽水1=5.8入增濕器蒸汽溫度：T蒸汽1=205入增濕器蒸汽壓力：P蒸汽1=0.75變換爐一段出口變換氣溫度：.出=405.5變換爐二段入口變換氣溫度：T2.入=1853.3.2 物料衡算1進(jìn)項(xiàng)；：a. 變換氣，組成同變換爐一段出口變換氣體組成。b. 噴淋冷凝水，噴淋量在 2.2 的（4）中已算出， V噴淋=3.4mSh=4001.40 Nm3c. 補(bǔ)充蒸汽量=6242.23 4001.40 1011.67=1229.16 Nm32出項(xiàng)：混合氣，組成同變換爐二段入口混合氣組成。云南云天化際化工股份有限公司20

33、& 云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司VUMTIANHUA INTERNATIONAL CHtlMlCAL CO. LTD I *Ll IF E Tl G C 03.3.3 熱量衡算1帶入熱量 Q入：;a.氣體帶入熱 Qi:查得 Ti.出C、Pi下 CO、 出、CO2、N2、CH4的定壓比熱容 Cp( kJ/kgC).，列于下表:組分COH2CO2CH4N2Cp(kJ/kmolC)3129.449.156.630.6含量%12.0047.2823.430.3416.95Cpm=EYiEpi =34.50 kJ/(kmol.C)查得 T1.出C、卩汗水蒸汽的焓值 i= 3217.

34、8 kJ/kg則：干變換氣帶入熱為：Q1出第一低變一段干變換氣量CpmXT1.出=1310.37 4.50 05.5= 18333670 kJ變換氣中的水蒸汽帶入熱為：Q 混合氣體中水蒸汽量 X=812.95 3217.8= 2615907.76 kJ所以 Q1= Q1+ Q =18333672615907.76=20949577.8 kJb.噴淋冷凝水帶入熱Q2：查得 T脫鹽水1、P脫鹽水1下水的焓值 i=491.37kJ/kg，帶入計(jì)算Q2=噴淋水質(zhì)量 水的焓值=3.4 945.71 491.37=1579957.98 kJC.補(bǔ)充蒸汽帶入熱 Q3：查得 T蒸汽1、P蒸汽1下水蒸汽的焓值

35、i=2794 kJ/kg，帶入計(jì)算Q3=補(bǔ)充蒸汽質(zhì)量X水蒸汽的焓值 =(1229.16 22.4 18) 2794= 2759679.8 kJ合計(jì)：Q入=Q1+ Q2+ Q3=20949577.8 + 1579957.98+ 2759679.8=25289216 kJ帶出熱量 Q出:a.氣體帶出熱 Q4:查得 T2.入C、P1下 CO、 H2、CO2、N2、CH4的定壓比熱容 Cp( kJ/kgC),列于下表:組分COH2CO2CH4N2Cp ( kJ/kmol )29.729.24443.529.621&云南云天化漳皚輕VUNNAN YUhinANHUAINTERNATIONAL C

36、HEMICAL CO XTD含量%12.0047.2823.430.3416.95Cpm=刀 Yi*Cpi=32.84 kJ/（kmol.C）查得丁2入C、Pi下水蒸汽的焓值 i= 2781 kJ/kg則：干混合氣帶出熱為：Q4出第一低變一段干變換氣量pmT2.入=1310.37 32.84 85= 7962006.1 kJ混合中的水蒸汽帶出熱為：Q4入變換爐二段混合氣體中水蒸汽量為=5016.08 2781=13949717.3 kJ所以 Q4= Q4 + Q =796200.13949717.3=21911723 kJb.熱損失 Q損：通過(guò)熱平衡，Q入=Q出+Q損得：Q損=Q入一 Q出=2

37、5289216 21911723=3377492 kJ3.4 換熱器的物料及能量計(jì)算3.4.1 已知條件換熱器是利用出變換爐的變換氣的溫降放熱與出飽和塔的半水煤氣的溫升吸熱進(jìn)行換熱的設(shè)備，在換 熱過(guò)程中換熱介質(zhì)的物質(zhì)組成不變。已知：入換熱器變換氣的溫度：T變?nèi)?301C出換熱器變換氣的溫度：T變出=165C入換熱器半水煤氣的溫度：T半入=115C出換熱器半水煤氣的溫度：T半出=240C入、出換熱器變換氣的量及組成：（同出變換爐二段混合氣的組成）名稱CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)測(cè)試值含量%（干）29.583.0051.5215.590.310.00100.00際化工股份有限公司I云峰分公司

38、V o N r E M G C 022含量%（濕）26.532.6946.1913.980.2810.33100.00入、出換熱器半水煤氣的組成：(同入變換爐一段半水煤氣組成)名稱CO2COH2N2CH4O2H2O合計(jì)測(cè)試值含量%(干)9.2032.4037.8019.900.400.300.00100.00含量%(濕)7.5626.6131.0516.340.330.2517.87100.00Nm32300.008100.009450.004975.00100.0075.005438.9830438.98kmol102.68361.61421.88222.104.463.35242.8113

39、58.88kg4517.8610125.00843.756218.7571.43107.144370.6126254.543.4.2 物料衡算出飽和塔的半水煤氣一部分進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱升溫，升溫后與未進(jìn)行換熱的部分混合進(jìn)入變換爐一段，已知入變換爐一段的混合氣的溫度為T(mén)i.入=201C。設(shè)出飽和塔半水煤氣的總量為n,進(jìn)入換熱器的半水煤氣量為參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中P429P435，查表得出各物質(zhì)對(duì)應(yīng)溫度下的Cp,由 Cpm=刀Yi*Cpi 計(jì)算得到 T半入C、T半出C及 Ti.入C下半水煤氣的 Cp值分別為：Cp.半入=32.01 kJ/(kmol.C)Cp.半出=32.35 kJ/(

40、kmol.C)Cp.1.入=32.22 kJ/(kmol.C)根據(jù)熱平衡：(n - n1)Cp.1T半入+ nQp.2T半出=nCp.3T1.入已知 n=1358.88 kmol帶入數(shù)據(jù)求得進(jìn)入換熱器的半水煤氣量為：n1=933.73 kmol走副線半水煤氣量為：n - n1= 425.16 kmol同理可求出進(jìn)換熱器的變換氣量為：1129.17 kmolNm39442.53957.4716442.534975.00100.003677.0135594.54kmol421.5442.74734.04222.104.46164.151589.04kg18547.831196.831468.086

41、218.7571.432954.7430457.67云南云天化國(guó)際化工股份有限公司VUNNAH VUNTtANHUA INTERNATIONAL CMt MlCAL CO.LTD|云峰分公司V UNe 023走副線的變換氣量為：459.87 kmol24臼訊和UATEFt忖點(diǎn) 料禹L匸島L CO.-LTD V Lt N F E G C 03.4.3 熱量衡算帶入熱量 Q入變換氣放出熱 Q放:參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中 P429P435,查表得出各物質(zhì)對(duì)應(yīng)溫度壓力下的Cp，計(jì)算（T變?nèi)?T變出）/2C下變換氣的 Cp.m。組分COH2H2OCO2CH4N2Cp(kJ/kmolC)3029

42、.33845.747.529.8含量%2.6946.1910.3326.530.2813.98Cpm=刀 Yi*Cpi=34.69 kJ/（kmol.C）則換熱器內(nèi)變換氣放出的熱量為Q放=入換熱器變換氣量XCp.mXT變?nèi)胍?T變出）=1129.17 34.69 （ 301 - 165） = 5327148.74 kJ2帶出熱量 Q出:a.半水煤氣吸入熱 Q吸:參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中P429P435，查表得出各物質(zhì)對(duì)應(yīng)溫度壓力下的Cp，計(jì)算（T半入+T半出）/2C下半水煤氣的 Cp.m。組分COH2H2OCO2CH4N2O2Cp(kJ/kmolC)29.829.238.244.44

43、529.530.9含量%26.6131.0517.877.560.3316.340.25Cpm=EYi*Cpi= 32.22 kJ/(kmol.C)Q吸=入換熱器半水煤氣量 Cp.m*T半出一 T半入)=933.73 32.22 (240 115) = 3760751.41 kJb.熱損失 Q損：Q損=Q入一 Q出=Q放一 Q吸=5327148.74 3760751.4 仁 1566397.33 kJ云南云天化際化工股份有限公司云峰分公司IE _25云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司YUNNAH YUHTtAMHUA +NTERN AT*ON AL CHtMlCAL CD. LTD I

44、 V if N F EG C 03.5 水加熱器中變換氣放出熱量計(jì)算3.5.1 已知條件入、出水加熱器變換氣的量及組成與出變換爐二段變換氣的量及組成相同。入水加熱器變換氣的溫度：T入=205C出水加熱器變換氣的溫度：T出=118C3.5.2 物料衡算進(jìn)水加熱器水量與出水加熱器水量相同。3.5.3 能量衡算入熱 Q入：變換氣帶入熱 Qi：參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中 P429P435,查表得出各物質(zhì)對(duì)應(yīng)溫度壓力下的Cp，計(jì)算出 T入C下濕變換氣的比熱容 Cp.m組分COH2H2OCO2CH4N2Cp(kJ/kmolC)29.829.238.244.445.229.7含量%2.6946.19

45、10.3326.530.2813.98Cpm=刀 Yi*Cpi= 34.29 kJ/(kmol.C)則 Qi=入水加熱器變換氣的量XCp.m XT入=1589.04 34.29 205= 11171101.62 kJ出熱 Q出：變換氣帶出熱 Q2：參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中 P429P435,查表得出各物質(zhì)對(duì)應(yīng)溫度壓力下的Cp，計(jì)算出 T入C下濕變換氣的比熱容 Cp.m組分COH2H2OCO2CH4N2Cp(kJ/kmolC)29.529.138.841.939.429.5I云峰分公司UN * EMG 0UIE _26云南云天化國(guó)際化工股份有限公司YUlNAH YUNT1AMHUA +

46、NTERNAT*OHAL CHtMtCAL CO. LTD含量 %2.69 I 46.19 I 10.3326.530.28 I 13.98Cpm=刀 Yi*Cpi= 34.47 kJ/(kmol.C)則 Q2=出水加熱器變換氣的量p.mXT出=1589.04 34.47 氷 18= 6463873.2kJ水加熱器中變換氣放出熱量Q= 11171101.62 6463873.2=4707228.4 kJ3循環(huán)熱水吸收熱量 Q水已知循環(huán)熱水量 m= 55m3X957.86kg/m3=52682.3 kg熱水進(jìn)、出水加熱器溫度 T1=101C,T2=121C對(duì)應(yīng) T1, T2下的水的焓值分別為 i

47、1=423.76 kJ/kg , i2=508.34 kJ/kg則循環(huán)水吸收熱量 Q+水二 循環(huán)水質(zhì)量X(i2 i1)=52682.3X(121-101) = 4455868.9 kJ4設(shè)熱損失為 Q損Q損=Q-水加Q+水=4707228.4 4455868.9=251359.48 kJ3.6 外用蒸汽量的計(jì)算(1) 一段添加蒸汽量一段進(jìn)口半水煤氣中蒸汽量為：5438.98 Nm3飽和塔出口半水煤氣中蒸汽量為： 4567 Nm3所以半水煤氣進(jìn)入一段之前添加蒸汽量為：V1=一段進(jìn)口半水煤氣中蒸汽量-飽和塔出口半水煤氣中蒸汽量=5438.98 4567=871.98 Nm3(2) 二段蒸汽添加量增

48、濕器補(bǔ)充蒸汽量為：3.4m3=4001.40 Nm3二段入口變換氣中蒸汽量為：6242.23 Nm3一段出口變換氣中蒸汽量為：1011.67 Nm3二段外用蒸汽量為 V2=二段入口變換氣中蒸汽量-增濕器補(bǔ)充蒸汽量-一段出口變換氣中蒸汽量=6242.23 4231.11 1011.67=1229.16 Nm3則外用蒸汽量為：V=V 什 V2=871.98+1229.16=2101.14 Nm3I云峰分公司UN * EMG 0UIE _27=2101.14 22.4=93.8 kmolI云峰分公司VUN杭ENG COYUNNAN YUHTIAMHUA +NTERN AHON AL CHt MFCA

49、L CD.,LT D283.7 熱水塔的物料及熱量衡算3.7.1 已知條件入塔變換氣溫度：T熱氣入=118C出塔變換氣溫度：T熱氣出=77C入塔熱水溫度：T熱水入=66 C出塔熱水溫度：T熱水出=101C入塔變換氣壓力：P熱氣入=0.65Mpa入塔干變換氣量：n熱氣=1424.89 kmol入塔變換氣的量及組成與出第二低變爐二段出口變換氣的量及組成相同。3.7.2 物料衡算塔內(nèi)蒸汽冷凝量的計(jì)算：查得變換氣出塔溫度 T熱氣出C下的飽和蒸汽壓為 P水.熱氣出=0.041905 MPa=0.041905 1424.89 (0.65 0.041905)=98.19 kmol塔內(nèi)蒸汽冷凝量為：n冷凝水=

50、入塔變換氣中蒸汽量一 G熱出=164.15 98.19=65.96 kmol出熱水塔變換氣組成:名稱 測(cè)試值CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量% （干）29.583.0051.5215.590.310.00100.00云南云天化際化工股份有限公司=93.8 18=1688.42 kg則變換氣帶出蒸汽量為:G熱出P水.熱氣出P熱氣入-P7K熱氣出熱氣I云峰分公司VUN杭ENG COYUNNAN YUHTIAMHUA +NTERN AHON AL CHt MFCAL CD.,LT D29含量% （濕）27.682.8148.1914.580.296.45100.00Nm39442.53957.

51、4716442.534975.00100.002199.5034117.03Kmol421.5442.74734.04222.104.4698.191523.08I云峰分公司V UN f E G e c30云南云天化國(guó)際化工股份有限公司YUNNAH VUNTfANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO. LlDKg18547.831196.831468.086218.7571.431767.4529270.38塔頂進(jìn)水量的計(jì)算：已知外界補(bǔ)水量為 n補(bǔ)水=6000kg+18=333.33 kmol飽和塔蒸發(fā)量為 n飽。蒸=203.87 kmol循環(huán)水量為 n循環(huán)=55000+

52、18=3055.56 kmol則有入熱水塔水量為 r。入=循環(huán)水量-飽和塔蒸發(fā)量+外界補(bǔ)水量=3055.56 - 203.87 + 333.33=3185.02 kmol出熱水塔水量為 n熱。出=飽和塔蒸發(fā)量 n循環(huán)=3055.56 kmol排污水量 n排污=n補(bǔ)水+ n冷凝水一 n飽，蒸=195.42 kmol373 熱量衡算帶入熱量 Q入:a.氣體帶入熱 Qi：參考小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)中P429P435，查表得出各物質(zhì)對(duì)應(yīng)溫度壓力下的Cp 值，計(jì)算 T熱氣入C下干變換氣的比熱容組分COH2CO2CH4N2Cp(kJ/kmolC)29.529.242.440.629.5含量%3.00

53、51.5229.580.3115.59Cpm=刀 Yi*Cpi= 33.20 kJ/(kmol.C)查資料此時(shí)蒸汽焓值為 i汽入:2703 kJ/kg則干變換氣帶入熱為：Q1=熱氣Cp.mT熱氣入=1424.8933.20*18= 5582149 kJ變換氣中的水蒸汽帶入熱為：Q水ii汽入=2954.74 2703=7986661.67 kJ所以 Q1= Q1 + Q =7986661+5547265.仁 13533926.8 kJb.塔頂熱水帶入熱 Q2：查資料 T熱水入C下水的焓值為 i水入=293.53 kJ/kg則 Q2= n熱入水M水i水入=(3055.56 203.87) 18 2

54、93.53=15066995 kJI云峰分公司VUN * EG e cYUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O31C.補(bǔ)充脫鹽水帶入熱Q3：測(cè)得補(bǔ)充脫鹽水溫度為 T補(bǔ)水=120C,查得此溫度水的焓值為 i補(bǔ)水=504.09 kJ/kg則 Q3= n補(bǔ)水M水i補(bǔ)水=333.33 氷 8 X504.09= 3024540 kJ合計(jì)：Q入=Q!+ Q2+Q3=13533926.8 + 15066995 + 3024540=31625462 kJ帶出熱量 Q出:a. 氣體帶出熱 Q4：同上計(jì)算 T熱氣出C下干變換氣的比熱容為 Cp.m =32

55、.67 kJ/(kmolC),查資料此時(shí)蒸汽焓值為 i汽出=2638 kJ/kg 則干變換氣帶出熱為：Q4=熱氣Cp.m熱氣出=1424.8932.67 77=3584022.86 kJ變換氣中的水蒸汽帶出熱為：Q/熱出M水i汽出=98.19 1832638= 4662545.12 kJQ4= Q4+ Q4 =82246568 kJb. 水帶出熱 Q5：查資料 T熱水出C下水的焓值為 i水出=423.76 kJ/kgQ5= n熱出水M水i水出=3055.56 18 423.76= 23306800 kJ帶出熱量合計(jì) Q出=Q/+ Q+ Q5= 31553368 kJC.熱損失 Q6：合計(jì)：0出

56、=Q4+ Q5+ Q6由熱平衡：Q入=0出求得熱損失 Q6=Q1+ Q2+ Q3-Q4- Q5= 31625462 31553368= 72094 kJ云南云天化際化工股份有限公司T氣。入=79CT氣。出=44CT水。進(jìn)=24CT水。出=64C2030 m3查表得變換氣進(jìn)出溫度下的水蒸汽飽和蒸汽壓P氣。入=0.041905 MPa& 云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司VUNNANVUNTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LT0 I VON F E G C 0323.8 冷凝器的物料及熱量衡算3.8.1 已知條件進(jìn)冷凝器變換氣溫度: 出冷凝器變換氣

57、溫度: 進(jìn)冷凝器水溫度： 出冷凝器水溫度： 冷凝器冷卻水量：I云峰分公司VUN * EG e cYUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O33入冷凝器變換氣帶入蒸汽量為98.19 kmol入塔變換氣壓力：P熱氣入=0.65Mpa入塔干變換氣量：n熱氣=1424.89 kmol3.8.2 物料衡算T氣。出C下的飽和蒸汽壓為 P氣。出=0.0091075MPaP水.熱氣出G熱出n熱氣P熱氣入-P7K熱氣出=0.0091075 1424.89 ( 0.65-0.0091075)=20.25 kmol則冷凝器中冷凝下來(lái)的蒸汽量為：98.19-

58、20.25=77.94 kmol3.8.3 能量衡算a.氣體帶入熱 Q1：計(jì)算 T氣。入C下干變換氣的比熱容為Cp.m =32.67 kJ/(kmoC),查資料此時(shí)蒸汽焓值為 i汽出=2638 kJ/kg則干變換氣帶入熱為：Q=Mp.mT入=1424.8932.67 77=3584439 kJ變換氣中的水蒸汽帶入熱為：Q = GM=98.19 1832638= 4662454 kJQ1= Q1+ Q = 8246893 kJb.氣體帶出熱 Q2計(jì)算 T氣。出C下干變換氣的比熱容為Cp.m =32.28 kJ/(kmolC),查資料此時(shí)蒸汽焓值為 i汽出=2581 kJ/kg則干變換氣帶出熱為：

59、Q2 =/p.mT出=1424.89 32.28 44= 2023800 kJ已知出冷凝器變換氣溫度則變換氣帶出蒸汽量為:& 云南云天化國(guó)際化工股份有限公司I云峰分公司VUNNANVUNTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LT0 I VON F E G C 034變換氣中的水蒸汽帶出熱為：Q2 = G MI云峰分公司VUN * EG e cYUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O35=20.25 氷 8 X258 仁 940774.5 kJQ2= Q2+ Q2 =2023799940775= 2

60、964574 kJc. 理論最大冷卻水用量設(shè)循環(huán)量為 n mol，查表得 T水。進(jìn)和 T水。出下水的焓值分別為：i水出=101.20kJ/kg; i水出=268.41 kJ/kg.循環(huán)水吸收熱量為 Q吸收=Q1-Q2= 8246893 2964574= 5282319 kJ由 Q吸收=n M水(i水出一 i水進(jìn))帶入數(shù)據(jù)可就得理論最大冷卻水量n=1755 kmol= 31.6m33.9 冷卻塔的物料及熱量衡算3.9.1 已知條件3.9.2 物料衡算進(jìn)塔水量與出塔水量相同。3.9.3 能量衡算a. 氣體帶入熱量查表計(jì)算得到進(jìn)冷卻塔變換氣在對(duì)應(yīng)溫度下的Cp 值分別為 Cp氣入=32.28 kJ/(kmolG)則氣體帶入的熱量為 Q1=nCp氣入T氣入=1424.89