變換裝置能量測(cè)試報(bào)告8

1、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)告二一三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)試方案編寫者： 審核者： 批準(zhǔn)者： 試驗(yàn)主要工作人員：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73.2.1已知條件73.2.2變換爐一段催化劑層物料及熱量衡算83.2.3變換爐二段

2、催化劑床層物料及熱量衡算113.3 增濕器的物料與熱量衡算143.3.1已知條件143.3.2物料衡算153.3.3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223.8冷凝器的物料及熱量衡算243.8.1已知條件243.8.2物料衡算243.8.3能量衡算243.9 冷卻塔的物料及熱量衡算253.9.

3、1已知條件253.9.2物料衡算253.9.3能量衡算264.測(cè)試結(jié)果及分析274.1飽和塔274.2變換爐284.3增濕器294.4換熱器294.5水加熱器304.6熱水塔304.7外用蒸汽量314.8冷凝器314.9冷卻塔325.附表：原始數(shù)據(jù)記錄331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

4、溫變換改全低變，2005年11月2#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/T

5、3484-2009）2. 綜合能耗計(jì)算通則 （GB/T25892008）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。變換工藝流程簡(jiǎn)圖如下備注： 表示半水煤氣及變換氣 表示脫鹽水、冷卻水、軟水 表示外來(lái)外來(lái)蒸汽2.2 裝置能流簡(jiǎn)圖2.3物料方法及測(cè)點(diǎn)方

6、法：通過(guò)MES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=45.9 出塔半水煤氣溫度：T飽氣出=101 進(jìn)塔熱水溫度： T飽水入=120.5 出塔熱水溫度： T飽水出=66.7 進(jìn)塔半水煤氣壓力：P飽氣入=0.651 Mpa 進(jìn)塔干半水煤氣量等于出塔干半水煤氣量：n飽氣 = 1116.

7、07 kmol 入飽和塔的半水煤氣組成即入變換爐一段的干半水煤氣組成。3.1.2物料衡算 取飽和塔出口半水煤氣中蒸汽的飽和度為=95%，T飽氣出=101時(shí)的飽和蒸汽壓為P水.飽氣出=0.10499MPa則出飽和塔半水煤氣中帶出的蒸汽量為：G出=203.87kmol飽和塔入口半水煤氣的組成（干）：體積%組分CO2COH2N2CH4O2合計(jì)測(cè)試值9.232.437.819.90.40.3100%aCO2的體積=半水煤氣量×半水煤氣中CO2%（由化驗(yàn)分析測(cè)試得到）CO2的氣體摩爾數(shù)= CO2的體積/22.4CO2的質(zhì)量= CO2的摩爾數(shù)×44bCO的體積=半水煤氣量×半

8、水煤氣中CO%CO的摩爾數(shù)=CO的體積/22.4CO的質(zhì)量=CO的摩爾數(shù)×28cH2的體積=半水煤氣量×半水煤氣中H2%H2的摩爾數(shù)= H2的體積/22.4H2的質(zhì)量= H2的摩爾數(shù)×2dN2的體積=半水煤氣量×半水煤氣中N2%N2的摩爾數(shù)= N2的體積/22.4N2的質(zhì)量= N2的摩爾數(shù)×28eCH4的體積=半水煤氣量×半水煤氣中CH4%CH4的摩爾數(shù)= CH4的體積/22.4CH4的質(zhì)量= CH4的摩爾數(shù)×16fO2的體積=半水煤氣量×半水煤氣中O2%O2的摩爾數(shù)=O2的體積/22.4O2的質(zhì)量=O2的摩爾數(shù)&

9、#215;32g進(jìn)系統(tǒng)前初始（干）半水煤氣計(jì)算匯總?cè)缦拢?名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4O2合計(jì)含量%9.232.437.819.90.40.3100Nm323008100945049751007525000kmol102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 1116.07 kg4517.86 10125.00 843.75 6218.75 71.43 107.14 21883.93 出飽和塔半水煤氣組成： 名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4O2H2O合計(jì)含量%（干）9.232.437.819.90.40.30100含量%（濕）7.8 27.4 32.0 1

10、6.8 0.3 0.3 15.4 100Nm3230081009450497510075456729567kmol102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 203.871319.94kg4517.86 10125.00 843.75 6218.75 71.43 107.14 3669.7425553.67已知入飽和塔水量為：n飽入水 = n循環(huán)水=3055.56 kmol3.1.3熱量衡算 帶入熱量Q入： a氣體帶入熱Q1： 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飽氣與0.65MPa下各組分的比熱容Cp組分COH2H2OCO2CH4N2O2

11、Cp（kJ/kmol·）29.529.338.839.736.829.529.8含量%32.40 37.80 0.00 9.20 0.40 19.90 0.30 Cp.m = Yi×Cpi= 30.39 kJ/(kmol·)則干半水煤氣帶入熱為：Q1 = n飽氣Cp.m T飽氣入 =1116.07×30.39×45.9= 1556955.72 kJb水帶入熱Q2： 查資料T飽水入= 120.5下水的焓值為i水入：= 506 kJ/kg 則Q2 =n飽入水M水i水入=3055.56×18×506=27830040 kJ 合計(jì)：

12、Q入= Q1 + Q2=1556955.7227830040=29386996 kJ 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·)， 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 = n飽氣Cp.mT飽氣出=1116.07×30.54×101=3442563 kJ半水煤氣中的水蒸汽帶入熱為：Q3= m水i汽出 = 3669.74 ×2677= 9823894 kJ所以Q3 = Q3 + Q3=34425639823894=13266457 kJb水帶出熱Q

13、4：查資料 T飽水出下水的焓值為i水出= 280.97 kJ/kgQ4 =m水i水出=（m飽水入m氣.帶）i水出=（3055.56203.87）×18×280.97=14422308 kJc熱損失Q5： 合計(jì)：Q出= Q3 + Q4 + Q5 由熱平衡：Q入 = Q出求得熱損失Q5= Q1 + Q2Q3Q4 =29386996 982389414422308= 5140794 kJ3.2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/（330×24）=12.626 (

14、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：3150×12.626=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)缦拢?名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4O2合計(jì)含量%9.232.437.819.90.40.3100Nm323008100945049751007525000kmol102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 1116.07 kg4517.86 1012

15、5.00 843.75 6218.75 71.43 107.14 21883.93 （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=203.7出變換爐一段變換氣溫度： T1.出=405.5進(jìn)變換爐二段變換氣溫度： T2.入=184.5出變換爐二段變換氣溫度： T2.出=298.33.2.2變換爐一段催化劑層物料及熱量衡算入爐蒸汽比（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，

16、則：實(shí)際參加CO變換反應(yīng)的半水煤氣量為：V實(shí) V3VO2 Nm3進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量3×進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣中O2的體積=25000-3×75=24775 Nm3設(shè)一段轉(zhuǎn)化率為X1，則干變換氣量為：V變 V實(shí) V實(shí)×yCO×X1 =24775+8100×X1 Nm3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% yCO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×進(jìn)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：CO1=V實(shí)×yCO×X

17、1=8100×X1 Nm3則有 12%= 一段出口CO量÷V變= 8100（1X1）÷（24775+8100×X1）解得 X1= 56.51%則 CO1 = 8100×56.51%= 4577.31 Nm3一段出口變換氣中CO量為：V實(shí)×yCO×(1X1 ) = 8100×（10.5651）=3522.69 Nm3取變換爐一段反應(yīng)平衡溫度為T1.均=328，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。Kp將 a、c、d、CO1 、Kp代入上式中

18、，求得 b=5438.98 Nm3。則得到一段（汽氣）為：b/25000=5438.98÷25000=0.21756入爐蒸汽量為：進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量×b% Nm3 =進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量×b%/22.4 kmol=(進(jìn)系統(tǒng)前的干半水煤氣量×b%/22.4)×18 kg入變換爐一段半水煤氣計(jì)算匯總?cè)缦拢?名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4O2H2O合計(jì)含量%（干）9.20 32.40 37.80 19.90 0.40 0.30 0.00 100含量%（濕）7.56 26.61 31.05 16.34 0.33 0.25 17.87 100N

19、m32300810094504975100755438.9830438.98kmol102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 242.81 1358.88 kg4517.86 10125.00 843.75 6218.75 71.43 107.14 4370.61 26254.54 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O2的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)式如下： 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CO的量變換爐一段CO總反應(yīng)量CO2：進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中CO2的量變換爐一段CO總反應(yīng)量H2 ： 進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中H2的

20、量變換爐一段CO總反應(yīng)量進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中O2的量×2H2O：入變換爐一段濕半水煤氣中H2O的量變換爐一段CO總反應(yīng)量+進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中O2的量×2O2 ：0N2和CH4量不變，等于入口量。出變換爐一段混合氣計(jì)算匯總?cè)缦拢?名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量%（干）23.43 12.00 47.28 16.95 0.34 0100含量%（濕）22.65 11.60 45.70 16.38 0.33 3.33 100 Nm36877.313522.6913877.3149751001011.67 30363.98kmol307.02 157.26 619.

21、52 222.10 4.46 45.16 1355.53 kg13509.00 4403.36 1239.05 6218.75 71.43 812.95 26254.54 熱量衡算：已知變換爐一段進(jìn)口半水煤氣溫度為T1.入=203.7，變換爐一段出口變換氣溫度取T1.出=405.5，則反應(yīng)平均溫度為：(T1.入+ T1.出)/2=304.6 A帶入熱量Q入：aCO變換反應(yīng)放熱Q1：通過(guò)反應(yīng)式：COH2O=CO2H2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，查得反應(yīng)平均溫度(T1.入+ T1.出)/2時(shí)的各物質(zhì)生成焓： HH2： 8127 kJ/kmol HCO：

22、 102405 kJ/kmol HCO2：381949 kJ/kmol HH2O：232330 kJ/kmol單位反應(yīng)熱為：H= (HCO2HH2 ) (HCOHH2O) =（381949+8127）(102405232330) = 39087 kJ/kmol變換爐一段CO反應(yīng)量CO=361.61157.26=204.34 kmolCO變換總反應(yīng)放熱為：Q1=H×變換爐一段CO反應(yīng)量 = 39087×204.34= 7987201.6 kJbO2的燃燒放熱Q2：通過(guò)反應(yīng)式：O22H2 = 2H2O 其中HO2： 8516 kJ/kmol單位燃燒熱為：H=2HH2O (HO2

23、+2HH2) =2×232330（8516+2×8127）= 489430 kJ/kmolO2的燃燒放熱為：Q2 =H×進(jìn)系統(tǒng)前干半水煤氣中O2的量=489430×3.35=1638716.5kJ合計(jì)：Q入= Q1+Q2=7987201.61638716.5=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=301.4與0.65MPa下各組分的比熱容Cp ,見(jiàn)下表：組分COH2H2OCO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）30.329.337.946.750.229.9含量%

24、11.60 45.70 3.33 22.65 0.33 16.38 Cp.m = Yi×Cpi= 33.81 kJ/(kmol·)式中，yi 混合氣中各組分的體積% Cp.i 各組分在(T1.入+ T1.出)/2下的比熱容 T = T1.出T1.入=201.8 Q3 = 出變換爐一段濕混合氣的量×Cp.m×T=1355.53×33.81×201.8= 9248817.076 kJb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=Q1Q2Q3 = 9625918.19248817.076= 3

25、77101.05 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：=(0.12-0.03)×100÷(100+0.03)×0.12 =74.98% 取二段反應(yīng)平衡溫度為292。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Kp2求得b= 6242.23 Nm³則得到二段（汽氣）為：b/25000=6242.23÷29352.31=0.2126658式中：a =入變換爐二段濕混合氣中CO， b

26、=入變換爐二段濕混合氣中H2O， c =入變換爐二段濕混合氣中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)缦拢?名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量%（干）23.43 12.00 47.28 16.95 0.34 0.00 100含量%（濕）19.32 9.90 38.99 13.98 0.28 17.54 100Nm36877.313522.6913877.3149751006242.23 35594.54 kmol307.02 157.26 619.52 222.10 4.46 278.67 1589.04 kg13509.00 4403.36 123

27、9.05 6218.75 71.43 5016.08 30457.67 出變換爐二段混合氣的計(jì)算：變換爐二段CO反應(yīng)量為： CO2 =入變換爐二段濕混合氣中CO×X2= 3005.91×74.98%=2565.22 Nm3=114.52 kmol經(jīng)過(guò)第二段反應(yīng)后混合氣中各組成的量為：CO： 入變換爐二段濕混合氣中CO的量變換爐二段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)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O2 ：0N2和CH4量不變，等于入口量。

28、出變換爐二段混合氣計(jì)算匯總?cè)缦拢?名稱測(cè)試值CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量%（干）29.58 3.00 51.52 15.59 0.31 0.00 100.00 含量%（濕）26.53 2.69 46.19 13.98 0.28 10.33 100Nm39442.53 957.47 16442.53 4975.00 100.00 3677.01 35594.54 kmol421.54 42.74 734.04 222.10 4.46 164.15 1589.04 kg18547.83 1196.83 1468.08 6218.75 71.43 2954.74 30457.67 B熱量衡

29、算：已知變換爐二段進(jìn)口變換氣溫度為T2.入=185 ，變換爐二段出口變換氣溫度為T2.出=301，反應(yīng)平均溫度為(T2.入+ T2.出)/2= 243 帶入熱量Q入：CO變換反應(yīng)放熱Q1：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)/2時(shí)的各物質(zhì)生成焓： HH2 ： 6372 kJ/kmol HCO： 104218 kJ/kmol HCO2 ：384700 kJ/kmol HH2O： 234494 kJ/kmol單位反應(yīng)熱 H= (HCO2+HH2 ) (HCO+HH2O) =（384700+6372

30、）（104218234494）=39616 kJ/kmol總反應(yīng)放熱 Q1=H×變換爐二段CO總反應(yīng)量CO = 39616×114.52=4536779.9 kJ合計(jì)：Q入= 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.出)/2，參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(T2.入+ T2.出)/2下各物質(zhì)的Cp：組分COH2H2OCO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）29.929.335.64547.729.6含量%2.69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Cpm

31、 = Yi×Cpi=34.23 kJ/(kmol.)T= T2.出T2.入=116 Q2 = 出二段濕混合氣的量×Cpm×T =1589.04×34.23×116= 4231401.8 kJb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 = Q1Q2= 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

32、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：T1.出=405.5 變換爐二段入口變換氣溫度：T2.入=1853.3.2物料衡算進(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=3.4m³/h=4001.40 Nm³c. 補(bǔ)充蒸汽量=6242.234001.401011.67=1229.16 Nm³出項(xiàng)：混合氣，組成同變換爐二段入口混合氣組成。3.3.3熱量衡算帶入熱量Q入： ；a氣體帶入熱Q1：查得T1.出 、P1下CO

33、、 H2、CO2、N2、CH4的定壓比熱容Cp（kJ/kg·）.，列于下表： 組分COH2CO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）3129.449.156.630.6含量%12.00 47.28 23.43 0.34 16.95 Cpm = Yi×Cpi =34.50 kJ/(kmol.)查得T1.出、P1下水蒸汽的焓值i= 3217.8 kJ/kg則：干變換氣帶入熱為：Q1 =出第一低變一段干變換氣量×Cpm×T1.出 =1310.37×34.50×405.5= 18333670 kJ變換氣中的水蒸汽帶入熱為：Q1=混合氣

34、體中水蒸汽量×i = 812.95×3217.8= 2615907.76 kJ所以Q1 = Q1 + Q1=183336702615907.76=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i=2794 kJ/kg，帶入計(jì)算Q3 = 補(bǔ)充蒸汽質(zhì)量×水蒸汽的焓值=（1229.16÷22.4×

35、18）×2794= 2759679.8 kJ合計(jì)：Q入= Q1 + Q2 + Q3=20949577.81579957.982759679.8=25289216 kJ帶出熱量Q出：a氣體帶出熱Q4：查得T2.入 、P1下CO、 H2、CO2、N2、CH4的定壓比熱容Cp（kJ/kg·），列于下表：組分COH2CO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）29.729.24443.529.6含量%12.00 47.28 23.43 0.34 16.95 Cpm = Yi*Cpi=32.84 kJ/(kmol.)查得T2.入 、P1下水蒸汽的焓值i= 2781 kJ/kg則

36、：干混合氣帶出熱為：Q4 =出第一低變一段干變換氣量×Cpm×T2.入 =1310.37×32.84×185= 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×i =5016.08×2781= 13949717.3 kJ所以 Q4 = Q4 + Q4=7962006.113949717.3=21911723 kJb熱損失Q損：通過(guò)熱平衡，Q入=Q出+Q損得：Q損 = Q入Q出 =2528921621911723= 3377492 kJ 3.4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

37、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)?301 出換熱器變換氣的溫度：T變出=165 入換熱器半水煤氣的溫度：T半入=115 出換熱器半水煤氣的溫度：T半出=240 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）29.58 3.00 51.52 15.59 0.31 0.00 100.00 含量%（濕）26.53 2.69 46.19 13.98 0.28 10.33 100.00 Nm39442.53 957.47 164

38、42.53 4975.00 100.00 3677.01 35594.54 kmol421.54 42.74 734.04 222.10 4.46 164.15 1589.04 kg18547.83 1196.83 1468.08 6218.75 71.43 2954.74 30457.67 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）9.20 32.40 37.80 19.90 0.40 0.30 0.00 100.00 含量%（濕）7.56 26.61 31.05 16.34 0.33 0.25 17.87 100

39、.00 Nm32300.00 8100.00 9450.00 4975.00 100.00 75.00 5438.98 30438.98 kmol102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 242.81 1358.88 kg4517.86 10125.00 843.75 6218.75 71.43 107.14 4370.61 26254.54 3.4.2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T1.入=201。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n1。

40、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 = Yi*Cpi計(jì)算得到T半入、T半出及T1.入下半水煤氣的Cp值分別為：Cp.半入=32.01 kJ/(kmol.)Cp.半出=32.35 kJ/(kmol.)Cp.1.入=32.22 kJ/(kmol.)根據(jù)熱平衡：(nn1)Cp.1T半入 + n1Cp.2 T半出 = nCp.3 T1.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：nn1= 425.16 kmol同理可求出進(jìn)換熱器的變換氣量為：1129.17 kmol

41、 走副線的變換氣量為： 459.87 kmol3.4.3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)/2下變換氣的Cp.m。組分COH2H2OCO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）3029.33845.747.529.8含量%2.69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Cpm = Yi*Cpi=34.69 kJ/(kmol.)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×Cp.m×(T變?nèi)隩變出) =1129.17

42、5;34.69×（301165）= 5327148.74 kJ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)/2下半水煤氣的Cp.m。組分COH2H2OCO2CH4N2O2Cp（kJ/kmol·）29.829.238.244.44529.530.9含量%26.61 31.05 17.87 7.56 0.33 16.34 0.25 Cpm = Yi*Cpi= 32.22 kJ/(kmol.)Q吸 =入換熱器半水煤氣量×Cp.m×(T半出T半入) =933.7

43、3×32.22×（240115）= 3760751.41 kJb 熱損失Q損：Q損 =Q入Q出= Q放Q吸= 5327148.743760751.41= 1566397.33 kJ3.5 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=205出水加熱器變換氣的溫度：T出=1183.5.2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Q1：參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入下濕變換氣

44、的比熱容Cp.m 組分COH2H2OCO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）29.829.238.244.445.229.7含量%2.69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Cpm = Yi*Cpi= 34.29 kJ/(kmol.)則Q1 = 入水加熱器變換氣的量×Cp.m ×T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入下濕變換氣的比熱容Cp.m 組分COH2H2

45、OCO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）29.529.138.841.939.429.5含量%2.69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Cpm = Yi*Cpi= 34.47 kJ/(kmol.)則Q2 = 出水加熱器變換氣的量×Cp.m ×T出 =1589.04×34.47×118= 6463873.2 kJ水加熱器中變換氣放出熱量Q= 11171101.626463873.2=4707228.4 kJ循環(huán)熱水吸收熱量Q水已知循環(huán)熱水量m= 55m³×957.86kg/m³=52682

46、.3 kg 熱水進(jìn)、出水加熱器溫度T1=101，T2=121對(duì)應(yīng)T1，T2下的水的焓值分別為i1=423.76 kJ/kg , i2=508.34 kJ/kg 則循環(huán)水吸收熱量Q+水= 循環(huán)水質(zhì)量×（i2i1）=52682.3×（121-101）= 4455868.9 kJ 設(shè)熱損失為Q損 Q損= Q一水加Q+水= 4707228.44455868.9=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：V

47、1=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 =5438.984567=871.98 Nm³（2）二段蒸汽添加量增濕器補(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=6242.234231.111011.67=1229.16 Nm³則外用蒸汽量為： V=V1+V2=871.98+1229.16=2101.14 Nm³ =2101.14&#

48、247;22.4=93.8 kmol =93.8×18=1688.42 kg3.7 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=118出塔變換氣溫度：T熱氣出=77入塔熱水溫度： T熱水入=66出塔熱水溫度： T熱水出=101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熱氣出下的飽和蒸汽壓為P水.熱氣出=0.041905 MPa則變換氣帶出蒸汽量為：G熱出 =0.041905×1424.

49、89÷(0.650.041905) =98.19 kmol塔內(nèi)蒸汽冷凝量為：n冷凝水 =入塔變換氣中蒸汽量G熱出 =164.1598.19=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）29.58 3.00 51.52 15.59 0.31 0.00 100.00 含量%（濕）27.68 2.81 48.19 14.58 0.29 6.45 100.00 Nm39442.53 957.47 16442.53 4975.00 100.00 2199.50 34117.03 Kmol421.54 42.74 734.04 222.10

50、4.46 98.19 1523.08 Kg18547.83 1196.83 1468.08 6218.75 71.43 1767.45 29270.38 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÷18=3055.56 kmol則有 入熱水塔水量為n熱。入= 循環(huán)水量飽和塔蒸發(fā)量外界補(bǔ)水量 =3055.56203.87333.33=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n飽，蒸=195.42 kmol3.7.3熱量衡算帶入熱量Q入：a氣體帶入熱Q1：參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熱氣入下干變換氣的比熱容組分COH2CO2CH4N2Cp（kJ/kmol·）29.529.242.440.629.5含量%3.00 51.52 29.58 0.31 15.59 Cpm = Yi*Cpi= 33.20 kJ/(kmol.)查資料此時(shí)蒸汽焓值為i汽入：2703