1、云南云天化國際化工股份有限公司I云峰分公司 E 驀足購也 VONNAH YUhlTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LT0 | VUW C 0 云南云天化國際化工有限公司 技術文件 云峰分公司 合成氨廠 1#變換生產裝置能量平衡測試報告 云南云天化國際化工股份有限公司I云峰分公司 E 驀足購也 VONNAH YUhlTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LT0 | VUW C 0 二0三年七月 云峰分公司 合成氨 1#變換生產裝置能量平衡測試方案 編寫者 審核者 批準者 試驗主要工作人員: I云峰分公司 VUN * EG e c

2、 YUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O 目錄 1 概述 . 1 1.1 企業主要生產工藝概況 . 1 1.2 測試目的 . 1 1.3 測試依據 . 1 1.4 測試范圍和內容 . 1 2.測試方法及測點布置 . 1 2.1 工藝流程簡圖 . 1 2.2 裝置能流簡圖 . 3 2.3 物料方法及測點 . 3 3 數據處理 . 3 3.1 飽和塔的物料及熱量衡算 . 3 3.1.1 已知條件 . 3 3.1.2 物料衡算 . 4 3.1.3 熱量衡算 . 5 3.2 變換爐物料及熱量計算 . 6 3.2.1 已知條件 . 6 3.2

3、.2 變換爐一段催化劑層物料及熱量衡算 . 7 3.2.3 變換爐二段催化劑床層物料及熱量衡算 . 11 3.3 增濕器的物料與熱量衡算 . 14 3.3.1 已知條件 . 14 3.3.2 物料衡算 . 14 3.3.3 熱量衡算 . 15 3.4 換熱器的物料及能量計算 . 16 3.4.1 已知條件 . 16 3.4.2 物料衡算 . 17 3.4.3 熱量衡算 . 18 3.5 水加熱器中變換氣放出熱量計算 . 19 3.5.1 已知條件 . 19 3.5.2 物料衡算 . 19 3.5.3 能量衡算 . 19 3.6 外用蒸汽量的計算 . 20 3.7 熱水塔的物料及熱量衡算 . 2

4、1 3.7.1 已知條件 . 21 3.7.2 物料衡算 . 21 3.7.3 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 c 3.8 冷凝器的物料及熱量衡算 . 23 3.8.1 已知條件 . 23 3.8.2 物料衡算 . 24 3.8.3 能量衡算 . 24 I云峰分公司 VUN * EG e c YUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O 3.9 冷卻塔的物料及熱量衡算 . 25 3.9.1 已知條件 . 25 3.9.2 物料衡算 . 25 3.9.3 能量衡算 . 25 4測試結果

5、及分析 . 26 4.1 飽和塔 . 26 4.2 變換爐 . 27 4.3 增濕器 . 28 4.4 換熱器 . 29 4.5 水加熱器 . 29 4.6 熱水塔 . 30 4.7 外用蒸汽量 . 31 4.8 冷凝器 . 31 4.9 冷卻塔 . 31 5.附表：原始數據記錄 . 32云南云天化 際化工股份有限公司 云南云天化國際化工股份有限公司I云峰分公司 VUNNAN UNTAMHUA INTERNATIONAL CHEMtCAL CO.LTD | VON * EHG C 0 1 1 .概述 1.1 企業主要生產工藝概況 云天化國際云峰分公司合成氨裝置始建于 1966 年，1971 年

6、 12 月建成投產。目前生產能力可達到年 產合成氨 10 萬噸。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#變換由中溫變換改全低， 2003 年 11 月硫回收開始起用離心機脫水 部分替代熔硫，2005 年 11 月硫回收用離心機脫水部分替代熔硫。 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

7、理半水煤氣量（干基） ：36000 Nm3/h。 1.2 測試目的 合成氨變換裝置物料、能量平衡測試主要是掌握合成氨生產時裝置內所消耗的物料和生產出的物料、 進入用能設備的能量，產品生產利用的能量、輸出的能量和損失的能量，以及在體系內物質化學反應放出 或吸收的熱量，要求得到數量上的平衡。 1.3 測試依據 1. 企業能量平衡通則 (GB/T3484-2009 ) 2. 綜合能耗計算通則 (GB/T2589 2008) 3. 2009 年 3 月 30 日云天化國際化工安全生產部下發關于進一步規范部分產量及消耗計算的通知 1.4 測試范圍和內容 對變換系統進行物料平衡測試， 定量分析蒸汽、脫鹽水

8、的消耗指標， 半水煤氣中 co 的變換率，各階段 變換氣的氣體組成；進行熱量平衡測試，對能量的輸入、轉換使用、回收利用、輸出和損失進行測試，定 量分析工序用能情況。 2.測試方法及測點布置 2.1 工藝流程簡圖 描述合成氨變換裝置主要工藝流程。 &云南云天化國際化工股份有限公司|云峰分公司 YUMTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO LTD | VUN 事 C 0 2 變換工藝流程簡圖如下&云南云天化國際化工股份有限公司|云峰分公司 YUMTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO LTD | VUN 事 C 0 3 *熱水

9、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 表示外來外來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 焦炭過濾器 云南云天化國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 0 4 22裝置能流簡圖 2.3 物料方法及測點 方法：通過 MES 進行溫度、壓力、流量等原始數據的采集工作，部分設備對應點找不到測點的，在現場通 過紅外測溫儀等進行數據采集，然后根據方案計算出裝置內各設備理論

10、數據，得到的理論結果和實際測點 結果比較，分析出結論。 測點：裝置上分布的各個熱電偶，壓力表，流量計等所在位置，分布于各設備的物料進出口。 3 .數據處理 3.1 飽和塔的物料及熱量衡算 3.1.1 已知條件 進塔半水煤氣溫度：T飽氣入=45.9 C# HfKlL | *: -f f _ikiOl | *赳|卓上僧爐吭 j IS陽 ft ； HK + Hh*JS3 合成氨廠脫硫、變換能源網絡圈 口| I弭掩 I抵禽林:% ;11* .好 I E 1 WWft506=27830040 kJ 合計：Q 入=Q1 + Q2=1556955.72 + 27830040=29386996 kJ 帶出熱量

11、 Q出： a. 氣體帶出熱 Q3： 同上計算 T飽氣出下干半水煤氣的 Cp.m = 30.54 kJ/(kmol G), 查資料此時蒸汽焓值為 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3442563 kJ 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 kJ b. 水帶出熱 Q4： 查資料 T飽水出G下水的焓值為 i水出=280.97 kJ/kg Q4 =m7Ki水出=(m飽水入 一 m氣

12、.帶)i水出=(3055.56 一 203.87) 18X280.97=14422308 kJ C.熱損失 Q5： 合計：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 c 9 3.2 變換爐物料及熱量計算 3.2.1 已知條件 (1)計算基準：1 噸氨 10 生產能力：10 萬噸/年 生產制度：330 天/年(24 小時工作制) 生產能力：100000/( 330X24) =12.626 (

13、t/h) 取每噸氨耗用半水煤氣 3150Nm3，則： 每小時的半水煤氣用量為： 3150X12.626=39772.73 Nm3/h (2)進系統前初始半水煤氣的組成(干) ：體積% 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 測試值 9.2 32.4 37.8 19.9 0.4 0.3 100% g.進系統前初始(干)半水煤氣計算匯總如下: 、名稱 測試值 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 含量% 9.2 32.4 37.8 19.9 0.4 0.3 100 Nm3 2300 8100 9450 4975 100 75 25000 kmol 102.68 361.61 4

14、21.88 222.10 4.46 3.35 1116.07 kg 4517.86 10125.00 843.75 6218.75 71.43 107.14 21883.93 (3) 壓力： 進系統前半水煤氣壓力為： P1 =0.652 MPa(表) 進系統前蒸汽壓力為：P2= 0.73 MPa(表) (4) CO 含量： 出系統變換氣(干)中 CO 含量為：2.83.2% (5) 溫度： 進變換爐一段半水煤氣溫度： T1.入=203.7 C 出變換爐一段變換氣溫度： T1.出=405.5 C 進變換爐二段變換氣溫度： T2.入=184.5 C 出變換爐二段變換氣溫度： T2.出=298.3

15、C 3.2.2 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 CHEMICAL CD LTD I云峰分公司 V UN F C J*G C 0 11 入爐蒸汽比(汽：氣)的計算： 由分析知變換爐一段出口 CO 含量為 12%，且氧在此段內與氫完全反應生成水，則： 實際參加 CO 變換反應的半水煤氣量為： V實=V 3VO2 Nm3 =進系統前的干半水煤氣量一 3 洶系統前的干半水煤氣中 。2的體積 3 =25000-3 5=24775 Nm 設一段轉化率為 X-則 干變換氣量為： V變=V實 + V實 xyco XXi

16、 =24775+8100 Nm 式中：yco 實際參加 co 變換反應的半水煤氣中 co 的含量，體積% y o出變換爐變換氣中 CO 的含量，體積% yco =進系統前的干半水煤氣量 X進系統前的干半水煤氣中的 CO%/實際參加 CO 變換反應的半水煤氣 量 系統 CO 一段反應量為： CO=V實勺coXi=8100 Xi Nm3 則有 12%= 一段出口 CO 量我/變 =8100 ( 1-X1)+(24775+8100XXJ X1= 56.51% 則 CO = 8100 6.51%= 4577.31 Nm 3 一段出口變換氣中 CO 量為：V 實 Xyco X(1 X1 ) = 8100

17、 (1 0.5651) =3522.69 Nm 取變換爐一段反應平衡溫度為 T1均=328 C，由小合成氨廠工藝技術與設計手冊 P413 中表 4-2-6 查 得 T1.均時的 Kp=26.78。將查得 Kp代入下式即可求出 b。 PCO2 PH2 c CO1 d CO1 -2 O2 Kp = Pco PH20 (a也CO1 jjbACOi +2疋02 ) 將 a、c、d、?CO1、Kp代入上式中，求得 b=5438.98 Nm3。 解得 E葬lENKil YUNTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO. LTD I VUW 事 Ef*G 12 則得到一段(汽：氣)為

18、： b/25000=5438.98 吃 5000=0.21756 入爐蒸汽量為：進系統前的干半水煤氣量 % Nm3 入變換爐一段半水煤氣計算匯總如下:=進系統前的干半水煤氣量 D%/22.4 kmol =(進系統前的干半水煤氣量 D%/22.4) 18 kg I云峰分公司 V UN E G C C 云南云天化國際化工股份有限公司 YUNNAH YUNnAhlUA INTERNATIONAL CHf-MJCAL OO. LTD 13 EXIEKU 名稱 測試值 C02 CO H2 N2 CH4 02 H20 合計 含量% （干） 9.20 32.40 37.80 19.90 0.40 0.30

19、0.00 100 含量% （濕） 7.56 26.61 31.05 16.34 0.33 0.25 17.87 100 Nm3 2300 8100 9450 4975 100 75 5438.98 30438.98 kmol 102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 242.81 1358.88 kg 4517.86 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算： 變換爐一段中主要發生 CO 的變換反應和 02的燃燒反應，反應式如下: CO H20； C02 H2 2H2

20、02-； 2H2O 經過此段反應后混合氣中各組成的量為： CO: 進系統前干半水煤氣中 C0 的量-變換爐一段 C0 總反應量 C02： 進系統前干半水煤氣中 C02的量+變換爐一段 C0 總反應量 H2 : 進系統前干半水煤氣中 H2的量+變換爐一段 C0 總反應量一進系統前干半水煤氣中 02的量X2 H20:入變換爐一段濕半水煤氣中 H20 的量一變換爐一段 C0 總反應量+進系統前干半水煤氣中 02的量X2 02 : 0 N2和 CH4量不變，等于入口量。 出變換爐一段混合氣計算匯總如下: 名稱 測試值、 C02 CO H2 N2 CH4 H20 合計 含量% （干） 23.43 12.

21、00 47.28 16.95 0.34 0 100 含量% （濕） 22.65 11.60 45.70 16.38 0.33 3.33 100 Nm3 6877.31 3522.69 13877.31 4975 100 1011.67 30363.98 kmol 307.02 157.26 619.52 222.10 4.46 45.16 1355.53 kg 13509.00 4403.36 1239.05 6218.75 71.43 812.95 26254.54 熱量衡算： 已知變換爐一段進口半水煤氣溫度為 Ti.入=203.7C,變換爐一段出口變換氣溫度取 Ti.出=405.5 C,則

22、反 云南云天化國際化工股份有限公司I云峰分公司 EXIKRim YUNTtANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LTD VUN * E J* G C 0 14 應平均溫度為：（Ti.入+ Ti.出）/2 C =304.6 C A .帶入熱量 Q入: a. CO 變換反應放熱 Qi： 通過反應式：co+ H2O=CO2+ H2 由小合成氨廠工藝技術與設計手冊 P393P407 中表 4-2-i表 4-2-4 ,查得反應平均溫度（.入+.出）/2 C 時的各物質生成焓： HH2 : 8127 kJ/kmol HCO : -102405 kJ/kmol HCO2 : -38

23、1949 kJ/kmol HH2O : -232330 kJ/kmol 單位反應熱為： ？H= (H CO2 + HH2 ) (HCO + HH2O) = (- 381949+8127 ) (- 102405- 232330) =-39087 kJ/kmol 變換爐一段 CO 反應量？CO=361.61 - 157.26=204.34 kmol CO 變換總反應放熱為： Qi=?HX變換爐一段 CO 反應量 =-39087 204.34= - 7987201.6 kJ b. O2的燃燒放熱 Q2： 通過反應式：O2+ 2H2 = 2H2O 其中 HO2: 8516 kJ/kmol 單位燃燒熱為

24、：？H =2HH2O - (HO2+2HH2) =-2 X232330-( 8516+2 127) = - 489430 kJ/kmol O2的燃燒放熱為：Q2=?HX進系統前干半水煤氣中 O2的量=-489430X3.35= - 1638716.5kJ 合計：Q 入=Q 計 Q2=7987201.6 + 1638716.5=9625918.1 kJ B .帶出熱量 Q出: a.氣體溫升吸熱 Q3： 查小合成氨廠工藝設計與技術手冊 P429P435 圖表，可得 T=301.4 C與 0.65MPa 下各組分的比熱容 Cp 見下表: 組分 CO H2 H2O CO2 CH4 N2 I云峰分公司

25、V UI4 * E G C C 15 YUNNAN UNT INTERNA! ION AL CHflMlCAL CD. LT D Cp (kJ/kmol G) 30.3 29.3 37.9 46.7 50.2 29.9 含量% 11.60 45.70 3.33 22.65 0.33 16.38 Cp.m =刀 Yi gpi= 33.81 kJ/(kmol G) 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 = T 1.出T1. 入=201.8 G Q3 =出變換爐一段濕混合氣的量 XCp.m X ?T=1355.53 X 33.81 X

26、 201.8= 9248817.076 b.設熱損失為 Q4 : 合計：Q出=Q3+Q4 根據熱平衡：Q入=Q出 則可得出熱損失為： Q4=Q1 + Q2 Q3 = 9625918.1 9248817.076= 377101.05 kJ 3.2.3 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 CO 平衡變換率 X2 CO二段變換率為：x 2二區 yco )10 100% (10yCo,)yCo, =(0.12-0.03) 10X K100+0.03) 0.X2 =74.98% 取二段反應平衡溫

27、度為 292 G。查表得二段反應化學平衡常數 Kp2=44.1 帶入下式由 Kp2值可求出 b 值 / PCO2 PH2 (c+aX2)(d+aX2) Kp2 二 Pco PH2O (a aX2 lb aX2 ) 云南云天化 際化工股份有限公司 & 云南云天化國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 C 16 求得 b= 6242.23 Nm3 則得到二段(汽：氣)為： b/25000=6242.23 吃 9352.31=0.2126658& 云南云天化國際化工

28、股份有限公司I云峰分公司 直VUNNAH VUMTtAhlHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CD.LTD | *tl料 F E C C 17 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算匯總如下: 、名稱 測試值 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 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 17.5

29、4 100 Nm3 6877.31 3522.69 13877.31 4975 100 6242.23 35594.54 kmol 307.02 157.26 619.52 222.10 4.46 278.67 1589.04 kg 13509.00 4403.36 1239.05 6218.75 71.43 5016.08 30457.67 出變換爐二段混合氣的計算： 變換爐二段 CO 反應量為： ?C02 =入變換爐二段濕混合氣中 C6X2 3 = 3005.91 74.98%=2565.22 Nm =114.52 kmol 經過第二段反應后混合氣中各組成的量為： O2 : 0 N2和 C

30、H4量不變，等于入口量。 出變換爐二段混合氣計算匯總如下: 名稱 測試值、 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 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 CO:入變換爐二段濕混合氣中 CO 的量一變換爐二段 CO 總反應量 CO2 :入變換爐二段濕混合氣中 CO2的量+變換爐二段 CO 總反應量 H2 : 入變換H2的量+變換爐二段 CO 總反應量 H2O:入變換爐二段濕混合氣中 H2O 的量變18 已知變換爐二段進口變換氣溫度為 T2入

31、=185 C,變換爐二段出口變換氣溫度為 T2.出=301 C，反應平均 溫度為（T2.入 + T2.出）/2= 243 C 帶入熱量 Q入： CO 變換反應放熱 Qi： 反應式：CO+H 2O=CO2+H 2 由小合成氨廠工藝技術與設計手冊 P393P407 中表 4-2-1表 4-2-4，查得（T2.入+ T2.出）/2 C時的各物質 生成焓： HH2 : 6372 kJ/kmol HCO : 104218 kJ/kmol HCO2 : 384700 kJ/kmol HH2O : 234494 kJ/kmol 單位反應熱 ？ H= (H CO2+H H2 ) (HCO+HH2O) =(38

32、4700+6372) ( 104218 234494) = 39616 kJ/kmol 總反應放熱 Q1=?HX變換爐二段 CO 總反應量 CO = 39616 114.52=4536779.9 kJ 合計：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與設計手冊中 P429P435，查表可得（T?入 + T2.出）/2 c下各物質的 Cp : 組分 CO H2 H2O CO2 CH4 N2 Cp (kJ/kmol C) 29.9 29.3 35.6 45 47.7 29.6 含量% 2.

33、69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Nm3 9442.53 957.47 16442.53 4975.00 100.00 3677.01 35594.54 kmol 421.54 42.74 734.04 222.10 4.46 164.15 1589.04 kg 18547.83 1196.83 1468.08 6218.75 71.43 2954.74 30457.67 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F+ YUNTIANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO.LTD

34、 B .熱量衡算: Cpm = EYi pi=34.23 kJ/(kmol. C) I云峰分公司 VUN * EG e c 19 YUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O ?T= T2.出一 T2入=116 C Q2 =出二段濕混合氣的量 CpmX ?T =1589.04 X 34.23 X423BI401.8 kJ b.熱損失 Q3 : 合計：Q出=Q2 + Q 3 根據熱平衡：Q入=Q出 則熱損失 Q3 = Qi-Q2= 305378.1 kJ 3.3 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，

35、是用來自脫鹽水罐的脫鹽水噴淋，將變換爐一段出口變換氣降溫 ，同時向變換氣中補加二段反應所需的蒸汽。 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=185 3.3.2 物料衡算 進項；： 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 Nm3 c. 補充蒸汽量=6242.23 4001.40 10

36、11.67=1229.16 Nm3 出項：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 & 云南云天化國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 0 3.3.3 熱量衡算 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/kg C).，列于下表: 組分 CO H2 CO2 CH4 N2 Cp ( kJ/kmol C) 31 29.4 49.1 56.6 30.6

37、含量% 12.00 47.28 23.43 0.34 16.95 Cpm = EYi Epi =34.50 kJ/(kmol. C ) 查得 T1.出C、卩汗水蒸汽的焓值 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 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 kJ b.噴淋冷凝水帶入熱 Q2： 查得 T脫鹽水1

38、、P脫鹽水1下水的焓值 i=491.37kJ/kg，帶入計算 Q2 =噴淋水質量 水的焓值=3.4 945.71 491.37=1579957.98 kJ C.補充蒸汽帶入熱 Q3： 查得 T蒸汽 1、P蒸汽 1下水蒸汽的焓值 i=2794 kJ/kg，帶入計算 Q3 =補充蒸汽質量 X水蒸汽的焓值 =(1229.16 22.4 18) 2794= 2759679.8 kJ 合計：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

39、、N2、CH4的定壓比熱容 Cp ( kJ/kg C),列于下表: 組分 CO H2 CO2 CH4 N2 Cp ( kJ/kmol ) 29.7 29.2 44 43.5 29.6 21 &云南云天化 漳皚輕 VUNNAN YUhinANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO XTD 含量% 12.00 47.28 23.43 0.34 16.95 Cpm =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

40、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 kJ b.熱損失 Q損： 通過熱平衡，Q入=Q出+Q損 得：Q 損=Q 入一 Q 出=25289216 21911723= 3377492 kJ 3.4 換熱器的物料及能量計算 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行換熱的設備，在換 熱過程中換熱介質的物質組成不變。 已知：入換熱器變換氣

41、的溫度： T變入=301 C 出換熱器變換氣的溫度： T變出=165 C 入換熱器半水煤氣的溫度： T半入=115 C 出換熱器半水煤氣的溫度： T半出=240 C 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 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 測試值 含量% （干） 29.58 3.00 51.52 15.59 0.31 0.00 100.00 際化工股份有限公司I云峰分公司 V o N r E M G C 0 22 含量% （濕） 26.53 2.69 46.19 13.98 0.28 10.33 100.00 入、出換熱器半水煤氣的組成： (同入變

42、換爐一段半水煤氣組成) 名稱 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合計 測試值 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 17.87 100.00 Nm3 2300.00 8100.00 9450.00 4975.00 100.00 75.00 5438.98 30438.98 kmol 102.68 361.61 421.88 222.10 4.46 3.35 242.81 1358.88 kg 4517.86 10125.00 843

43、.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入換熱器進行換熱升溫，升溫后與未進行換熱的部分混合進入變換爐一 段，已知入變換爐一段的混合氣的溫度為 Ti.入=201 C。設出飽和塔半水煤氣的總量為 n,進入換熱器的半水 煤氣量為 參考小合成氨廠工藝技術與設計手冊中 P429P435，查表得出各物質對應溫度下的 Cp,由 Cpm =刀 Yi*Cpi 計算得到 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/(kmol.

44、 C) Cp.1.入=32.22 kJ/(kmol. C ) 根據熱平衡：(n - n 1)Cp.1T半入+ n Qp.2 T半出=nCp.3 T1.入 已知 n=1358.88 kmol 帶入數據求得進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 同理可求出進換熱器的變換氣量為： 1129.17 kmol Nm3 9442.53 957.47 16442.53 4975.00 100.00 3677.01 35594.54 kmol 421.54 42.74 734.04 222.10 4.46 164.15 1589

45、.04 kg 18547.83 1196.83 1468.08 6218.75 71.43 2954.74 30457.67 云南云天化國際化工股份有限公司 VUNNAH VUNTtANHUA INTERNATIONAL CMt MlCAL CO.LTD |云峰分公司 V UN e 0 23 走副線的變換氣量為： 459.87 kmol24 臼訊和 UATEFt 忖點 料禹 L 匸島 L CO.-LTD V Lt N F E G C 0 3.4.3 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與設計手冊中 P429P435,查表得出各物質對應溫度壓力下的 Cp，計算

46、（T變入+T變出）/2 C下變換氣的 Cp.m。 組分 CO H2 H2O CO2 CH4 N2 Cp (kJ/kmol C) 30 29.3 38 45.7 47.5 29.8 含量% 2.69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Cpm =刀 Yi*Cpi=34.69 kJ/（kmol. C ） 則換熱器內變換氣放出的熱量為 Q放=入換熱器變換氣量 XCp.m XT變入一 T變出） =1129.17 34.69 （ 301 - 165） = 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與設計手冊中 P429P435，

47、查表得出各物質對應溫度壓力下的 Cp，計算（T半入 +T半出）/2 C下半水煤氣的 Cp.m。 組分 CO H2 H2O CO2 CH4 N2 O2 Cp (kJ/kmol C) 29.8 29.2 38.2 44.4 45 29.5 30.9 含量% 26.61 31.05 17.87 7.56 0.33 16.34 0.25 Cpm = 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 kJ b.熱損失 Q損： Q 損=Q 入一 Q 出=Q 放一 Q 吸

48、=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 V if N F EG C 0 3.5 水加熱器中變換氣放出熱量計算 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 C 出水加熱器變換氣的溫度： T出=118 C 3.5.2 物料衡算 進水加熱器水量與出水加熱器水量相同。 3.5.3

49、 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與設計手冊 中 P429P435,查表得出各物質對應溫度壓力下的 Cp，計算出 T入C 下濕變換氣的比熱容 Cp.m 組分 CO H2 H2O CO2 CH4 N2 Cp (kJ/kmol C) 29.8 29.2 38.2 44.4 45.2 29.7 含量% 2.69 46.19 10.33 26.53 0.28 13.98 Cpm =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

50、 Q出： 變換氣帶出熱 Q2： 參考小合成氨廠工藝技術與設計手冊 中 P429P435,查表得出各物質對應溫度壓力下的 Cp，計算出 T入C 下濕變換氣的比熱容 Cp.m 組分 CO H2 H2O CO2 CH4 N2 Cp (kJ/kmol C) 29.5 29.1 38.8 41.9 39.4 29.5 I云峰分公司 UN * EMG 0 UIE _ 26 云南云天化國際化工股份有限公司 YUlNAH YUNT1AMHUA +NTERNAT*OHAL CHtMtCAL CO. LTD 含量 % 2.69 I 46.19 I 10.33 26.53 0.28 I 13.98 Cpm =刀 Y

51、i*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= 6463873.2 kJ 水加熱器中變換氣放出熱量 Q= 11171101.62 6463873.2=4707228.4 kJ 循環熱水吸收熱量 Q水 已知循環熱水量 m= 55m3X957.86kg/m3=52682.3 kg 熱水進、出水加熱器溫度 T1=101 C, T2=121 C 對應 T1, T2下的水的焓值分別為 i1=423.76 kJ/kg , i 2=508.34 kJ/kg 則循環水吸收熱量 Q+水二 循環水質量 X( i2 i1

52、)=52682.3 X( 121-101) = 4455868.9 kJ 設熱損失為 Q損 Q 損=Q -水加Q+水=4707228.4 4455868.9=251359.48 kJ 3.6 外用蒸汽量的計算 (1) 一段添加蒸汽量 一段進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 所以半水煤氣進入一段之前添加蒸汽量為： V1=一段進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 增濕器補充蒸汽量為： 3.4m3=4001.40 Nm3 二段入口變換氣中蒸汽量為： 6

53、242.23 Nm3 一段出口變換氣中蒸汽量為： 1011.67 Nm3 二段外用蒸汽量為 V 2=二段入口變換氣中蒸汽量-增濕器補充蒸汽量-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 V 2=871.98+1229.16=2101.14 Nm3 I云峰分公司 UN * EMG 0 UIE _ 27 =2101.14 22.4=93.8 kmol I云峰分公司 VUN 杭ENG CO YUNNAN YUHTIAMHUA +NTERN AHON AL CHt MFCAL CD.,LT D 28 3.7 熱水塔的物

54、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=77 C 入塔熱水溫度： T熱水入=66 C 出塔熱水溫度： T熱水出=101 C 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 塔內蒸汽冷凝量的計算： 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 塔內蒸汽冷凝量為：n冷凝水

55、=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 測試值 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量% （干） 29.58 3.00 51.52 15.59 0.31 0.00 100.00 云南云天化 際化工股份有限公司 =93.8 18=1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 CO YUNNAN YUHTIAMHUA +NTERN AHON AL CHt MFCAL CD.,LT D 29 含量% （濕） 27.68 2.81 48.19 14.58

56、0.29 6.45 100.00 Nm3 9442.53 957.47 16442.53 4975.00 100.00 2199.50 34117.03 Kmol 421.54 42.74 734.04 222.10 4.46 98.19 1523.08 I云峰分公司 V UN f E G e c 30 云南云天化國際化工股份有限公司 YUNNAH VUNTfANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL CO. LlD Kg 18547.83 1196.83 1468.08 6218.75 71.43 1767.45 29270.38 塔頂進水量的計算： 已知外界補水量為 n補水=

57、6000kg+18=333.33 kmol 飽和塔蒸發量為 n飽。蒸=203.87 kmol 循環水量為 n循環=55000+18=3055.56 kmol 則有 入熱水塔水量為 r。入=循環水量-飽和塔蒸發量+外界補水量 =3055.56 - 203.87 + 333.33=3185.02 kmol 出熱水塔水量為 n熱。出=飽和塔蒸發量 n循環=3055.56 kmol 排污水量 n排污=n補水+ n冷凝水一 n飽，蒸 =195.42 kmol 373 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與設計手冊中 P429P435，查表得出各物質對應溫度壓力下

58、的 Cp 值，計算 T熱 氣入C下干變換氣的比熱容 組分 CO H2 CO2 CH4 N2 Cp (kJ/kmol C) 29.5 29.2 42.4 40.6 29.5 含量% 3.00 51.52 29.58 0.31 15.59 Cpm =刀 Yi*Cpi= 33.20 kJ/(kmol. C ) 查資料此時蒸汽焓值為 i汽入:2703 kJ/kg 則干變換氣帶入熱為： Q1=熱氣 Cp.m T熱氣入 =1424.89 33.20 *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 +

59、 Q =7986661+5547265.仁 13533926.8 kJ b. 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) 18 293.53=15066995 kJ I云峰分公司 VUN * EG e c YUNNAN YUNYrAMHUA +NTEPTNAT*ONAL CHEMICAL OD.,L1 O 31 C.補充脫鹽水帶入熱 Q3： 測得補充脫鹽水溫度為 T補水=120 C,查得此溫度水的焓值為 i補水=504.09 kJ/kg 則 Q3= n 補水 M 水 i 補水

60、=333.33 氷 8 X504.09= 3024540 kJ 合計：Q 入=Q! + Q2+Q3=13533926.8 + 15066995 + 3024540=31625462 kJ 帶出熱量 Q出: a. 氣體帶出熱 Q4： 同上計算 T熱氣出C下干變換氣的比熱容為 Cp.m =32.67 kJ/(kmolC),查資料此時蒸汽焓值為 i汽出=2638 kJ/kg 則干變換氣帶出熱為：Q4=熱氣Cp.m 熱氣出 =1424.89 32.67 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 18 32638= 4662545.12 kJ Q4= Q4+ Q4 =82246568 kJ b. 水帶出熱 Q5： 查資料