1#变换装置能量测试报告20130801

1、云南云天化国际化工有限公司技术文件云峰分公司合成氨厂 1#变换生产装置能量平衡测试报告二一三年七月云峰分公司合成氨 1#变换生产装置能量平衡测试方案编写者：审核者：批准者：试验主要工作人员：目录1概述 .1 1.1 企业主要生产工艺概况 .1 1.2 测试目的 .1 1.3 测试依据 .1 1.4 测试范围和内容 .1 2. 测试方法及测点布置 .1 2.1 工艺流程简图 .1 2.2 装置能流简图 .3 2.3 物料方法及测点 .3 3数据处理 .3 3.1 饱和塔的物料及热量衡算 .3 3.1.1 已知条件 .3 3.1.2 物料衡算 .4 3.1.3 热量衡算 .5 3.2 变换炉物料及

2、热量计算 .6 3.2.1 已知条件 .6 3.2.2 变换炉一段催化剂层物料及热量衡算 .7 3.2.3 变换炉二段催化剂床层物料及热量衡算 . 11 3.3 增湿器的物料与热量衡算 .14 3.3.1 已知条件 .14 3.3.2 物料衡算 .14 3.3.3 热量衡算 .15 3.4 换热器的物料及能量计算 .16 3.4.1 已知条件 .16 3.4.2 物料衡算 .17 3.4.3 热量衡算 .18 3.5 水加热器中变换气放出热量计算 .19 3.5.1 已知条件 .19 3.5.2 物料衡算 .19 3.5.3 能量衡算 .19 3.6 外用蒸汽量的计算 .20 3.7 热水塔的

3、物料及热量衡算 .21 3.7.1 已知条件 .21 3.7.2 物料衡算 .21 3.7.3 热量衡算 .22 3.8 冷凝器的物料及热量衡算 .23 3.8.1 已知条件 .23 3.8.2 物料衡算 .24 3.8.3 能量衡算 .24 3.9 冷却塔的物料及热量衡算 .25 3.9.1 已知条件 .25 3.9.2 物料衡算 .25 3.9.3 能量衡算 .25 4.测试结果及分析 .26 4.1 饱和塔 .26 4.2 变换炉 .27 4.3 增湿器 .28 4.4 换热器 .29 4.5 水加热器 .29 4.6 热水塔 .30 4.7 外用蒸汽量 .31 4.8 冷凝器 .31

4、4.9 冷却塔 .31 5.附表：原始数据记录 .32 :36000Nm3/h，2变换处理半水煤气量（干基）企业能量平衡通则综合能耗计算通则定量分析蒸汽、 脱盐水的消耗指标， 半水煤气:36000Nm3/h，2变换处理半水煤气量（干基）企业能量平衡通则综合能耗计算通则定量分析蒸汽、 脱盐水的消耗指标， 半水煤气中 CO的变换率， 各阶段：36000 Nm3/h。（GB/T3484-2009）（GB/T25892008）1.1 企业主要生产工艺概况云天化国际云峰分公司合成氨装置始建于 1966 年， 1971 年 12 月建成投产。目前生产能力可达到年产合成氨 10 万吨。 2005年 5 月泡

5、沫除尘器改二次洗涤塔， 2005年 11月气柜出口增加电捕焦油器， 2004年 8月半脱有 ADA 脱硫改栲胶脱硫， 2005年 11月半脱由高塔再生改喷射氧化再生， 2003年 11月 1#变换由中温变换改全低变， 2005 年 11 月 2#变换由中温变换改全低， 2003年 11月硫回收开始起用离心机脱水部分替代熔硫， 2005年 11月硫回收用离心机脱水部分替代熔硫。 其中：半水煤气脱硫 6.3tNH3/h 平均塔；1变换处理半水煤气量1.2 测试目的合成氨变换装置物料、能量平衡测试主要是掌握合成氨生产时装置内所消耗的物料和生产出的物料、进入用能设备的能量，产品生产利用的能量、输出的能

6、量和损失的能量，以及在体系内物质化学反应放出或吸收的热量，要求得到数量上的平衡。1.3 测试依据1.2.3. 2009年 3月 30 日云天化国际化工安全生产部下发关于进一步规范部分产量及消耗计算的通知1.4 测试范围和内容对变换系统进行物料平衡测试，变换气的气体组成；进行热量平衡测试，对能量的输入、转换使用、回收利用、输出和损失进行测试，定量分析工序用能情况。2. 测试方法及测点布置2.1 工艺流程简图描述合成氨变换装置主要工艺流程。变换工艺流程简图如下1表示半水煤气及变换气备注：表示半水煤气及变换气表示脱盐水、冷却水、软水表示外来外来蒸汽2T饱气入=45.9 T饱气入=45.9 2.3物料

7、方法及测点方法：通过MES进行温度、压力、流量等原始数据的采集工作，部分设备对应点找不到测点的，在现场通过红外测温仪等进行数据采集，然后根据方案计算出装置内各设备理论数据，得到的理论结果和实际测点结果比较，分析出结论。测点： 装置上分布的各个热电偶，压力表，流量计等所在位置，分布于各设备的物料进出口。3数据处理3.1饱和塔的物料及热量衡算3.1.1已知条件进塔半水煤气温度：3T饱气出=101 T饱水入=120.5 T饱水出=66.7 P饱气入=0.651 Mpa n饱气=95%，T饱气出=101时的饱和蒸汽压为G出：体积 % CO29.2 =半水煤气量 半水煤气中 CO2%（由化验分析测试得到

8、）的气体摩尔数 = CO2的体积/22.4 的质量= CO2的摩尔数 44 的体积=半水煤气量 半水煤气中T饱气出=101 T饱水入=120.5 T饱水出=66.7 P饱气入=0.651 Mpa n饱气=95%，T饱气出=101时的饱和蒸汽压为G出：体积 % CO29.2 =半水煤气量 半水煤气中 CO2%（由化验分析测试得到）的气体摩尔数 = CO2的体积/22.4 的质量= CO2的摩尔数 44 的体积=半水煤气量 半水煤气中 H2% = H 的体积/22.4 = H2的摩尔数 2 的体积=半水煤气量 半水煤气中 N2% = N 的体积/22.4 = N2的摩尔数 28 =半水煤气量 半水

9、煤气中 CH4% 的摩尔数 = CH /22.4 的质量= CH 的摩尔数 16 的体积=半水煤气量 半水煤气中 O2% =O2的体积 /22.4 = 1116.07P水.饱气出P饱气入 P水.饱气出CO 32.4 224的体积4kmol 入饱和塔的半水煤气组成即入变=0.10499MPa n饱气H237.8 =203.87kmol N219.9 CH40.4 O20.3 合计100% 进塔热水温度：出塔热水温度：进塔半水煤气压力：进塔干半水煤气量等于出塔干半水煤气量：换炉一段的干半水煤气组成。3.1.2物料衡算取饱和塔出口半水煤气中蒸汽的饱和度为P水.饱气出则出饱和塔半水煤气中带出的蒸汽量为

10、：饱和塔入口半水煤气的组成（干）组分测试值aCO2的体积CO2CO2bCO 的体积 =半水煤气量 半水煤气中 CO% CO 的摩尔数 =CO 的体积 /22.4 CO 的质量 =CO 的摩尔数 28 cH2H2的摩尔数H2的质量dN2N2的摩尔数N2的质量eCH4的体积CH4CH4fO2O2的摩尔数4=O2的摩尔数 32 CO2 9.2 2300 102.68 4517.86 CO2 32.4 100 27.4 2300 203.87 361.61 4517.86 n饱入水P429P435图表，可得 T饱气与0.65MPa下各组分的比热容 Cp CO 29.5 32.40 CO 32.4 81

11、00 361.61 10125.00 CO 37.8 32.0 8100 421.88 10125.00 = n循环水=3055.56 kmol H229.3 37.80 H2 37.8 9450 421.88 843.75 H2 19.9 16.8 9450 222.10 843.75 H2O 38.8 0.00 N2 19.9 4975 222.10 6218.75 N2 0.4 0.3 4975 4.46 6218.75 CO239.7 9.20 CH4 0.4 100 4.46 71.43 CH4 0.3 0.3 100 3.35 71.43 CH436.8 0.40 =O2的摩尔数

12、32 CO2 9.2 2300 102.68 4517.86 CO2 32.4 100 27.4 2300 203.87 361.61 4517.86 n饱入水P429P435图表，可得 T饱气与0.65MPa下各组分的比热容 Cp CO 29.5 32.40 CO 32.4 8100 361.61 10125.00 CO 37.8 32.0 8100 421.88 10125.00 = n循环水=3055.56 kmol H229.3 37.80 H2 37.8 9450 421.88 843.75 H2 19.9 16.8 9450 222.10 843.75 H2O 38.8 0.00

13、N2 19.9 4975 222.10 6218.75 N2 0.4 0.3 4975 4.46 6218.75 CO239.7 9.20 CH4 0.4 100 4.46 71.43 CH4 0.3 0.3 100 3.35 71.43 CH436.8 0.40 O2 0.3 75 3.35 107.14 O2 0 15.4 75 1319.94 107.14 N229.5 19.90 合计100 25000 1116.07 21883.93 H2O 100 4567 3669.74 O229.8 0.30 合计29567 25553.67 g进系统前初始（干）半水煤气计算汇总如下：名称测试

14、值含量% Nm3 kmol kg 出饱和塔半水煤气组成：名称测试值含量%（干） 9.2 含量%（湿）7.8 Nm3 kmol 102.68 kg 已知入饱和塔水量为：3.1.3热量衡算带入热量 Q入：a气体带入热 Q1：查小合成氨厂工艺设计与技术手册组分Cp（kJ/kmol ）含量% 5Q1入= Q1 + Q2=1556955.7230.54 kJ/(kmol )，i汽出：= 2677 kJ/kg Q3 = nkJ Q3 + Q =34425639823894=13266457 kJ kJ/kg 982389414422308= 5140794 kJ = n饱气Cp.m饱气出= m水i汽出3饱

15、气Cp.m TQ1入= Q1 + Q2=1556955.7230.54 kJ/(kmol )，i汽出：= 2677 kJ/kg Q3 = nkJ Q3 + Q =34425639823894=13266457 kJ kJ/kg 982389414422308= 5140794 kJ = n饱气Cp.m饱气出= m水i汽出3饱气Cp.m T饱气入则干半水煤气带入热为：=1116.07 30.39 45.9= 1556955.72 kJ b水带入热 Q2：查资料T饱水入= 120.5下水的焓值为 i水入：= 506 kJ/kg 则Q2 =n饱入水M水i水入=3055.56 18506=278300

16、40 kJ 合计：Q 27830040=29386996 kJ 带出热量 Q出：a气体带出热 Q3：同上计算 T饱气出下干半水煤气的 Cp.m：= 查资料此时蒸汽焓值为则干半水煤气带入热为：=1116.07 30.54 101=3442563 半水煤气中的水蒸汽带入热为：=3669.742677= 9823894 kJ 所以Q3 = Q3b水带出热 Q4：查资料 T饱水出下水的焓值为 i水出= 280.97 Q4 =m水i水出=（m饱水入m气.带）i水出=（3055.56203.87）18280.97=14422308 kJ c热损失 Q5：合计：Q出= Q3 + Q4 + Q5 由热平衡：

17、Q入 = Q出求得热损失 Q5= Q1 + Q2Q3Q4 =29386996 3.2变换炉物料及热量计算3.2.1已知条件（1）计算基准： 1吨氨63150Nm3，则：315012.626=39772.73 Nm：体积 % CO29.2 CO2 9.2 2300 102.68 4517.86 P1 =0.652P2= 0.73CO含量为： 2.83.2% T1.入=203.7T1.出=405.5T2.入=184.5T2.出=298.33CO 32.4 CO 32.4 8100 361.61 10125.00 MPa(表) MPa(表) /h H237.8 H2 37.8 9450 421.88

18、 843.75 N219.9 N2 19.9 4975 222.10 6218.75 CH40.4 CH4 0.4 100 4.46 71.43 O20.3 O2 0.3 3150Nm3，则：315012.626=39772.73 Nm：体积 % CO29.2 CO2 9.2 2300 102.68 4517.86 P1 =0.652P2= 0.73CO含量为： 2.83.2% T1.入=203.7T1.出=405.5T2.入=184.5T2.出=298.33CO 32.4 CO 32.4 8100 361.61 10125.00 MPa(表) MPa(表) /h H237.8 H2 37.8

19、 9450 421.88 843.75 N219.9 N2 19.9 4975 222.10 6218.75 CH40.4 CH4 0.4 100 4.46 71.43 O20.3 O2 0.3 75 3.35 107.14 合计100% 合计100 25000 1116.07 21883.93 生产制度： 330天/年（24 小时工作制）生产能力： 100000/（33024）=12.626 (t/h) 取每吨氨耗用半水煤气每小时的半水煤气用量为：（2）进系统前初始半水煤气的组成（干）组分测试值g进系统前初始（干）半水煤气计算汇总如下：名称测试值含量% Nm3 kmol kg （3）压力：进

20、系统前半水煤气压力为：进系统前蒸汽压力为：（4）CO含量：出系统变换气（干）中（5）温度：进变换炉一段半水煤气温度：出变换炉一段变换气温度：进变换炉二段变换气温度：出变换炉二段变换气温度：3.2.2变换炉一段催化剂层物料及热量衡算7CO含量为 12%，且氧在此段内与氢完全反应生成水，则：V实 V3VO2 3进系统前的干半水煤气中Nm3X1 CO的含量，体积 % 进系统前的干半水煤气量实yCOX12%= 一段出口 CO量V变X1= 56.51% CO1 = 8100（10.5651）=3522.69 NmT1.均=328，由小合成氨厂工艺技术与设计手册Kp代入下式即可求出PCO2 PHPco P

21、Hb=5438.98 Nmb/25000=5438.9825000=0.21756 b% b%/22.4 b%/22.4) 18 CO含量为 12%，且氧在此段内与氢完全反应生成水，则：V实 V3VO2 3进系统前的干半水煤气中Nm3X1 CO的含量，体积 % 进系统前的干半水煤气量实yCOX12%= 一段出口 CO量V变X1= 56.51% CO1 = 8100（10.5651）=3522.69 NmT1.均=328，由小合成氨厂工艺技术与设计手册Kp代入下式即可求出PCO2 PHPco PHb=5438.98 Nmb/25000=5438.9825000=0.21756 b% b%/22.

22、4 b%/22.4) 18 Nm3O2的体积Nm3进系统前的干半水煤气中的1=810056.51%= 4577.31 NmP413中表 4-2-6 查b。22O3。Nm3 kmol kg CO%/实际参加 CO变换反应的半水煤气X133caNm3 CO1 dCO1 bCO1CO122O2O2由分析知变换炉一段出口实际参加 CO变换反应的半水煤气量为：进系统前的干半水煤气量=25000-3 75=24775 设一段转化率为 X1，则干变换气量为： V变 V实 V实yCOX1 =24775+8100式中： yCO 实际参加 CO变换反应的半水煤气中yCO出变换炉变换气中 CO的含量，体积 % yC

23、O 量系统CO一段反应量为： CO1=V则有= 8100（1X1）（24775+8100X1）解得则一段出口变换气中 CO量为： V实yCO(1X1 ) = 8100取变换炉一段反应平衡温度为得 T1.均时的 Kp=26.78。将查得Kp将 a、c、d、?CO1 、Kp代入上式中，求得则得到一段（汽气）为：入炉蒸汽量为：进系统前的干半水煤气量=进系统前的干半水煤气量=(进系统前的干半水煤气量入变换炉一段半水煤气计算汇总如下：8CO2 32.40 26.61 8100 102.68 4517.86 CO的变换反应和 O2的燃烧反应，反应式如下：HCO的量变换炉一段 CO总反应量CO2的量变换炉一

24、段 CO总反应量进系统前干半水煤气中H2O的量变换炉一段 CO总反应量 +进系统前干半水煤气中：0 CO2 12.00 11.60 6877.31 157.26 13509.00 CO 37.80 31.05 9450 361.61 10125.00 2OH2的量变换炉一段 CO总反应量进系统前干半水煤气中O2的量CO 47.28 45.70 3522.69 619.52 4403.36 H2 19.90 16.34 4975 421.88 843.75 CO2O2的量2 2 H2 16.95 16.38 13877.31 222.10 1239.05 N2 0.40 0.33 100 222

25、.10 6218.75 H2N2 0.34 0.33 4975 4.46 6218.75 CH4 0.30 0.25 75 4.46 71.43 2H2CH4 0 3.33 100 45.16 71.43 O2 0.00 17.87 5438.98 3.35 107.14 O2H2O 100 CO2 32.40 26.61 8100 102.68 4517.86 CO的变换反应和 O2的燃烧反应，反应式如下：HCO的量变换炉一段 CO总反应量CO2的量变换炉一段 CO总反应量进系统前干半水煤气中H2O的量变换炉一段 CO总反应量 +进系统前干半水煤气中：0 CO2 12.00 11.60 68

26、77.31 157.26 13509.00 CO 37.80 31.05 9450 361.61 10125.00 2OH2的量变换炉一段 CO总反应量进系统前干半水煤气中O2的量CO 47.28 45.70 3522.69 619.52 4403.36 H2 19.90 16.34 4975 421.88 843.75 CO2O2的量2 2 H2 16.95 16.38 13877.31 222.10 1239.05 N2 0.40 0.33 100 222.10 6218.75 H2N2 0.34 0.33 4975 4.46 6218.75 CH4 0.30 0.25 75 4.46 7

27、1.43 2H2CH4 0 3.33 100 45.16 71.43 O2 0.00 17.87 5438.98 3.35 107.14 O2H2O 100 100 1011.67 1355.53 812.95 H2O 100 100 30438.98 242.81 4370.61 2H2O合计30363.98 26254.54 合计1358.88 26254.54 测试值含量%（干） 9.20 含量%（湿）7.56 Nm3 2300 kmol kg 出变换炉一段混合气的计算：变换炉一段中主要发生CO经过此段反应后混合气中各组成的量为：CO： 进系统前干半水煤气中CO2：进系统前干半水煤气中H

28、2 ：H2O：入变换炉一段湿半水煤气中O2 N2和CH4量不变，等于入口量。出变换炉一段混合气计算汇总如下：名称测试值含量%（干）23.43 含量%（湿）22.65 Nm3 kmol 307.02 kg 9T1.入=203.7，变换炉一段出口变换气温度取P393P407中表4-2-1表4-2-4，查得反应平均温度 (T1.入+ T1.出)/28127 102405 381949 232330 CO2kJ/kmol Q1=?H变换炉一段 CO 反应量 = 39087204.34= 7987201.6 kJ T1.入=203.7，变换炉一段出口变换气温度取P393P407中表4-2-1表4-2-4

29、，查得反应平均温度 (T1.入+ T1.出)/28127 102405 381949 232330 CO2kJ/kmol Q1=?H变换炉一段 CO 反应量 = 39087204.34= 7987201.6 kJ Q2：(HO2+2HH2) 的燃烧放热为： Q2 =?H进系统前干半水煤气中 =4894303.35=1638716.5kJ 入= QP429P435图表，可得 T=301.4与0.65MPa下各组分的比热容CO T1.出=405.5，则反kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol (HCOHH2O) =（381949+8127）(102405232330) 1+

30、Q2=7987201.6Cp ,H21638716.5=9625918.1 kJ H2O CO2CH4N2已知变换炉一段进口半水煤气温度为应平均温度为： (T1.入+ T1.出)/2=304.6 A带入热量 Q入：aCO变换反应放热 Q1：通过反应式： COH2O=CO2H2 由小合成氨厂工艺技术与设计手册时的各物质生成焓：HH2：HCO：HCO2：HH2O：单位反应热为： ?H= (H HH2 ) = 39087 变换炉一段 CO反应量?CO=361.61157.26=204.34 kmol CO 变换总反应放热为：bO2的燃烧放热通过反应式： O22H2 = 2H2O 其中HO2： 851

31、6 kJ/kmol 单位燃烧热为： ?H=2HH2O=2232330（8516+28127）= 489430 kJ/kmol O2 O2的量合计： QB带出热量 Q出：a气体温升吸热 Q3：查小合成氨厂工艺设计与技术手册见下表：组分1030.3 11.60 % 1.出Cp.m?T=1355.53 33.81 201.8= 9248817.076 kJ Q4 出= Q入= Q 出Q4=Q1Q2Q3CO 含量为 3.0%，代入下式求得二段内X292。查表得二段反应化学平衡常数P PH2Pco PH2Ob/25000=6242.2329352.31=0.2126658 29.3 45.70 T1.入

32、=201.8 ：3+Q4 = 9625918.19248817.076= 377101.05 CO 30.3 11.60 % 1.出Cp.m?T=1355.53 33.81 201.8= 9248817.076 kJ Q4 出= Q入= Q 出Q4=Q1Q2Q3CO 含量为 3.0%，代入下式求得二段内X292。查表得二段反应化学平衡常数P PH2Pco PH2Ob/25000=6242.2329352.31=0.2126658 29.3 45.70 T1.入=201.8 ：3+Q4 = 9625918.19248817.076= 377101.05 CO 平衡变换率 X2 (y2Kp2=44

33、.1 CO2a37.9 3.33 kJ ,co(100caX b46.7 22.65 y )100y )ycoaX d250.2 0.33 ,co, ,co2aX229.9 16.38 100%aX2含量% Cp.m = Yi Cpi= 33.81 kJ/(kmol )式中， yi 混合气中各组分的体积Cp.i 各组分在 (T1.入+ T1.出)/2下的比热容?T = TQ3 = 出变换炉一段湿混合气的量b设热损失为合计： Q根据热平衡： Q则可得出热损失为：3.2.3变换炉二段催化剂床层物料及热量衡算A物料衡算：平衡变换率的计算：已知变换炉二段出口变换气中CO二段变换率为：=(0.12-0.

34、03) 100(100+0.03) 0.12=74.98% 取二段反应平衡温度为带入下式由 Kp2值可求出 b值Kp2求得 b= 6242.23 Nm3则得到二段（汽气）为：11CO，H2O，CO2，H2，CO2 12.00 9.90 6877.31 307.02 13509.00 COX2 3CO的量变换炉二段 CO总反应量CO2的量+ 变换炉二段 CO总反应量入变换炉二段湿混合气中H2O的量变换炉二段 CO总反应量：0 CO2 3.00 2.69 CO 47.28 38.99 3522.69 157.26 4403.36 H2的量+ 变换炉二段 CO总反应量CO 51.52 46.19 H

35、2 16.95 13.98 13877.31 619.52 1239.05 H2 15.59 13.98 N2 0.34 0.28 4975 222.10 6218.75 N2 0.31 0.28 CH4 0.00 17.54 100 4.46 71.43 CH4 CO，H2O，CO2，H2，CO2 12.00 9.90 6877.31 307.02 13509.00 COX2 3CO的量变换炉二段 CO总反应量CO2的量+ 变换炉二段 CO总反应量入变换炉二段湿混合气中H2O的量变换炉二段 CO总反应量：0 CO2 3.00 2.69 CO 47.28 38.99 3522.69 157.2

36、6 4403.36 H2的量+ 变换炉二段 CO总反应量CO 51.52 46.19 H2 16.95 13.98 13877.31 619.52 1239.05 H2 15.59 13.98 N2 0.34 0.28 4975 222.10 6218.75 N2 0.31 0.28 CH4 0.00 17.54 100 4.46 71.43 CH4 0.00 10.33 H2O 100 100 6242.23 278.67 5016.08 H2O 100.00 100 合计35594.54 1589.04 30457.67 合计b =入变换炉二段湿混合气中c =入变换炉二段湿混合气中d=入变

37、换炉二段湿混合气中入变换炉二段湿混合气计算汇总如下：名称测试值含量%（干）23.43 含量%（湿）19.32 Nm3 kmol kg 出变换炉二段混合气的计算：变换炉二段 CO反应量为：?CO2 =入变换炉二段湿混合气中=3005.91 74.98%=2565.22 Nm =114.52 kmol 经过第二段反应后混合气中各组成的量为：CO： 入变换炉二段湿混合气中CO2：入变换炉二段湿混合气中H2 ：H2O：入变换炉二段湿混合气中O2 N2和CH4量不变，等于入口量。出变换炉二段混合气计算汇总如下：名称测试值含量%（干）29.58 含量%（湿）26.53 129442.53 42.74 18

38、547.83 T2.入=185 ，变换炉二段出口变换气温度为2O=CO2+H2 P393P407中表4-2-1表4-2-4，查得(T2.入+ T2.出)/2时的各物质： 6372 kJ/kmol 104218 kJ/kmol ：384700 234494 kJ/kmol ?H= (HQ1=?H变换炉二段P429P435，查表可得 (T2.入Cp：CO 29.9 2.69 kJ/(kmol.) 957.47 734.04 1196.83 T2.出=301，反应平均kJ/kmol CO2+HH2 ) 9442.53 42.74 18547.83 T2.入=185 ，变换炉二段出口变换气温度为2O=

39、CO2+H2 P393P407中表4-2-1表4-2-4，查得(T2.入+ T2.出)/2时的各物质： 6372 kJ/kmol 104218 kJ/kmol ：384700 234494 kJ/kmol ?H= (HQ1=?H变换炉二段P429P435，查表可得 (T2.入Cp：CO 29.9 2.69 kJ/(kmol.) 957.47 734.04 1196.83 T2.出=301，反应平均kJ/kmol CO2+HH2 ) CO+HH2O) CO总反应量 CO =39616114.52=4536779.9 H229.3 46.19 16442.53 222.10 1468.08 (Hk

40、J H2O 35.6 10.33 4975.00 4.46 6218.75 CO245 26.53 100.00 164.15 71.43 CH447.7 0.28 3677.01 1589.04 2954.74 N229.6 13.98 35594.54 30457.67 kmol 421.54 kg B热量衡算：已知变换炉二段进口变换气温度为温度为 (T2.入+ T2.出)/2= 243 带入热量 Q入：CO变换反应放热 Q1：反应式： CO+H由小合成氨厂工艺技术与设计手册生成焓：HH2 HCO：HCO2 HH2O：单位反应热=（384700+6372）（ 104218234494）=3

41、9616 kJ/kmol 总反应放热合计： Q入= Q1=4536779.9 kJ 带出热量 Q出：a气体温升吸热 Q2：T取平均温度 (T2.入+ T2.出)/2，参考小合成氨厂工艺技术与设计手册中+ T2.出)/2下各物质的组分Cp（kJ/kmol ）含量% Cpm = Yi Cpi=34.23 132.出Cpm?T =1589.04出=Q2 + Q入 出kJ TP脱盐水TPT1.出=405.5 T2.入=185 2.2的（4）中已算出，T2.入=116 34.23 4231401.8 116= 3= Q脱盐水2.出Cpm?T =1589.04出=Q2 + Q入 出kJ TP脱盐水TPT1

42、.出=405.5 T2.入=185 2.2的（4）中已算出，T2.入=116 34.23 4231401.8 116= 3= Q脱盐水1=5.8 蒸汽蒸汽V =3.4m3/h=4001.40 Nm3kJ 1 =117 1=205 1 =0.75 喷淋Q2 = 出二段湿混合气的量b热损失 Q3 ：合计： Q根据热平衡： Q则热损失 Q3 = Q1Q2= 305378.1 3.3 增湿器的物料与热量衡算3.3.1已知条件此增湿器位于变换炉一、二段之间，是用来自脱盐水罐的脱盐水喷淋，将变换炉一段出口变换气降温，同时向变换气中补加二段反应所需的蒸汽。已知：喷淋所用脱盐水温度：喷淋所用脱盐水压力：入增湿

43、器蒸汽温度：入增湿器蒸汽压力：变换炉一段出口变换气温度：变换炉二段入口变换气温度：3.3.2物料衡算进项；：a. 变换气，组成同变换炉一段出口变换气体组成。b. 喷淋冷凝水，喷淋量在c. 补充蒸汽量 =6242.234001.401011.67=1229.16 Nm3出项：混合气，组成同变换炉二段入口混合气组成。14Q1：.，列于下表：CO 31 12.00 =34.50 kJ/(kmol.) Q1kJ Q1混合气体中水蒸汽量 + Q =183336702615907.76=20949577.8 kJ Q2：脱盐水 脱盐水Q3：蒸汽 蒸汽入= QQ4：CO 29.7 H229.4 47.28

44、出第一低变一段干变换气量i 11、P 11Q1：.，列于下表：CO 31 12.00 =34.50 kJ/(kmol.) Q1kJ Q1混合气体中水蒸汽量 + Q =183336702615907.76=20949577.8 kJ Q2：脱盐水 脱盐水Q3：蒸汽 蒸汽入= QQ4：CO 29.7 H229.4 47.28 出第一低变一段干变换气量i 11、P 11、 11 + Q2 + Q3=20949577.8H229.2 CO249.1 23.43 CpmT1.出i=2794 kJ/kg，带入计算1579957.982759679.8=25289216 kJ CO244 CH456.6 0

45、.34 CH443.5 N230.6 16.95 N229.6 带入热量 Q入： ；a气体带入热查得T1.出 、P1下CO、 H2、CO2、N2、CH4的定压比热容 Cp（kJ/kg）组分Cp（kJ/kmol ）含量% Cpm = Yi Cpi 查得T1.出、P1下水蒸汽的焓值 i= 3217.8 kJ/kg 则：干变换气带入热为：=1310.37 34.50 405.5= 18333670 变换气中的水蒸汽带入热为：= 812.95 3217.8= 2615907.76 kJ 所以 Q1 = Q1b喷淋冷凝水带入热查得 T 下水的焓值 i=491.37kJ/kg，带入计算Q2 = 喷淋水质量

46、 水的焓值 =3.4 945.71 491.37=1579957.98 kJ c补充蒸汽带入热查得 T P 下水蒸汽的焓值Q3 = 补充蒸汽质量 水蒸汽的焓值 =（1229.16 22.4 18）2794= 2759679.8 kJ 合计： Q带出热量 Q出：a气体带出热查得T2.入 、P1下CO、 H2、CO2、N2、CH4的定压比热容 Cp（kJ/kg），列于下表：组分Cp（kJ/kmol ）1512.00 Q4出第一低变一段干变换气 =Q4入变换炉二段混合气体中水蒸汽量13949717.3 kJQ4 = Q4 + Q =7962006.113949717.3=21911723 kJ 损：

47、入=Q出 损损 入 出T变入=301 T变出=165 T半入=115 T半出=240 (同出变换炉二段混合气的组成CO2 29.58 26.53 47.28 CpmT2.入i 4= Q Q =2528921612.00 Q4出第一低变一段干变换气 =Q4入变换炉二段混合气体中水蒸汽量13949717.3 kJQ4 = Q4 + Q =7962006.113949717.3=21911723 kJ 损：入=Q出 损损 入 出T变入=301 T变出=165 T半入=115 T半出=240 (同出变换炉二段混合气的组成CO2 29.58 26.53 47.28 CpmT2.入i 4= Q Q =25

48、28921621911723= 3377492 kJ ) CO 3.00 2.69 23.43 H2 51.52 46.19 0.34 N2 15.59 13.98 16.95 CH4 0.31 0.28 H2O 0.00 10.33 合计100.00 100.00 Cpm = Yi*Cpi=32.84 kJ/(kmol. ) 查得T2.入 、P1下水蒸汽的焓值 i= 2781 kJ/kg 则：干混合气带出热为：=1310.37 32.84 185= 7962006.1 kJ 混合中的水蒸汽带出热为：=5016.08 2781= 所以b热损失 Q通过热平衡， Q +Q得：Q3.4换热器的物料及

49、能量计算3.4.1已知条件换热器是利用出变换炉的变换气的温降放热与出饱和塔的半水煤气的温升吸热进行换热的设备，在换热过程中换热介质的物质组成不变。已知：入换热器变换气的温度：出换热器变换气的温度：入换热器半水煤气的温度：出换热器半水煤气的温度：入、出换热器变换气的量及组成：名称测试值含量%（干）含量%（湿）169442.53 421.54 18547.83 （同入变换炉一段半水煤气组成）CO2 9.20 7.56 2300.00 102.68 4517.86 T1.入=201。设出饱和塔半水煤气的总量为P429P435，查表得出各物质对应温度下的Cp值分别为：) ) ) + n1Cp.2 T

50、= nCp.3 Tn1nn1= 425.16 kmol 1129.17 kmol 459.87 kmol 957.47 42.74 1196.83 CO 32.40 26.61 8100.00 361.61 10125.00 n，进入换热器的半水Cp，由Cpm = 半出 =933.73 16442.53 734.04 1468.08 H2 37.80 31.05 9450.00 421.88 843.75 1.入kmol 4975.00 222.10 6218.75 N2 19.90 16.34 4975.00 222.10 6218.75 100.00 4.46 71.43 CH4 0.40

51、 0.33 100.00 4.46 71.43 3677.01 164.15 2954.74 9442.53 421.54 18547.83 （同入变换炉一段半水煤气组成）CO2 9.20 7.56 2300.00 102.68 4517.86 T1.入=201。设出饱和塔半水煤气的总量为P429P435，查表得出各物质对应温度下的Cp值分别为：) ) ) + n1Cp.2 T = nCp.3 Tn1nn1= 425.16 kmol 1129.17 kmol 459.87 kmol 957.47 42.74 1196.83 CO 32.40 26.61 8100.00 361.61 10125

52、.00 n，进入换热器的半水Cp，由Cpm = 半出 =933.73 16442.53 734.04 1468.08 H2 37.80 31.05 9450.00 421.88 843.75 1.入kmol 4975.00 222.10 6218.75 N2 19.90 16.34 4975.00 222.10 6218.75 100.00 4.46 71.43 CH4 0.40 0.33 100.00 4.46 71.43 3677.01 164.15 2954.74 O2 0.30 0.25 75.00 3.35 107.14 35594.54 1589.04 30457.67 H2O 0

53、.00 17.87 5438.98 242.81 4370.61 合计100.00 100.00 30438.98 1358.88 26254.54 kmol kg 入、出换热器半水煤气的组成：名称测试值含量%（干）含量%（湿）Nm3 kmol kg 3.4.2物料衡算出饱和塔的半水煤气一部分进入换热器进行换热升温，升温后与未进行换热的部分混合进入变换炉一段，已知入变换炉一段的混合气的温度为煤气量为 n1。参考小合成氨厂工艺技术与设计手册中Yi*Cpi 计算得到 T半入、T半出及T1.入下半水煤气的Cp.半入=32.01 kJ/(kmol.Cp.半出=32.35 kJ/(kmol.Cp.1.入

54、=32.22 kJ/(kmol.根据热平衡： (nn1)Cp.1T半入已知n=1358.88 kmol 带入数据求得进入换热器的半水煤气量为：走副线半水煤气量为：同理可求出进换热器的变换气量为：走副线的变换气量为：17Q放：P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的CO 30 2.69 Q放Q吸：P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的CO 29.8 26.61 kJ/(kmol.) Cp.m(T半出T半入) 损 入 出= Q 放 吸= 5327148.74Cp，计算H229.3 46.19 =入换热器变换气量 Cp.m(T变入T变出) Cp，计算(T半入H229.2 31.05

55、 H2O Q放：P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的CO 30 2.69 Q放Q吸：P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的CO 29.8 26.61 kJ/(kmol.) Cp.m(T半出T半入) 损 入 出= Q 放 吸= 5327148.74Cp，计算H229.3 46.19 =入换热器变换气量 Cp.m(T变入T变出) Cp，计算(T半入H229.2 31.05 H2O 38 10.33 H2O 38.2 17.87 CO245.7 26.53 CO244.4 7.56 CH447.5 0.28 CH445 0.33 N229.8 13.98 N229.5 16.3

56、4 O230.9 0.25 带入热量 Q入：变换气放出热参考小合成氨厂工艺技术与设计手册中(T变入+T变出)/2下变换气的 Cp.m。组分Cp（kJ/kmol ）含量% Cpm = Yi*Cpi=34.69 kJ/(kmol. ) 则换热器內变换气放出的热量为=1129.17 34.69 （301165）= 5327148.74 kJ 带出热量 Q出：a半水煤气吸入热参考小合成氨厂工艺技术与设计手册中+T半出)/2下半水煤气的 Cp.m。组分Cp（kJ/kmol ）含量% Cpm = Yi*Cpi= 32.22 Q吸 =入换热器半水煤气量=933.73 32.22 （240115）= 3760

57、751.41 kJ b 热损失 Q损：Q =Q Q Q 3760751.41= 1566397.33 kJ 18T入=205T出=118中P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的Cp.m CO 29.8 2.69 kJ/(kmol.) 入水加热器变换气的量中P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的Cp.m CO 29.5 Cp，计算出 T入H229.2 46.19 Cp.m T入Cp，计算出 T入H229.1 H2O 38.2 10.33 H2O 38.8 CO244.4 26.53 CO2T入=205T出=118中P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的Cp.m CO

58、 29.8 2.69 kJ/(kmol.) 入水加热器变换气的量中P429P435，查表得出各物质对应温度压力下的Cp.m CO 29.5 Cp，计算出 T入H229.2 46.19 Cp.m T入Cp，计算出 T入H229.1 H2O 38.2 10.33 H2O 38.8 CO244.4 26.53 CO241.9 CH445.2 0.28 CH439.4 N229.7 13.98 N229.5 3.5.1已知条件入、出水加热器变换气的量及组成与出变换炉二段变换气的量及组成相同。入水加热器变换气的温度：出水加热器变换气的温度：3.5.2物料衡算进水加热器水量与出水加热器水量相同。3.5.3

59、能量衡算入热 Q入：变换气带入热 Q1：参考小合成氨厂工艺技术与设计手册下湿变换气的比热容组分Cp（kJ/kmol ）含量% Cpm = Yi*Cpi= 34.29 则Q1 = =1589.04 34.29 205= 11171101.62 kJ 出热 Q出：变换气带出热 Q2：参考小合成氨厂工艺技术与设计手册下湿变换气的比热容组分Cp（kJ/kmol ）192.69 kJ/(kmol.) 出水加热器变换气的量kJ Q= 11171101.626463873.2=4707228.4 kJ Q水T1=101，i1=423.76 kJ/kg , iQ+水= 循环水质量 （i2i1）=52682.3

60、（121-101）= 4455868.9 kJ 损= Q 一水加5438.98 Nm34567 Nm33.4m3=4001.402.69 kJ/(kmol.) 出水加热器变换气的量kJ Q= 11171101.626463873.2=4707228.4 kJ Q水T1=101，i1=423.76 kJ/kg , iQ+水= 循环水质量 （i2i1）=52682.3（121-101）= 4455868.9 kJ 损= Q 一水加5438.98 Nm34567 Nm33.4m3=4001.40 Nm36242.23 Nm31011.67 Nm3V=V46.19 Cp.mT出T2=1212=508.