进出设备半水煤气量 206.2 kmol 设备内物料无变化
进设备变换气温度 447℃ 出设备变换气温度 409℃ 出设备半水煤气温度 300℃ 进设备半水煤气温度 设此温度为t℃ 热量衡算 入热
变换气带入热Q1
7406.2×439℃=3295759kJ 半水煤气带入热Q2
设半水煤气进口温度为262℃,气体在262℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容45.2kJ/kmol℃ CO的恒压比热容29.7kJ/kmol℃ H2的比热容29.2 kJ/kmol℃ N2的比热容29.8 kJ/kmol℃ CH4的比热容48 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.55kcal/kg℃=41.4kJ/kmol℃ 平均比热容
CP=45.2×0.1808+29.7×0.082+29.2×0.396+29.8×0.1537+48×0.009+41.4×0.1783
=8.17+2.44+11.56+4.58+0.43+7.38=34.67 kJ/kmol℃ Q2=(206 kmol×34.56 kJ/kmol℃) ×t=7119t kJ 合计 Q1 +Q2=3295759kJ+7119t kJ 出热
设备出口变换气带出热 Q3 组份 % kmol CO2 24.33 52.02 CO 1.02 48.83 2.18 H2 45.08 2158.91 96.38 N2 14.82 709.63 31.68 CH4 0.63 41.66 1.86 H2O 13.88 664.83 29.68 合计 100 4790.3 213.9 m3（标） 1165.25 气体在409℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容49kJ/kmol℃ CO的恒压比热容31kJ/kmol℃ H2的比热容29.4 kJ/kmol℃ N2的比热容30.8 kJ/kmol℃ CH4的比热容56.8 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.53kcal/kg℃=39.9kJ/kmol℃ 平均比热容
CP=49×0.2433+31×0.0102+29.4×0.4508+30.8×0.1482+56.8×0.0063+39.9×0.1388
=11.92+0.32+13.25+4.56+0.36+5.54=35.39 kJ/kmol℃ Q3=206 kmol×35.39 kJ/kmol℃×409℃=2981749kJ
21
半水煤气带出热Q4
气体在300℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容46.8kJ/kmol℃ CO的恒压比热容31kJ/kmol℃ H2的比热容29.4 kJ/kmol℃ N2的比热容30 kJ/kmol℃ CH4的比热容51 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.53kcal/kg℃=39.9kJ/kmol℃ 平均比热容
CP=46.8×0.1808+31×0.082+29.4×0.396+30×0.1537+51×0.009+39.9×0.1783
=8.46+2.54+11.64+4.61+0.46+7.11=34.82 kJ/kmol℃ Q4=206 kmol×34.82 kJ/kmol℃×300℃=2151876kJ 热损失Q5
设Q5=27312 kJ 热平衡 Q1 +Q2 =Q3+Q4+Q5
3295759kJ+7119t kJ=2981749kJ+2151876kJ+27312 kJ
t?2981749?2151876?27312?3295759=262℃
7119入设备半水煤气温度为262℃
w) 12.1.6 主热交换器物料及热量计算
(1)已知条件 物料量 进出设备半水煤气量(湿) 206.2 kmol 进出设备变换气量(湿) 213.9 kmol 物料量在设备内无变化 温度 变换气进设备温度 380℃ 出设备变换气温度 t℃ 出设备半水煤气温度 217℃ (2)进设备半水煤气温度计算 出饱和塔气体补充过热蒸汽后物料量与入变换炉一段气量组成相同.
蒸汽混合前
饱和塔出口干气热量Q1
入炉湿气组成 (进出主热交半水煤气组成) 组份 % m3（标） kmol
CO2 8.0 369.6 16.5 CO 19.3 891 39.8 H2 28.3 1306.8 58.3 N2 14.6 676.5 30.2 CH4 0.9 42.9 1.9 O2 0.28 13.2 0.59 H2O 28.5 1318.7 58.9 合计 100 4619 206.2 22
kg 726 1114.4 116.6 845.6 28.5 18.9 1060.2 3910.2 中变炉二段出口湿变换气组成 (进出主热交变换气组成) 组份 % m3（标） kmol kg CO2 20.4 978.9 43.7 1922.8 CO 4.9 235.2 10.5 294 H2 41.15 1971 88.06 176.12 N2 14.81 709.6 31.68 887.04 CH4 0.87 41.66 1.86 29.76 H2O 17.77 851.2 38 684 合计 100 4790.3 213.9 3993.7 113℃干半水煤气比热容为 混合气（半水煤气+再生气）组成 组份 % m3（标） kmol CO2 11.20 369.6 16.5 CO 27.0 891 39.8 H2 39.60 1306.8 58.3 N2 20.5 676.5 30.2 CH4 1.3 42.9 1.9 O2 0.4 13.2 0.59 合计 100 3300 147.3 气体在113℃下查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8
CO2的恒压比热容40.5kJ/kmol℃ CO的恒压比热容29.5 kJ/kmol℃ H2的比热容29.5 kJ/kmol℃ N2的比热容29 kJ/kmol℃ CH4的比热容40.2 kJ/kmol℃
平均比热容40.5×0.112+29.5×0.27+29.5×0.396+29×0.205+40.2×0.013 =4.54+7.97+11.505+5.95+0.52=30.49kJ/kmol℃ Q1=147.3 kmol×30.49kJ/kmol℃×113℃=507503 kJ 过热蒸汽热量Q2
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 370℃,1.2Mpa(绝)过热蒸汽的焓763.5kcal/kg=3196kJ/kg 设过热蒸汽用量为566kg
Q2=566kg×3196kJ/kg=1808936kJ 半水煤气中蒸汽热量Q3
113℃时干饱和蒸汽的焓643.9 kcal/kg=2696 kJ/kg 设蒸汽含量为30 kmol
Q3=30 kmol×18kg/ kmol×2696 kJ/kg=1455840 kJ
合计 Q1 +Q2 +Q3=507503 kJ+1808936kJ+1455840 kJ =3772279 kJ 蒸汽混合后
设干半水煤气与蒸汽混合后温度为154℃
气体在154℃下查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8
CO2的恒压比热容42kJ/kmol℃ CO的恒压比热容29.5 kJ/kmol℃ H2的比热容29 kJ/kmol℃ N2的比热容29.8 kJ/kmol℃ CH4的比热容42.2 kJ/kmol℃
23
平均比热容42×0.112+29.5×0.27+29×0.396+29.8×0.205+42.2×0.013 =4.7+7.97+11.48+6.11+0.55=30.8kJ/kmol℃ 干半水煤气在154℃热量 Q4
Q4=147.3 kmol×30.8kJ/kmol℃×t℃=4536.8t kJ 蒸汽在154℃热量 Q5
混合气中蒸汽分压为0.26M Pa(绝),蒸汽在154℃及0.26 M Pa(绝)时的焓为690.2 kcal/kg=2890 kJ/kg
Q5=58.9 kmol×18kg/ kmol×2890 kJ/kg=3064071 kJ 热损失 设Q6=9540 kJ 合计 Q4+Q5 +Q6=4536.8t kJ+3064071 kJ+9540 kJ=4536.8t kJ+3063611 kJ 热平衡
3772279 kJ=4536.8t kJ+3063611 kJ t=156℃
即入热交换器混合气的温度为156℃ (3)出热交换器的变换气温度计算 入热
变换气带入热Q1
变换气在380℃时的比热容为
气体在380℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容48kJ/kmol℃ CO的恒压比热容30.8kJ/kmol℃ H2的比热容29 kJ/kmol℃ N2的比热容30.5 kJ/kmol℃ CH4的比热容55 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.53kcal/kg℃=39.9kJ/kmol℃ 平均比热容
CP=48×0.204+30.8×0.049+29×0.4115+30.5×0.1481+55×0.0087+39.9×0.1777
=9.79+1.51+11.9+4.52+0.48+7.1=35.3 kJ/kmol℃ Q1=213.9 kmol×35.3 kJ/kmol℃×380℃=2869255 kJ 半水煤气带入热Q2
气体在154℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容42kJ/kmol℃ CO的恒压比热容29.5kJ/kmol℃ H2的比热容29 kJ/kmol℃ N2的比热容29.5 kJ/kmol℃ CH4的比热容41.5 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.53kcal/kg℃=39.9kJ/kmol℃ 平均比热容CP= 42×0.08+29.5×0.193+29×0.283+29.8×0.146 +41.5×0.009+39.9×0.285=31kJ/kmol℃ 组份
CO2 CO H2 N2 CH4 O2 H2O 合计 24
% m3（标） kmol kg 8.0 369.6 16.5 726 19.3 891 39.8 1114.4 28.3 1306.8 58.3 116.6 14.6 676.5 30.2 845.6 0.9 42.9 1.9 28.5 0.28 13.2 0.59 18.9 28.5 1318.7 58.9 1060.2 100 4619 206.2 3910.2
由计算得,湿半水煤气在154℃时的比热容为31 kJ/kmol℃ Q2=206.2 kmol×31 kJ/kmol℃×154℃=984399 kJ 合计 2869255 kJ+984399 kJ=3853654 kJ 出热
半水煤气带出热Q3
气体在262℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容45kJ/kmol℃ CO的恒压比热容29.8kJ/kmol℃ H2的比热容28.5 kJ/kmol℃ N2的比热容29.5 kJ/kmol℃ CH4的比热容48 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.53kcal/kg℃=39.9kJ/kmol℃
平均比热容CP= 45×0.08+29.8×0.193+28.5×0.283+29.5×0.146 +48×0.009+39.9×0.285=32kJ/kmol℃
半水煤气在262℃时的比热容为32 kJ/kmol℃
Q3=206.2 kmol×32 kJ/kmol℃×262℃=1728780 kJ 变换气带出热Q4
设变换气出口温度为278℃,
气体在278℃时查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》梅安华1995年,图4-6-1～图4-6-8,计算混合气体的平均比热容.
CO2的恒压比热容46.5kJ/kmol℃ CO的恒压比热容30kJ/kmol℃ H2的比热容28.5 kJ/kmol℃ N2的比热容29.5 kJ/kmol℃ CH4的比热容48 kJ/kmol℃
查《氮肥工艺设计手册》理化数据分册 石油化学工业出版社1977年 H2O过热水蒸汽的平均定压热容0.53kcal/kg℃=39.9kJ/kmol℃
平均比热容CP= 45×0.204+29.8×0.049+28.5×0.4115+29.5×0.1481 +48×0.087+39.9×0.1777=32.9kJ/kmol℃
在278℃时变换气的比热容为32.9 kJ/kmol℃,且设变换气出设备实际温度为t. Q4=213.9 kmol×32.9 kJ/kmol℃×t℃=7037t kJ 热损失Q5
设Q5=169422 kJ 热平衡 3853654 kJ=1728780 kJ+7037t kJ+169422 kJ t=281℃
即变换气出热交时温度为281℃
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