河南城建学院本科毕业设计 工艺计算
2 工艺计算
2.1 物料衡算
物料衡算基础数据：
表6半水煤气组成
组分 体积（％）
H2 39.8
CO 26.5
N2 21
CO2 10.5
CH4 1.4
O2 0.5
Ar 0.3
表7脱硫液组成
组成 含量（g/L）
Na2CO3 5
NaHCO3 25
栲胶 1.0
NaVO3 1.0
半水煤气中硫化氢含量：c1 = 0.18%=2.7 g/m3 净化气中硫化氢含量：c2 = 0.003%= 0.046 g/m3
入吸收塔半水煤气量：c0 =20926.87m3 /h （折合353.6kmol/t氨） 入冷却塔半水煤气温度：t1 = 47℃ 出冷却塔入脱硫塔半水煤气温度：t2 =33℃ 入脱硫塔半水煤气压力：0.04MPa
生产能力：8.33t/h（NH3）
以每年300个工作日，每天工作24小时，则每小时生产合成氨为：
60000÷（300×24）=8.33 t/h
考虑到在合成时的损失，则以每小时生产8.36吨计算为基准，所以
nNH=8360 Kg÷17Kg/Kmol=491.76 Kmol
3
则合成NH3所需要N2的物质的量为
nN= nNH÷2=245.88Kmol
2
3
考虑到半水煤气经过洗涤、脱硫、变换等工序到合成的过程中氮气的损失，则损失率以1%计，则半水煤气中氮气的物质的量为
nN
所以原料气中N2的体积为
2
=245.88×（1+1%）=248.34 Kmol
VN2=22.4Nm3/Kmol×248.34Kmol=5562.84 Nm3
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根据原料气中各气体的体积比，则其它气体的体积为
VCO2=8.77÷19.55×VN2= 2495.45 Nm3 VCO=27.82÷19.55×VN2=7916.02Nm3 VH2=43.45÷19.55×VN2=12363.44 Nm3 VO2=0.4÷19.55×VN2=113.81Nm3
则总气体的体积V= VN2 +VCO2 +VCO +VH2 +VO2
=5562.84Nm3+2495.45Nm3+7916.02Nm3+12363.44Nm3+113.81
Nm3
=12477.25Nm3
根据气体方程，将0℃、101.325KPa下的体积换算成40KPa、33℃时的体积V0
V0=101.325×12477.25×(273.15+33)/(40×273.15) m3=35424.8938m3
则进入脱硫塔的气体的流量为G=20926.87m3/h
物料衡算 对于H2、CO、N2、CO2、CH4、Ar、O2而言，进入脱硫塔量与出脱硫塔量相等，这部分物料不参与反应。在本工段，这些物质不再衡算。
2.1.1 H2S脱除量
H2S脱除量，G1，kg/h
G1 = [G0（c1–c2）]/1000
G1 =20926.87×（2.7–0.046）/1000 =55.53kg/h
2.1.2 溶液循环量
溶液循环量，LT，m3/h LT = G1/s
式中，s为溶液硫容量，kg/m3，s取0.1 kg/m3（H2S） LT = 55.53/0.1 =555.3m3/h
2.1.3 生成Na2S2O3消耗的H2S
生成Na2S2O3消耗的H2S，G2，kg/h
取Na2S2O3的生成率为H2S脱除量的8%，则： G2 = 55.53×8% = 4.44kg/h
2.1.4 Na2S2O3生成量
Na2S2O3生成量，G3，kg/h
G3 = G2× MNa2S2O3/2MH2S
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式中，MNa2S2O3是Na2S2O3的分子量 MH2S是H2S的分子量， G3 = 4.44×158/（2×34） = 10.32kg/h
2.1.5 理论硫回收量
理论硫回收量，G4, kg/h G4 = （G1 - G2）×MS/MH2S 式中MS是硫的分子量
G4 = （55.53-4.44）×32/34 =48.08kg/h
2.1.6 理论硫回收率
理论硫回收率，￠
￠ = G4/G1×100
￠ = 48.08/55.53×100% = 86.6%
2.1.7 生成Na2S2O3消耗的纯碱量
生成Na2S2O3消耗的纯碱量，G5，kg/h G5 = G3×MNa2CO3/ MNa2S2O3 MNa2CO3是Na2CO3的分子量， G5 =10.32×106/158 = 6.92kg/h
2.1.8 硫泡沫生成量
硫泡沫生成量，G6,m3/h G6 = G4/S1
式中，S1是硫泡沫中硫含量，kg/m3，此处取S1G6 = 48.08/30 = 1.9m3/h
2.1.9 入熔硫釜硫膏量
入熔硫釜硫膏量，G7, kg/h G7 = G3/S2
式中，S2是硫膏含硫量，此处取S2 = 50% G7 = 48.08/0.5 =96.16kg/h
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= 30 kg/m3 河南城建学院本科毕业设计 工艺计算
表8物料衡算汇总
项目 H2S脱除量 溶液循环量 生成Na2S2O3消耗的H2S
Na2S2O3生成量 理论硫回收量 理论硫回收率 生成Na2S2O3消耗的纯碱量
硫泡沫生成量量 入熔硫釜硫膏 单位 kg/h m3/h kg/h kg/h kg/h % kg/h m3/h kg/h 计算量 55.53 555.3 4.44 10.32 48.08 86.60 6.92 1.60 96.16 2.2 能量衡算
2.2.1 脱硫塔热量衡算（按1mol硫化氢计算）
反应：
Na2CO3 + H2S = NaHCO3 + NaHS + 44kJ/mol 2V5+ + HS- = 2V4+ + S + H+ + 91 kJ/mol TQ + HS- = THQ + S + 33 kJ/mol
Q放 =（n1×44 + n2×91 + n3×33）1000
=（3832.95×44×0.05% + 1533.18×91×0.05% + 2299.77×33×0.05%）×1000 = 84324.9 + 69759.7 + 37946.2 = 192030.8kJ/mol 脱硫塔热负荷Q0,
Q0 = 192030.8 kJ/mol = 38766.2 kJ/t NH3 = 978756.9 kJ/h 在使混合物升温过程中，设有10%能量传入空气中。 Cp液 = 4300kJ/（kmol×℃） Cp气 = 30.44 kJ/（kmol×℃） 由 Δt = Q/（ρVCp）
Δt = 192030.8×90%×1000/（1631×1000×4300） = 2.4℃
×
注示：该计算以反应热的90%用以使脱硫液和半水煤气升温，实际生产中，
脱硫液和半水煤气温度并未达到平衡。通常，半水煤气出口比进口温度高5℃左右，而脱硫液进出口温度几乎一样。
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2.2.2 冷却塔热量衡算
1) 冷却塔热负荷，Q1
Q1 = G0[Cp（t1 - t2）+ W×i1– W×i2
式中，G0 入冷却塔半水煤气量，kmol/t氨； Cp 半水煤气平均等压比热容，kJ/(kmol×℃)； 计算结果：
Cp = 7.27 kcal/（kmol×℃） = 30.44 kJ/(kmol×℃) t1，t2 入出冷却塔半水煤气温度，℃
W1,W2 入出冷却塔半水煤气含水量，kg/kmol； 计算结果：W1 = 0.784 kg/kmol W2 = 0.784 kg/kmol
i1，i2 入出冷却塔条件下半水煤气的热焓，kcal/kg； 查表得：i1 = 619 kcal/kg = 2591.63kJ/kg i2 = 619.6 kcal/kg = 2564.83kJ/kg
Q1 = 353.6×[30.44×（47 - 33）+ 0.784（2591.63 - 2564.83）] = 1353.6×[426.6 + 21.01] = 67880.4kJ/t氨 = 857070.7kJ/h 2）冷却水消耗量，W3，
W3 = Q1/1000Δt1
式中，Δt1为冷却水升温，℃，此处Δt1 = 5℃
W3 = 67880.4/（4186.8×5） = 3.24m3/t NH3 = 40.9m3/h
2.2.3 硫泡沫槽热量衡算
1）硫泡沫槽热负荷
Q2 = VF×Ψf×CF(t3 - t4)
式中 VF 硫泡沫槽体积，m3，VF = G6/12.62； 25.25 小时产氨量
Ψf 硫泡沫密度， kg/m3，Ψf = 1100 kg/m3；
CF 硫泡沫比热容，kJ/（kg×℃），CF = 3.68 kJ/（kg×℃）； t3 槽中硫泡沫终温，t3 = 80℃ t4 槽中硫泡沫初温，t4 = 40℃ Q2 = 7.66×1100×3.68×（80 - 40）/12.62 = 98281.1kJ/t NH3
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