冷却冷凝器的物料衡算以及热量衡算Word文件下载.docx
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—02反应热，kcal/kmol°
（-AHr）co—CO反应热，kcal/kmorC
设一段的出口温度为ti'
二461°
C,则可从手册中查得：
（-AHr）co=8960kcal/kmol°
C（-AHr）O2=115600kcal/kmol°
在P=7.465kg/cm2T二（ti'
+ti）/2二（461+340）二400.5°
C下查合成氨厂工艺技术
与设计手册可得各组分的定压分子热熔：
CpH：
o二9.llkcdl/kmol°
C混合气体的比热容为：
Cp^2=yiCpif
y】一混合气体各组分的湿基组成
Cpi—各组分的恒压比热容,kcal/kmol°
n—总的组分数
Cp一混合式气体的比热容，kcal/kmol°
Cp二19.04%X7.40+6.26%X11.72+22.96%X7.00+13.48%X7.29+0.61%X13.00+0.16%X7.75+37.49%X9.11=8.24kcal/kmol°
C=34.44kj/kmol°
将所求得的上述数据代入公式（3-1）得：
tf=340-3+0.16%X115600/8.24+19.04%8960X49.7%/8.24=462.34°
相对误差e二（462.34-461）/461=0.29%<
0.5%
所以：
原假设合理，一段的出口温度为ti'
二462.34°
C转化率为Xi二49.7%
一段出口处湿变换气各组分的物质的量为：
m,co=nco（1-X1）=0.1904（1-49.7%）=0.0958kmol
m,co2=nco2+ncoxi=0.0626+0.1904X49.7%=0.1572kmol
m,H2=nH：
+ncoXi-2no2=0.2296+0.1904X49.7%-2X0.0016=0.3242kmol
ni,N2=riN2=0.1348kmol
nbCHi=ncHF0.0061kmol
m,H：
o=nH^）+2no2-ncoXi=0.3749+2X0.0016-0.1904X49.7%=0.2835kmol
m,02=0kmol
3-3出一段的催化剂床层湿气体的组成
1.3二段出口温度的计算
1、一段、二段间喷淋水量的计算在一段与二段间列热量衡算式为:
（3-3）
CpiNttT+W12MH：
0iH：
0二WrMHzOi汽+CpTNt（t2+At2Z）Nt一湿混合气体流量为：
lkmolifco—114°
C时饱和水的焙值,kcal/kgi汽一水蒸气的焙值，kcal/kg
血0—水的分子质量
At2：
二段入口温度At2‘：
冷激温度损失2°
Cpi：
—段出口处的湿混合气体恒压比热容，kcal/kmorC
CpT：
二段出口处的湿混合气体恒压比热容，kcal/kmorC
在P=7.485kg/cm2ti'
C下查合成氨厂工艺技术与设计手册可得各组
分的定压分子热熔：
Cpco二7.50kcal/kmol°
CCpco：
=12.02kcal/kmol°
CpH2=7.Olkcal/kmorCCpN:
=7.40kcal/kmol°
CpcHi二14.22kcal/kmol°
CCpo：
二9.24kcal/kmol°
则将数据代入公式（3-2）得混合气体的比热容为：
Cpi二9.56%X7.50+15.69%X12.02+32.37%X7.01+13.46%X7.40+0.0061%X
14.22+28.91%X9.24=8.54kcal/kmorC=35.69kj/kmol°
设二段入口温度t2=39VC,P二7.465kg/cm2下查合成氨厂工艺技术与设计手册可得各组分的定压分子热熔：
Cpco二7.41kcal/kmol°
二11.67kcal/kmol°
CpH2=7.02kcal/kmorCCPn2=7.32kcal/kmol°
Cpchf13.41kcal/kmol°
CCpH：
o=9.04kcal/kmol°
则混合气体的比热容为：
Cpi二9.56%X7.41+15.69%X11.67+32.37%X7.02+13.46%X7.32+0.0061%X13.41+28.91%X9.04=8.41kcal/kmol°
C=35.17kj/kmol°
在12=391°
C,PH2O=PX0.6/（1+0.6）=7.465X0.6/（1+0.6）=2.80kg/cm2
查合成氨厂工艺技术与设计手册可得：
in=777.4kcal/kg=3249.53kj/kg,在114°
C下饱和水的焰值为：
477.48kj/kg,将上述数据代入公式（3-3）得：
35.69X1.0016X462.34+W12X18X477.48=W12X18X3249.53+35.17X1.0016X（391+3）
得：
W12二0.053kmol
一段、二段间通过冷激后原始组成变为：
ycoz=19.04%/（1+0.053）X100%二18.08%
yco〕二6.26%/（1+0.053）X100%二5.94%
YH2z=22.96%/（1+0.053）X100%二21.80%
yN2Z=13.48%/（1+0.053）X100%二12.80%
ycH2,=0.61%/（1+0.053）X100%=0.58%
yo2z=0.16%/（1+0.053）X100%二0.16%
ytto'
二（37.49%+0.053）/（1+0.053）X100%二37.49%
3.1.2.2二段入口处湿基组成的计算
二段入口处总的物质的量等于一段出口处总的物质的量与一、二段间冷激水
量，即1.0016+0.053=1.0546kmol
湿变换气体的组成：
yco"
二0.0958/1.0546X100%二9.10%
yco「二0.1572/1.0546X100%二14.93%
ya二0.3242/1.0546X100%二30.79%
ya二0.1348/1.0546X100%二12.80%
ycHr=0.0061/1.0546X100%二0.58%
YH2O-（0.2835+0.053）/I.0546X100%二31.96%
3-4二段入口湿变换气体的组成
3.1.2.3二段出口温度t2,与二段转化率X2的计算
t2z=t2-At2+ycox（-AHr）CO*（X2-X1）/Cp'
（3-4）
式中：
t2‘一二段出口温度，°
t2—二段入口温度，°
At2-二段温度损失2°
yco'
——段、二段冷激后的原始co组成
XI、X2—一段、二段的转化率
Cp'
—混合气体的真分子热熔，kcal/kmol°
（-AHr）co，—CO反应热，kcal/kmorC
设二段出口温度t2‘二431°
C,则查手册得：
（-AHr）coz=9047kcal/kmol°
在P二7.465kg/cm2T二（t2‘+t2）/2=（431+391）=411°
C下查合成氨厂工艺技术与
设计手册可得各组分的定压分子热熔：
Cpco二7.434kcal/kmol°
=ll.778kcal/kmol0C
CpH2=7.034kcal/kmorCCPn2=7.36kcal/kmol°
CpCHt=13.67kcal/kmol°
o=9.145kcal/kmol°
将数据代入公式（3-2）得混合气体的比热容为：
Cpi二9.10%X7.434+14.93%X11.778+30.79%X7.034+12.80%X7.36+0.42%X13.
67+31.96%X9.145=8.52kcal/kmol°
C=35.62kj/kmol°
将以上数据代入公式（3-4）得：
t2J=391-2+0.1808X9047X（72%-49.7%）/8.52=431.81°
相对误差：
e=（431.81-431）/431=0.19%<
故原假设合理，一段的出口温度为t2‘二431.81°
C,转化率为X2=72%
二段出口湿变换气体各组分的物质的量为：
n2,H2=nH2+ncoX2-2no：
=0.2315+0.1904X72%-2X0.0016=0.3654kmol
n2,N2=IlN2=0.1348kmol
n2,CHFnCHFO.0061kmol
n2,H2O=nH^）+Wi2+2no2-ncoXi=0.3749+0.053+2X0.0016-0.1904X72%=0.2940kmol表3-5二段出口湿变换气体组成
3.1・3三段出口温度的计算
3.1.3.1二段、三段间喷淋水量W23的计算
在二段、三段间列热量衡算式：
在一段与二段间列热量衡算式为：
Cp2NTt2Z+W23MH2OiH2O=W23fcoi汽+Cp『Nt（t3+△t3‘）（3-5）
Nt—湿混合气体流量，kmol
iH：
o—114°
C时饱和水的焰值,kcal/kg
i汽一水蒸气的焙值，kcal/kg
Mh：
o—水的分子质量
Ats：
三段入口温度At3‘：
冷激温度损失3°
.1•段出口处的湿混合气体恒压比热容，kcal/kmol°
Cpf：
三段出口处的湿混合气体恒压比热容，kcal/kmol°
在P=7.465kg/cm2t2‘二431・81°
Cpco=7・66kcal/kmol°
二11.985kcal/kmol°
CpH2=7.23kcal/kmorCCpN：
=7.479kcal/kmol°
CpCHi二14.OOkcal/kmol'
=9.36kcal/kmol°
Cp2二5・06%X7.66+1&
96%X11.985+34.69%X7.23+12.80%X7.479+0.58%X
14.00+27.91%X9.36=8.82kcal/kmol°
C=36.89kj/kmol°
设三段入口温度t3二386°
C,P=7.465kg/cm2下查合成氨厂工艺技术与设计手册可得各组分的定压分子热熔：
Cpco=7.58kcal/kmol°
二11.84kcal/kmol°
CpH2=7.205kcal/kmorCCpN2=7.50kcal/kmol°
Cpchf13.45kcal/kmol°
o=9.30kcal/kmol°
Cp2二5.06%X7.58+18.96%X11.84+34.69%X7.205+12.80%X7.50+0.58%X13.45
+27.91%X9.30=8.76kcal/kmol°
C=36.61kj/kmol°
ts=384°
CPh：
o=PX（0.6+I.6W12）/（1.6+1.6W12）=7.465X（0.6+1.6X0.053）
/（1.6+1.6X0.053）=3.03kg/cm2
i汽=774.9kcal/kg=3239.076kj/kg,在114°
C下饱和水的焙值为:
477.48kj/kg,
将上述数据代入公式（3-5）得：
36.89X1.0533X431.81+W23X18X477.48=W23X18X3239.076+36.61X1.0533
X（386+3）
W23二0.0358kmol
二段、三段间通过冷激后CO原始组成变为：
'
二yco/（1+W12+W23）二19.04%/（1+0.053+0.0358）X100%二17.49%
3.1.3.2三段入口湿变换气体组成的计算
三段入口处水汽物质的量等于二段出口水汽的物质的量与二、三间冷激水量之和：
0.2940+0.0358二0.3298kmol,其余组分的物质的量等于二段出口处各组分物质的量。
表3-6三段入口湿变换气体的组成
3.1.3.3三段出口温度t3‘与三段转化率X3的讣算
T3'
二t3-At3+yco"
（-△Hr）CO"
（X3-X2）/Cp~（3-4）
t3‘一三段出口温度，°
t3-三段入口温度，°
At3-三段温度损失2°
yco--二段、三段冷激后的原始co组成
XI、X2—二段、三段的转化率
Cp"
—混合气体的真分子热熔，kcal/kmoKC
（-AHr）co，—CO反应热，kcal/kmoKC
设三段出口温度t3‘二395°
（-AHr）co-9133kcal/kmol°
在P二7.465kg/cm2T二（t3‘+ts）/2=（395+384）=389.5°
二4.89%X7.50+18.34%X11.75+33.55%X7.21+12.38%X7.41+0.56%X13.53+
30.28%X9.23=8.73kcal/kmol°
C=36.49kj/kmol°
已知要求出中变炉C0的干基含量小于5%,则山下式可得中变炉的最终转化率为:
X3=（y入干co-y出干co）/（（l+y出干co）y入干co）x100%=（30.46%-5%）/（（1+5%）30.46%）X100%二79.60%
取X3二80%,将以上数据代入公式（3-6）得：
t3‘二384-2+0.1749X9135X（80%-72%）/8.73=396.64°
e=（396.64-395）/395=0.42%<
5%
三段出口湿变换气体各组分的物质的量：
n3,H2=nH2+ncoX3-2no2=0.2315+0.1904X80%-2X0.0016=0.3806kmol
n3,N2=nN2=0.1348kmol
n3,CHi二ncHi二0.0061kmol
n3>
H：
o=nH^）+Wi2+W23+2no2-ncoX3=O.3749+0.053+0.0358+2X0.0016-0.1904X80%=
0.3146kmol
表3-7三段出口湿变换气体组成
3.1.3.4平衡温距的计算
Kp二（yco厂xyH「）/（yco"
Xya"
）
Kp—平衡常数
"
—中变炉出口处C02浓度
y出"
一中变炉出口处H2浓度
—中变炉出口处CO浓度
yH0"
—中变炉出口处出0浓度
代入数据得：
Kp=（19.73%X34.95%）/（3.50%X28.88%）=6.28
查手册可得：
te二460°
C则Ate=te-t3z二460-396.64=63.36°
符合条件：
40°
C<
Ate<
70°
所以原假设是合理的，三段出口温度为：
t3‘二396.64°
C转化率为X3二80%
3.1.4中温变换炉的工艺条件的汇总
表3-8中变炉的工艺条件的汇总
3.2中温变换炉物料以及热量衡算
以lkmol干半水煤气为计算标准
3.2.1物料衡算
3.2.1.1一段催化剂床层的物料衡算
1、进一段催化剂床层是气体的组成
进中温变换炉一段湿半水煤气中分别含干半气lkmol,水汽0.6kmol,湿气组成。
表3-9进一段催化剂层湿变换气体组成
2、岀一段催化剂床层的湿变换气体各组分的物质的量
m,co=nco（1-X1）=0.3046（1-49.7%）=0.1532kmol
ni,M=n土二0.2156kmol
n^CHFriCHFO.0098kmol
m,H2O=nH^）+2no2-ncoXi=0.6+2X0.0026-0.3046X49.7%=0.4538kmol
nhOz^kmol
表3-10出一段催化剂床层湿变换气体组成
3.2.1.2二段催化剂床层物料衡算
1、进二段催化剂床层湿变换气体组成
二段进口干变换气体量等于一段出口干气体量、二段进口水量可山前面的讣算结果按比例算得：
Wi2r=l.5974W12/1.0016=1.5974X0.053/1.0016=0.085kmol
二段进口总水汽量等于0.085+0.4538=0.5388kmol则二段进口温度湿变换气体组成：
表3-11进二段催化剂床层湿变换气体组成
2、出二段催化剂床层的湿变换气体各组分的物质的量
112,co二neo（1-X2）=0.3046（1-72%）=0.0853kmol
n2,co2=nco2+ncoX2=0.1001+0.3046X72%二0.3194kmol
n2,H2=nH：
+ncoX2-2no2=0.3673+0.3046X72%-2X0.0026=0.5814kmol
n2,N2=n\2二0.2156kmol
n2,CHFncHFO.0098kmol
n2,H2O=nH^）+2no2-ncoXi+0.085=0.6+2X0.0026-0.3046X72%+0.085=0.4709kmol
表3-12出二段催化剂床层湿变换气体组成
3.2.1.3三段催化剂床层物料衡算
h进三段催化剂床层湿变换气体组成
三段进口干变换气体量等于二段岀口干变换气体气体量，三段进口补加水量可山前面的计算结果按比例算得：
W23r=l.6824W23/1.0546=1.6824X0.0358/1.0546=0.0571kmol
三段进口总水汽量为：
0.0571+0.4709=0.528kmol则二段进口湿变换汽组成为：
表3-13进三段催化剂层湿变换气体组成
n3,co=nco（1-X3）=0.3046（1-80%）=0.061kmol
n3,M二nx：
=0.2156kmol
n3,CH«
=ncHi=0.0098kmol
n3,H2O=nH^）+2no2-ncoX3+0.085+0.0571=0.6+2X0.0026-0.3046X80%+0.085+0.0
571=0.5036kmol
表3-14出三段催化剂层湿变换气体组成
3.2.2热量衡算
3.2.2.1一段催化剂床层的热量衡算
1、C0变换的反应热
Qa二ncoxi（-AHr）c（f0.3046X49.7%X37452.8二5669.84kj
2、02的反应热
QB=no：
Xi（-AHR）O2=0.0026X49.7%X483205X2=1248.80kj
3、气体的升温热
Qc二ni总Cp（tf-t1）=1.596X34.44X（462.34-340）=6724.57kj
4、热量损失
Qs二Qa+Qb+Qc二5669.84+1248.80-6724.57=194.07kj
3.2.2.2—、二段催化剂床层间的热量衡算
1、段间气体降温的热量
Qa二H2总（Cpitf-Cpft2）=1.596（35.69X462.34-35.17X391）=4388.llkj
2、冷激水升温的熔差
QB=Wi2feo（i汽-iHzo）=0.085X18X（3249.53-477.48）=4241.24kJ
3、热量损失
Qs二Qa-Qb二4388.11-4241.24二146.24kj
3.2.2.3二段催化剂床层间的热量衡算
QA=nco（X2-X1）（-△Hr）co'
二0.3046X（72%-49.7%）X9047X4.18=2568.71kj
2、气体的升温热
Qb二n2总Cp'
（t2'
-t2）=l.6824X35.69X（431.81-391）=2450.43kj
Qs二Qa-Qb二2568.71-2450.43二118.28kj
3、2.2.4二、三段催化剂床层间的热量衡算
1、段间气体降温的热量
Qa二112总（CP2t2，-CP2，t3）=1.6824（36.89X431.81-36.61X384）=3148.16kj
Qb=W23，Mh：
o（i汽-i出o）=0.0571X18X（3239.076-477.48）=2838.37kj
Qs=Qa-Qb=3148.16-283&
37二309.79kj
3.2.2.5三段催化剂床层间的热量衡算
QA=nco（X3-X2）（-△Hr）co"
二0.3046X（80%-72%）X9133X4.18=813.99kj
2、气体
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