冷却冷凝器的物料衡算以及热量衡算.docx
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冷却冷凝器的物料衡算以及热量衡算
工艺计算
1、中变炉工艺条件的计算
以lmol湿基半水煤气作为计算的基准。
1.1一段的出口温度的计算
已知条件:
1中变炉的进口气体组成:
2进中变炉的半水煤气压m力:
7.483kg/cm2
3一段的进口温度340°C
4入炉汽气比0.6
5一段温度损失Ati0.3°C
6H2与02在一般的催化剂床层中完全反应生成H20
1.2一段出口转化率x与出口温度tf的计算
⑴湿水煤气组成的计算
湿水煤气组成%二干基组成%/(1+入炉汽气比)
yco二30.46%/(1+0.6)=19.04%
yco:
=10.01%/(1+0.6)=6.26%
yit二36.73%/(1+0.6)=22.96%
yN2=21.56%/(1+0.6)=13.48%
ycHz=O.98%/(1+0.6)=0.61%
yo:
=0.26%/(1+0.6)=0.16%
YH2(f0.6/(1+0.6)=37.49%
3-2入炉湿气的组成
⑵一段出口温度的计算
ti'=ti-Ati+yo:
(-AHr)o:
/Cp+yco(-AHr)co(xi-xo),/Cp(3-1)
ti'—一段的出口温度°Cti—一段的入口温度°C
yo’一一段入口处02的湿基组成yco——段入口处C0的湿基组成
Cp一混合气体的真分子热熔kcal/kmolcC
XI、X2——段入口、出口的转化率
(-AHr)0:
—02反应热,kcal/kmol°C
(-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°C
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°C
n—总的组分数
Cp一混合式气体的比热容,kcal/kmol°C
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°C
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°C
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°C
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'二462.34°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°C
CpH2=7.Olkcal/kmorCCpN:
=7.40kcal/kmol°C
CpcHi二14.22kcal/kmol°CCpo:
二9.24kcal/kmol°C
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°C
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°CCpco:
二11.67kcal/kmol°C
CpH2=7.02kcal/kmorCCPn2=7.32kcal/kmol°C
Cpchf13.41kcal/kmol°CCpH:
o=9.04kcal/kmol°C
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°C
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,°C
t2—二段入口温度,°C
At2-二段温度损失2°C
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°C
(-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°C
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°CCpco:
=ll.778kcal/kmol0C
CpH2=7.034kcal/kmorCCPn2=7.36kcal/kmol°C
CpCHt=13.67kcal/kmol°CCpH:
o=9.145kcal/kmol°C
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°C
将以上数据代入公式(3-4)得:
t2J=391-2+0.1808X9047X(72%-49.7%)/8.52=431.81°C
相对误差:
e=(431.81-431)/431=0.19%<0.5%
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,co二neo(1-X2)=0.1904(1-72%)=0.0533kmol
n2,co2=nco2+ncoX2=0.0626+0.1904X72%二0.1997kmol
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°C
Cpi:
.1•段出口处的湿混合气体恒压比热容,kcal/kmol°C
Cpf:
三段出口处的湿
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