甲醇变换工段工艺计算

甲醇二期变换计算甲醇二期变换计算 以以 1h 为计算基准 为计算基准 煤气进系统压力煤气进系统压力 3 3MPa 表压 表压 温度 温度 202 1 1 废热锅炉计算废热锅炉计算 1 1物料恒算物料恒算 1 1 1 计算变换系统煤气的组分计算变换系统煤气的组分 进系统的水煤气 202 查表可知此条件下的汽气比为 0 9 进变换系统的湿水煤气的总量 69000m3 水煤气中的水含量 水煤气中的水含量 VH2O 69000 0 9 1 9 32684m3 32684 1000 22 4mol mol 水煤气的干气量 水煤气的干气量 V干 69000 1 1 9 36316 m3 36316 1000 22 4 1000kmol 1621 25kmol 已知煤气中各组分的含量 计算各组分的摩尔数 已知煤气中各组分的含量 计算各组分的摩尔数 CO 36316 43 1000 22 4 mol CO2 36316 20 1000 22 4 mol H2 36316 36 29 1000 22 4 mol O2 36316 0 3 1000 22 4 4863 mol H2S 36316 0 29 1000 22 4 4701 mol COS 36316 0 031 1000 22 4 502 mol Ar 36316 0 09 1000 22 4 1459 mol 表表 1 1 干基煤气的组分干基煤气的组分 组分组分干基的百分含量干基的百分含量摩尔数摩尔数 kmol CO43 697 137 CO220 324 25 H236 29 588 351 O20 3 4 863 H2S0 29 4 701 COS0 031 0 502 Ar0 09 1 459 总含量100 1621 25 表表 1 2 湿基煤气的组分湿基煤气的组分 组分组分 湿基的百湿基的百 分含量分含量 摩尔数摩尔数 mol CP 200 kJ kmol 放出的热量放出的热量 KJ CO22 63 697 14 30 5 CO210 53 324 25 46 8 H219 10 588 35 29 2 O20 16 4 86 30 84191 H2S0 15 4 70 36 54803 COS0 02 0 50 30 5427 Ar0 05 1 46 331349 H2O47 37 1459 11 54 41 总量100 00 3080 37 1 1 2 计算经过废热锅炉后煤气的组分计算经过废热锅炉后煤气的组分 水煤气通过废热锅炉的进口温度 202 出口温度 174 则 出废热锅炉的水煤气的温度为 174 此温度的饱和蒸汽压为 900kPa 绝压 出气液分离器之后 干水煤气中与水蒸气含量比值为 0 9 3 3 0 1 0 9 0 36 水煤气中水煤气中 H2O 蒸汽含量为蒸汽含量为 1621 24 0 36 607 97kmol 液态水含量为 液态水含量为 1459 11 607 97 851 14kmol 851 14 18kg 15320 52kg 15 32t 表表 1 3 经过废热锅炉的湿基煤气组分经过废热锅炉的湿基煤气组分 组分组分 湿基的百湿基的百 分含量分含量 摩尔数摩尔数 mol CP 200 kJ kmol 放出的热量放出的热量 KJ CO697 14 30 5 CO2324 25 46 8 H2588 35 29 2 O24 86 30 84191 H2S4 70 36 54803 COS0 50 30 5427 Ar1 46 331349 H2O 气态 607 97 54 41 总量2229 23 1 2 热量恒算 热量恒算 水煤气放热量的计算水煤气放热量的计算 水煤气通过废热锅炉的进口温度 202 出口温度 174 则 CO 放出的热量 Q1 30 5 697 14 202 174 KJ CO2放出的热量 Q2 46 8 324 25 202 174 KJ H2放出的热量 Q3 29 2 588 35 202 174 KJ O2放出的热量 Q4 30 8 4 86 202 174 4191KJ H2S 放出的热量 Q5 36 5 4 70 202 174 4803KJ COS 放出的热量 Q6 30 5 0 50 202 174 427KJ Ar 放出的热量 Q7 33 1 46 202 174 1349KJ H2O 放出的热量 放出的热量 QH2O 8 9 10 8为 H2O 蒸气的冷凝热 9为 H2O 蒸气冷却放出的显热 10 为液态 H2O 冷却放出的显热 8 M vapHm 15320 2087 1 kJ Q9 54 41 607 97 202 174 kJ Q10 851 14 18 4 312 202 174 kJ H2O 放出的热量 放出的热量 QH2O 8 9 10 kJ 水煤气放出的总热量水煤气放出的总热量 Q总 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4191 4803 427 1349 kJ 废锅副产蒸汽量的计算 废锅副产蒸汽量的计算 Q 1锅炉副产蒸汽的压力为 0 5MPa 表压 查询饱和蒸汽压数据表可 知 此条件下蒸汽的温度为 158 汽化热为 2087 1KJ kg 在 108 158 之间 水的平均比热容为 4 280kJ kg 废热锅炉吸收的热量 废热锅炉吸收的热量 设副产蒸汽摩尔量为 xKmol 则设废热锅炉排污水量按 2 计算 则排 污摩尔量为 2 xKmol 排污带走的显热 排污带走的显热 Q 1 x 2 18 4 280 158 108 脱盐水升温的显热 脱盐水升温的显热 Q 2 x 18 4 280 158 108 脱盐水汽化的潜热 脱盐水汽化的潜热 Q 3 x 18 2087 1 对废热锅炉作能量恒算 对废热锅炉作能量恒算 热损失取 10 x 2 18 4 280 158 108 x 18 4 280 158 108 x 18 2087 1 1 10 77 04 x 3852x 37568x 1 10 41494x 1 10 则副产蒸汽的摩尔数则副产蒸汽的摩尔数 x 786 44Kmol 则副产蒸汽的质量则副产蒸汽的质量 786 44 18 14155kg 14 15t 实际蒸汽产量为 实际蒸汽产量为 12t h 2 气液分离器排水量的计算气液分离器排水量的计算 前面已经计算出来 水煤气经过废热锅炉后 液态水含量为 前面已经计算出来 水煤气经过废热锅炉后 液态水含量为 15 32t 分离器的排液量为 15 32t 3 经过变换炉后的物料恒算 经过变换炉后的物料恒算 计算说明 计算说明 在 CO 变换反应中 主反应 CO H2O CO2 H2反应前后分 子数不变 为了简化计算过程 可以认为经过变换炉后煤气的总摩尔数 不变 H2S COS Ar 的摩尔数也不发生变化 求参加变换反应的求参加变换反应的 CO 摩尔数摩尔数 已知变换炉出口变换气干基的 CO 12 2 设变换气中 CO 的摩尔数 为 xkmol 则 则 x 1621 697 14 x 12 2 解此方程 可以求出 x 252kmol 即变换气中即变换气中 CO 的摩尔量的摩尔量 252kmol 根据反应方程式 CO H2O CO2 H2计算 参加反应的参加反应的 CO 摩尔数 摩尔数 MCO 697 14 x 697 14 252 445 14 kmol 则 可以计算出参加反应的参加反应的 H2O 摩尔数 摩尔数 MH2O 445 14kmol 反应产物反应产物 CO2摩尔数 摩尔数 MCO 445 14kmol 反应产物反应产物 H2摩尔数 摩尔数 MCO 445 14kmol 根据反应式 2H2 O2 2H2O 已知半水煤气中 O2的摩尔数为 4 86kmol 为简化计算 认为 O2全部参 加反应 则可以计算出 参加反应的参加反应的 H2 摩尔数摩尔数 9 72kmol 反应产物反应产物 H2O 的摩尔数 的摩尔数 9 72mol 根据以上两个反应方程式计算 可以求出 变换气中变换气中 H2O 的摩尔数的摩尔数 607 97 445 14 9 72 172 55 kmol 变换气中变换气中 CO2的摩尔数的摩尔数 324 25 445 14 769 39kmol 变换气中变换气中 H2的摩尔数 的摩尔数 588 35 445 14 9 72 1023 77 kmol 表 1 4 变换气中的各组分 组分组分 湿基的百分湿基的百分 含量含量 摩尔数摩尔数 Kmol C平均 平均 kJ kmol 放出的热放出的热 量量 kJ CO11 33 252 30 5 CO234 59 769 3948 2 H246 03 1023 7729 2 O20 00 030 80 H2S0 21 4 70 36 532937 6 COS0 02 0 50 30 52928 Ar0 07 1 46339250 56 H2O7 76 172 55 54 41 总量100 2175 37 4 变换气废热锅炉蒸汽量的计算 变换气废热锅炉蒸汽量的计算 进口温度进口温度 出口温度出口温度 变换气变换气372180 变换气放出的热量计算 变换气放出的热量计算 CO 放出的热量 Q1 30 5 252 372 180 KJ CO2放出的热量 Q2 48 2 769 39 372 180 KJ H2放出的热量 Q3 29 2 1023 77 372 180 KJ O2放出的热量 Q4 0 H2S 放出的热量 Q5 36 5 4 70 372 180 32937 6KJ COS 放出的热量 Q6 30 5 0 50 372 180 32937 6KJ Ar 放出的热量 Q7 33 1 46 372 180 9250 56KJ H2O 放出的热量 Q8 54 41 172 55 372 180 变换气放出的总热量 变换气放出的总热量 Q总 1 2 3 4 5 6 7 8 kJ 已知计算数据 已知计算数据 副产蒸汽规格 1 0MPa 表压 180 2 汽化热 2019 7kJ kg 脱盐水 进口 108 出口 179 9 脱盐水在此温度区间的平均比热 容为 4 31kJ kg 吸收热量的计算 设副产蒸汽量为 x 千克 设排污量为 2 脱盐水温度升高吸收的显热 脱盐水温度升高吸收的显热 x 1 2 179 9 108 4 31 脱盐水汽化吸收的潜热 脱盐水汽化吸收的潜热 x 2019 7 能量恒算 能量恒算 x 1 2 179 9 108 4 31 x 2019 7 解方程计算出 x 6928kg 6 9t 即 变换气废热锅炉副产蒸汽量为 即 变换气废热锅炉副产蒸汽量为 6 9t 实际流量计显示 实际流量计显示 8t h 4 经过水解脱硫槽之后的物料衡算 经过水解脱硫槽之后的物料衡算 反应方程式为 CS2 4H2 2H2S CH4 MoO3 2H2S H2 MoS3 3H2O CoO H2S CoS 3H2O 为了简化计算 经过水解脱硫槽 因为反应量很小 所以认为总摩尔 数不变 除 COS 和 H2S 之外的组分摩尔数不发生变化 组分组分 湿基的百分湿基的百分 含量含量 摩尔数摩尔数 Kmol C平均 平均 kJ kmol 放出的热放出的热 量量 kJ CO11 33 252 30 6 6 CO234 59 769 3949 2 H246 03 1023 7729 1 O20 030 80 H2S0 21 4 56 36 57989 12 COS0 01 0 25 30 5366 Ar0 07 1 46332312 64 H2O7 76 172 55 54 41 4 总量100 2175 37 4 变换气冷却器循环水量的物料衡算 变换气冷却器循环水量的物料衡算 进口温度进口温度 出口温度出口温度 变换气变换气7830 变换气放出的热量 变换气放出的热量 CO 放出的热量 Q1 30 6 252 78 30 KJ CO2放出的热量 Q2 49 2 324 25 78 30 KJ H2放出的热量 Q3 29 1 588 35 78 30 KJ O2放出的热量 Q4 30 8 4 86 78 30 4191KJ H2S 放出的热量 Q5 36 5 4 70 78 30 4803KJ COS 放出的热量 Q6 30 5 0 50 78 30 427KJ Ar 放出的热量 Q7 33 1 46 78 30 1349KJ H2O 放出的热量 Q8 54 41 172 55 78 30 总放热量 Q总 1 2 3 4 5 6 7 8 kJ 循环水温差为 8 所以 循环水的质量为 m Q总 m tm 4 174 8 kg 122t 所以 循环水的流量为 122t 5 变换气 变换气分离器分离器的计算的计算 变换气分离器温度 30 饱和蒸汽压为 4 247kpa 总压为 3 3MPa 则 水含量为 4 247 3300 100 0 12 设水含量为 xkmol 冷凝分离的水量为 172 55 x kmol 则总变换气为 2175 37 172 55 x 2002 x kmol x 2002 x 0 12 解方程可以得到 x 2 61kmol 则冷凝水的量为 172 55 x 172 55 2 61 169kmol 169 18 3042kg 3 04t 即 变换后气液分离器的分离量为 3 04t 结论结论 蒸汽蒸汽 1 1 废热锅炉副产蒸汽的质量废热锅炉副产蒸汽的质量 786 44 18 14155kg 14 15t