5-2附录二热量平衡计算书

荥阳300MW发电厂烟气脱硫联产2万吨/年硫酸铵项目能量平衡计算书以梦为马2017 “东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛荥阳300MW发电厂烟气脱硫联产2万吨/年硫酸铵项目能量平衡计算书设计单位郑州大学设计团队以梦为马团队成员代维康 刘露轲 李亚飞 赵梦瑶 杨艳伟指导教师白净 侯翠红目录能量平衡计算书1.1 概述11.2 热量衡算原理11.3 热量衡算任务21.4 热量衡算21.4.1 除尘工段热量衡算21.4.2 吸收工段热量衡算41.4.3 蒸发结晶工段热量衡算61.5 总结10年产2万吨烟气脱硫制硫酸铵项目-能量平衡计算书 能量平衡计算书1.1 概述拟建一套年产2万吨硫酸铵的脱硫装置，在全工艺段中伴随着物料从一个体系或单元进入另一个体系或单元，在发生质量传递的同时也伴随着能量的消耗、释放和转化。其中的能量变换数量关系可以从能量衡算求得，对于新设计的车间，可以由此确定设备的热负荷。再根据设备的热负荷大小、所处理物料的性质及工艺要求选择恰当的设备。总之，通过下述能量衡算，可以为后续设计工作中提高热量的利用率，降低能耗提供主要依据。1.2 热量衡算原理工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。其中一个主要依据是能量平衡方程：其中:表示输入设备热量的总和；表示输出设备热量的总和；表示损失热量的总和。对于连续系统：其中:设备的热负荷。输入系统的机械能。离开设备的各物料焓之和。进入设备的各物料焓之和。在进行全厂热量衡算时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。1.3 热量衡算任务在进行脱硫装置的热量衡算中，主要通过定量计算完成下述基本任务：确定工艺单元中物料输送机械（如泵）所需要的功率，以便于进行设备的设计和选型；确定吸收等单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件；确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型；提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗；最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。1.4 热量衡算1.4.1 除尘工段热量衡算1.4.1.1 除尘前后的热量衡算表1-1 总流股热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr41509.541509.5Mass-flowKg/hr12313223132EnthalpyKW-766649-766649表1-2 流股焓变计算表inOut(GAS)Out（Solid）物流编号101102104Temperature（）134134/Pressure（bar）1.00 1.00 0.999Vapor Frac1.00 1.00 /Mole Flow（kmol/hr）41509.541509.50Mass Flow（kg/hr）12311001231100 0Volume Flow（cum/hr）140470014059300Enthalpy（Gcal/hr）-659.161-659.161/表1-3 热负荷表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-659.161-659.1610.00 1.4.1.2 压缩机的热量衡算表1-4总流股热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr41509.541509.5Mass-flowKg/hr12313223132EnthalpyKW-659.161-633.608表1-5 流股焓变计算表inout物流编号102103Temperature（）134215.4 Pressure（bar）0.9992Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）41509.541509.5 Mass Flow（kg/hr）1231100 1231100Volume Flow（cum/hr）1405930 1405930Enthalpy（Gcal/hr）-659.161-633.608表1-6 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error25.5330-659.161-633.6080.00 1.4.1.3 冷却器的热量衡算表1-7 换热器热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.0 -90.2949 表1-8 流股焓变计算表inout物流编号103201Temperature（）215.416 Pressure（bar）22Vapor Frac10.935Mole Flow（kmol/hr）41509.541509.1 Mass Flow（kg/hr）1231100 1231100 Volume Flow（cum/hr）843030 465757Enthalpy（Gcal/hr）-633.608-723.902 表1-9 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.00 -90.294-633.608-723.9020.00 1.4.2 吸收工段热量衡算1.4.2.1 吸收塔T201的热量衡算表1-10 热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr78005.177967.3Mass-flowKg/hr19071601907160EnthalpyGcal/hr-3229.22-322.22表1-11 流股焓变计算表In（Liqud）Out（Liqud）In（Gas）Out（Gas）物流编号204202201205Temperature（）20161617.4Pressure（bar）2222Vapor Frac00 0.9351Mole Flow（kmol/hr）2086.6239102.841509.138864.5Mass Flow（kg/hr）37500 7256663 12311001181500Volume Flow（cum/hr）38.559730.362465757468381Enthalpy（Gcal/hr）-138.165-2690.04-723.902-539.174表1-12 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0184.72-737.532-552.8040.00 1.4.2.2 吸收塔（T202）的热量衡算表1-13 热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr78070.478070.2Mass-flowKg/hr19084401908440EnthalpyGcal/hr-3219.8-3219.8表1-14 流股焓变计算表In（Liqud）Out（Liqud）In（Gas）Out（Gas）物流编号209208201205Temperature（）17.417.41617.4Pressure（bar）2222Vapor Frac00 0.9351Mole Flow（kmol/hr）2137.42 2137.42 41509.138864.5Mass Flow（kg/hr）61950.24 61950.24 12311001181500Volume Flow（cum/hr）55650.51 2782.53 465757468381Enthalpy（Gcal/hr）-13.63 -13.63 -723.902-539.174表1-15 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.00 -5.40 -13.63 -19.03 0.00 1.4.2.3 反应器的热量衡算表1-16 热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr4806.564787.38Mass-flowKg/hr90157.490157.4EnthalpyGcal/hr-321.532-321.232表1-17 流股焓变计算表In（Liqud）in（NH3*H2O）out物流编号210211301Temperature（）17.42550 Pressure（bar）211Vapor Frac0 10.019Mole Flow（kmol/hr）4706.56 1004787.38Mass Flow（kg/hr）87256.4 2900.9890157.4Volume Flow（cum/hr）84.8272477.742491.3Enthalpy（Gcal/hr）-321.532/-321.232表1-18 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-321.532-321.5320.00 1.4.3 蒸发结晶工段热量衡算1.4.3.1 闪蒸罐（V101）的热量衡算表1-19 热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr13583.613583.6Mass-flowKg/hr275601275061EnthalpyGcal/hr-897.827-897.831inout物流编号301304305306Temperature（）509894.8 94.8Pressure（bar）10.80.80.8Vapor Frac0.0190.4610Mole Flow（kmol/hr）4787.388796.183810.099773.53Mass Flow（kg/hr）90157.418544469554206048Volume Flow（cum/hr）2491.3 155146144878188.136Enthalpy（Gcal/hr）-321.232-576.594-212.548-685.283表1-20 流股焓变计算表表1-21 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.005-897.826-897.8310.00 1.4.3.2闪蒸罐（V102）的热量衡算表1-22 热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr1763.071877.96Mass-flowKg/hr52278.852279.1EnthalpyGcal/hr-147.528-147.528inout物流编号308309312313Temperature（）94.89365.165.1Pressure（bar）0.80.20.20.2Vapor Frac00.80501Mole Flow（kmol/hr）977.353785.7191173.76704.196Mass Flow（kg/hr）20604.831673.939592.412686.7Volume Flow（cum/hr）18.81496087.128.37498833.5Enthalpy（Gcal/hr）-68.528-78.999-107.058-40.471表1-23 流股焓变计算表表1-24 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-147.522-147.5290.00 1.4.3.3闪蒸罐（V103）的热量衡算表1-25 热负荷表TotalUnitsInOutMole-flowKmol/hr234.752237.052Mass-flowKg/hr7918.4879118.48EnthalpyGcal/hr-21.4115-21.3516表1-26流股焓变计算表inout物流编号314315316Temperature（）65.1/ 80Pressure（bar）0.20.50.5Vapor Frac0/0Mole Flow（kmol/hr）234.7520237.052Mass Flow（kg/hr）7918.480 7918.48Volume Flow（cum/hr）5.675 05.71Enthalpy（Gcal/hr）-21.412/-21.352表1-27 热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.00 0.06-21.412-21.3520.00 1.4.3.4 换热器E301的热量衡算表1-28 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.00 40.1607表1-29 流股焓变计算表inout物流编号302303Temperature（）11099.6Pressure（bar）11 Vapor Frac10.185Mole Flow（kmol/hr）5000 5000 Mas