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1、4. 物料衡算和热量衡算4.1 物料衡算 6-101 基础数据表 4.1 半水煤气成分组分 N2 CO2 CO H2 CH4体积/ 23.45 2.88 18.35 54.62 0.7表 4.2 脱硫液成分组分 Na2CO3 NaHCO3 总碱 总钒 栲胶浓度（g/L）5.0 50.6 26.8 0.6 1.5 半水煤气中硫化氢含量 C1=1.26 g/m3 净化气中硫化氢含量 C2=0.01g/m3 入洗涤塔的半水煤气的温度 t1=60 出洗涤塔入脱硫塔的半水煤气的温度 t2=45 出脱硫塔半水煤气的温度 t3=41 入脱硫塔半水煤气的压力 P=0.125MPa（绝压）2 计算原料气的体积及
2、流量以每年 330 个工作日，每天工作 24 小时，则每小时生产合成氨为：3000000(33024)=37.879t/h考虑到在合成时的损失，则以每小时生产 38 吨计算为基准，所以nNH3=38000Kg17Kg/Kmol=2235.3Kmol则合成 NH3 所需要 N2 的物质的量为n N2= nNH32=1117.6Kmol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 10%计，则半水煤气中氮气的物质的量为nN2 =1117.6(1+10%)=1229.4 Kmol所以原料气中 N2 的体积为VN2=22.4 Nm3/Kmol1229.4Kmol=275
3、38.6Nm3根据原料气中各气体的体积比，则其它气体的体积为VCO2=2.8823.45VN2 = 3382.14 Nm3VCO=18.3523.45VN2 =21549.39 Nm3VH2=54.6223.45VN2 =64143.21 Nm3VCH4=0.723.45VN2 =822.05Nm3则总气体的体积V= VCO2 + VCO + VH2+ VCH4+ VN2=3382.14 Nm3 +21549.39 Nm3 +64143.21 Nm3 +822.05Nm3 +27538.6Nm3=117435.39Nm3根据气体方程，将 0、101.325KPa 下的体积换算成 125KPa、
4、45 时的体积 V0V0 =110875.68m3则进入脱硫塔的气体的流量为 G=110875.68m3/h3 根据气体中 H2S 的含量计算 H2S 的质量入脱硫塔中 H2S 的质量：m 1=1.26g/m3110875.68m3 =139.70Kg根据设计要求，出塔气体中 H2S 的含量为 0.01g/m3,取出塔气中 H2S 的含量为0.01g/m3，则塔的脱硫效率是 =(1.26-0.01)1.26100%=99.2%由于原料气中 H2S 的含量低，故在脱硫的过程中原料气进入脱硫塔和出脱硫塔的体积流量视为不变，则出塔气体的流量 W0110875.68m3/h所以出塔气中 H2S 的质量
5、为 m2 =0.01g/m3110875.68m3 =1.109 Kg故在脱硫塔中吸收的 H2S 的质量为 G1= m1m 2=139.701.109=138.59Kg4 脱硫液循环量的计算取脱硫液中硫容量为 S=100g/m3,根据液气比 L/G= 3SC-式中：C 1 为进脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m 3C2 为出脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m 3S 为硫容量， g/m3L 为脱硫液的循环量，m 3/hG 为进脱硫塔气体的流量，m 3/h则液气比为 L/G=(1.260.01)100=0.0125脱硫液的循环量 L=0.0125110875.68=1385.95m3/h因脱硫液在循环
6、中有损失及再生率为 95%，取损失率为 10%则液体的循环量为 LT=L（1+10% ）=1385.95（1+10%）=1524.54m 3/h5 生成 Na2S2O3 消耗的 H2S 的质量 G2，Kg/h取 Na2S2O3 的生成率为 H2S 脱除量的 8%，则G2 =138.5918%= 11.087 Kg/h6 Na2S2O3 的生成量 G3，Kg/h2H2S Na2S2O3G3 = H2SMNa式中 MNa2S2O3 Na2S2O3 的分子量MH2S H2S 的分子量G3 =11.087158(234)=25.76 Kg/h7 理论硫回收量 G4，Kg/h G4=（G 1-G2） H
7、2SM式中 MS 硫的分子量G4=（138.59111.087） =120.00 Kg/h34理论硫回收率，=G 4/G1=92.00%8 生成 Na2S2O3 消耗的纯碱量 G5，Kg/hG5= 32OSNaCM式中 MNa2CO3Na2CO3 的分子量G5=25.76106158=17.28Kg/h9 硫泡沫生成量 G6，Kg/m 3G6= 14S式中 S1硫泡沫中硫含量，kg/m 3,取 S1=30kg/m3G6 =4m3/h10 入熔硫釜硫膏量G7= 24S式中 S2硫膏含硫量，取 S2=98%（质量分数）G7=12098%=122.45Kg/h表 4.3 物料衡算表（以每小时计）：入
8、脱硫塔气体流量 110875.68m3 出脱硫塔气体流量 110875.68m3脱硫液循环量 1524.54m3 硫泡沫生成量 4m3硫化氢吸收量 138.59Kg 硫膏量 122.45Kg消耗的纯碱量 17.28Kg 硫代硫酸钠生成量 25.76Kg4.2 热量衡算（以 0为计算基准）1 基础数据半水煤气的平均式量 M=(2823.45%)+(442.88%)+(2818.35%)+(254.62%)+(160.7%)=14.18kg/kmol入脱硫塔时半水煤气的密度：g= =0.669kg/m3TRPM半水煤气的质量流量 G0=V0g =110875.680.669kg/h=74175.8
9、3kg/h 脱硫液密度计算用公式： L=1.06410.000446T （g/cm 3）脱硫液入脱硫塔时的温度 T =45，则入 =1.06410.00044645=1.04403g/cm 3=1044.03kg/m3入L入脱硫塔脱硫液的质量流量W =90.708 =94701.87kg/h入L入L脱硫液出脱硫塔是的温度 T 45，则出出 L 入出脱硫塔脱硫液的质量流量W 出 LW 入 平均比热容的计算根据比热容的计算式Cp=a+bT+cT2，J/(molK)将半水煤气中的各组分的 a、b、c 值列于表中物质 CO H2 CO2 N2 CH4a 26.537 26.88 26.75 27.32
10、 14.15b/103 7.6831 4.347 42.258 6.226 75.496c/106 1.172 0.3265 14.25 0.9502 17.99表 4.4例如在 60的比热容：CO: Cp=26.537+7.683110-3(273.15+60)1.17210 -6(273.15+60)2=28.967KJ/(kmolK)H2: CP=26.88+4.34710-3(273.15+60)-0.326510-6(273.15+60)2=28.292 KJ/(kmolK)CO2: CP=26.75+42.25810-3(273.15+60)-14.2510-6(273.15+60
11、)2=40.832 KJ/(kmolK)N2: CP=27.32+6.22610-3(273.15+60)-0.950210-6(273.15+60)2=29.289 KJ/(kmolK)CH4: CP=14.15+75.49610-3(273.15+60)-17.9910-6(273.15+60)2=37.305KJ/(kmolK)平均比热容 Cpm=YiCpi式中 Yi各气体的体积分数Cpi各气体的比热容故半水煤气在 60 摄氏度的比热容 C60 P=29.073KJ/(kmolK)同理：半水煤气在 45 摄氏度的比热容 C45 P=28.935KJ/(kmolK)半水煤气在 41 摄氏度
12、的比热容 C41 P=28.935KJ/(kmolK)脱硫液的比热容 CP，J/(g)CP=3.839+0.00352T脱硫液的进口温度为 41，则进口时的比热容Cp1=3.839+0.0035241=3.9833J/(g)=3.983 KJ/(kg)脱硫液的出口温度约为 41,则出口时的比热容Cp2C p12 洗涤塔热量衡算洗涤塔热负荷 Q1，KJ/hQ1=G0(C60 Pt1C45 Pt 2)式中 G0入洗涤塔半水煤气量Q1=1.483106KJ冷却水消耗量 W3，m 3/hW3= tCOH12式中 t冷却水温升，取 t=5, CH2O=4.2KJ/(Kg), =1000Kg/m3W3=7
13、0.62m3/h3 硫泡沫槽热量衡算硫泡沫槽热负荷，KJQ2=VFFCF（t 3t 4）式中 VF硫泡沫体积， m3，V F=G6=4m3F硫泡沫密度，kg/m 3, F =1100kg/m3CF硫泡沫比热容，KJ/（kg ）, CF=3.68 KJ/（kg）t3槽中硫泡沫末温， t3=64.5t4槽中硫泡沫初温， t4=41Q2=411003.68（64.541）=4.7610 5KJ蒸汽消耗量 W4，kg/hW4= 12r式中 r1130蒸汽的液化热， KJ/kg，r 1=2177.6KJ/kgW4= =218.59kg12rQ4 熔硫釜热量衡算 熔硫釜热负荷 Q3，KJ/釜Q3=G8CS
14、S(t5t 6)+0.98G8SCh+4F6(t5t 6)式中 G8每一釜硫膏量， m3/釜，设全容积为 3m3，熔硫釜装填系数为75%，则 G8=30.75=2.25m3CS硫膏比热容，KJ/（kg） ，C S=1.8KJ/（kg ）S硫膏密度，kg/m 3， S=1770kg/m3t5加热终温，t 5=150t6入釜温度，t 6=64.5Ch硫膏的熔融热，KJ/kg，C h=49.8 KJ/kg熔硫釜向周围空间的散热系数，KJ/ （m 2h)，=12.56 KJ/（m 2h）F6熔硫釜表面积， m2，F 6=10m24熔一釜所需时间，h0.98硫膏中含硫膏 98%G8CSS(t5t 6)表
15、示硫膏升温吸收热量；0.98G 8SCh 表示硫膏熔融吸收热量；4F 6(t5t 6)表示向环境散热量。Q3= 64.5)（(102.564+9.81702.5098+4.5)（(170.82=850223.88KJ/釜蒸汽消耗量，W 5，KJ/釜W5= 23rQ式中 r2130蒸汽的液化热， KJ/kg， r2=2177.6KJ/kgW5= =390 Kg/釜17.6805. 设备计算及选型5.1 脱硫塔的设计计算 11-19脱硫吸收塔采用填料塔，填料为 76762.6 聚丙烯鲍尔环，公称直径为76cm，空隙率为 =0.92，比表面积为 =114m2/m3,采用乱堆的方式。5.1.1 塔径计算（a）利用泛点速度计算图求液泛速度首先根据液体质量流速（L，Kg/h） 、气体质量流速（ G，Kg/h） 、气体密度（ g，Kg/m 3） 、液体密度（ L，Kg/m 3） ，用泛点速度计算图横座标的式子算出数据，以此数据查出“ 泛点速度计算图 ”的纵座标上的数据，再用纵座标上的式子，求解出泛点速度 W0（ m/s） 。图 5-
