各厂合成工段物料衡算热量衡算.docx
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各厂合成工段物料衡算热量衡算
合成工段一一物料衡算、热量衡算
公司各工段用水总结:
单位:
t/h
\项目
塔规格\
沸锅脱盐水
合成水冷循环水
醇化水冷循环水
烷（烃）化水冷循
环水
联醇水冷循环水
溴化锂机组脱盐水
铜洗水冷循环水
A
B
一厂
1400
11.95
446
合成
1000
4.38
156
工段
183.6
819.3
117.8
二厂
1000
5.18
659
293
合成
600
108
工段
54.8
三厂
1200
8.4
236.5
30
合成
1000
5.7
208.6
工段
195.9
79
四尿合成
2500
27.15
1918.7
289.7
101.9
（烃化）
甲醇合成
最终冷却器A（脱盐水）
最终冷却器
B（循环水）
工段
49.5
246.15
44.7
一厂物料衡算、热量衡算
一分厂合成工段共有两套合成系统：
DN1000矮胖合成系统和DN1400双甲、合成系统；
其中DN1400双甲、合成系统采用湖南安淳设计的年产15万吨合成总氨（合成氨为12万吨/年，粗甲醇3万吨/年）。
系统压力25.0MPa，氨净值10-11%，合成系统压差1.8MPa，年产合成氨可达到16万吨，粗甲醇4万吨。
计算依据：
年工作日：
330天；系统工作压力：
25MPa
补充新鲜气组成（％）:
H273.5,N223.6,CH41.15,Ar0.35,CO1.4,CO20.2
合成精炼气组成（％）:
H274.18,N224.72,CH40.625,Ar0.175
合成塔进气（％）:
NH32.3,CH4+Ar1.5;出气，NH310.5
一、DN1400双甲、合成系统
1、合成塔热量衡算：
（1）循环气体带入热量Q入
已知条件得到计算Q入=463227.2KJ因油分离器内无温升变化（忽略损失）
（2）气体反应热Q
设合出成塔温度335C,假定气体在塔内先温升至出口温度后进行氨合成反应在压力
P=25.12MPa的气体反应热简化计算式为：
-HR=11599+3.216t将t=335C带入得：
-Hr=11599+3.216X335=12676.36Kcal/Kmol=52987.18KJ/Kmol由物料平衡计算知氨产量VNH=943.68m3=42.13Kmol
贝U合成塔内反应热Qr=（-Hr）XVnh=52987.18X386.03=2232275.71KJ
（3）合成塔出气体带出热量Q8
查t=335CP=25.12MPa混合气体热容，按查《化工工艺设计手册》（上册）物化数
据图21-100气体热熔等温压力矫正并计算得：
Cp=COpm+/Cpn=34.618KJ/KmolC
二Q出=8887.94X34.684X335/22.4=4610308・76KJ
（4）合成塔热损失
根据经验公式Q损=：
•wFw（tw-tb）
设塔壁温度tw=80C空气温度25C塔外壁高h=16m外径D=1.7m
则:
w=0.209tw+33.44=0.209X80+33.44=50.16KJ/m2.h.
•••Q损=50.16F（tw-tb）=50.16X3.14X1.7XI6X[80-（25）]=235623.6KJ
2.沸热锅炉热量计算：
（1）管内热气体带入热量Q'入
由合成塔热平衡计算得Q'入=4610308.76-235623.6=4374685.16KJ
（2）管内热气体带出热量Qs
设t9=206CP=25.02MPa
查《小氮肥工艺设计手册一理化数据》并计算得：
09=33.43KJ/Kmol.C
•Q9=V9Cp9t9=8887.94X33.43X206/22.4=2732496.62KJ
（3）软水吸收热量为Q吸=4374685.16-2732496.62=1642188.37KJ
（4）软水量计算
设沸热锅炉加入软水温度t=70CP=3.6MPa副产1.6MPa饱和蒸汽需软水量X
查软水焓I1=293.08KJ/Kg蒸汽焓I2=2799.3KJ/Kg
由热平衡得：
Q'吸=0吸乂0.96=X（I2-I1）168=1576500.84KJ
X=Q/（I2-I1）=1576500.84/（2799.3-293.08）=629.03KG
所以没1000Kmol合成气量需要软水量为629.03KG，同时生产0.736吨液氨，应为合成
塔每一小时氨产量为14T
即每小时产蒸汽量或者用水量为：
14/0.736X629.03=11.95T
•沸热锅炉软水带入热量：
Q软=XI1=629.03X293.08=184356.12KJ
蒸汽带出热量Q蒸=1576500.84+184356.12=1760856.96KJ
3合成水冷器热量衡算：
合成水冷器出口温度t出=38C，设气体先冷却至38C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为t入=110CP=25MPa由于气体在氨饱和区，故先计算常压下
气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp10=COpm+^Cpm=32.324KJ/KmolC
3
V水冷入=8647.94m热气带入热量Q10=V入Get11=8647.94X32.324X110/22.4=1372721.48KJ
（2）热气体带出热量Q11
111=38CP=25MPa由于气体在氨饱和区，故先计算常压下气体组分比热容然后用压
力校正法计算实际比热容Cp=Gopm+^Cpm=31.745KJ/KmolC
热气带出热量Q11=WG11t11=8607.94X31.745X38/22.4=463564.46KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水ta=32C冷却下水tb=44C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg
贝U冷却水吸收热量为"Q=Q吸-Q支=1372721.48-463564.46
=909156.54KJ
"Q=WP（tb-ta）X1000
3
•••W=909156.54/1000/4.18/（44-32）=18.13m
故生产14t液氨需要循环水W总=14/0.736X18.13m3=344.4T
由于合成水冷中用到淋洒式水冷，更具计算经验对以上数据进行校正：
需要循环水
W=344.4X1.3=448T
二、DN1000矮胖合成系统
1、合成塔热量计算
（1）合成塔出气体带出热量Q8
查t=294CP=25.12MPa混合气体热容，按查《化工工艺设计手册》（上册）物化数据图21-100气体热熔等温压力矫正并计算得：
Cp=COpm+/Cpn=32.318KJ/KmolC
二Q出=4200.2X32.684X294/22.4=1801791.286KJ
（2）合成塔热损失
根据经验公式Q损=〉wFw（tw-tb）
设塔壁温度tw=80C空气温度25C塔外壁高h=9m外径D=1.2m
则:
w=0.209tw+33.44=0.209X80+33.44=50.16KJ/m2.h.
•Q损=50.16F（tw-tb）=50.16X3.14X1.2X9X[80-（25）]=77963.6KJ
2.沸热锅炉热量计算：
（1）管内热气体带入热量Q'入
由合成塔热平衡计算得Q'入=1801791.286-77963.6=1723827.8KJ
（2）管内热气体带出热量Qs
设t9=200CP=25.02MPa
查《小氮肥工艺设计手册一理化数据》并计算得：
09=33.33KJ/Kmol.C
•Q9=V9G9t9=3785.43X33.33X200/22.4=1126503.4KJ
（3）软水吸收热量为Q吸=1723827.8-1126503.4=597323.39KJ
（4）软水量计算
设沸热锅炉加入软水温度t=70CP=3.6MPa副产1.6MPa饱和蒸汽需软水量X
查软水焓I1=293.08KJ/Kg蒸汽焓I2=2795.5KJ/Kg
由热平衡得：
Q'吸=0吸乂0.96=X（I2-I1）=597323.39KJ
X=Q/（I2-I1）=597323.39/（2795.5-293.08）=229.15KG
所以没1000Kmol合成气量需要软水量为229.03KG，同时生产0.316吨液氨，应为合成
塔每一小时氨产量为6T
即每小时产蒸汽量或者用水量为：
6/0.316X229.15=4.38T
•沸热锅炉软水带入热量：
Q软=XI1=229.15X293.08=67159.28KJ
蒸汽带出热量Q蒸=597323.39+67159.28=664482.68KJ
3合成水冷器热量衡算：
由题意知水冷器出口温度111=35C，设气体先冷却至35C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为t10=85CP=25MPa由于气体在氨饱和区，故先计算常压下气
体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cpio=Copm+"Cn=29.83KJ/KmolC
3V10=3804.46m3
热气带入热量Qio=MoCpiot11=3804.46X29.83X85/22.4=430643.19KJ
（2）热气体带出热量Q11
t11=35CP=25MPa由于气体在氨饱和区，故先计算常压下气体组分比热容然后用压力
校正法计算实际比热容Cp=Copm+"Cpm=26.552+0.046>4.18=26.25KJ/KmolC
热气带出热量Q11=V11Cp11t11=3804.46X26.25X35/22.4=156042.30KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水ta=30C冷却下水tb=38C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg
贝U冷却水吸收热量为"Q=C吸-Q支=430643.19-156042.305
=274600.885KJ
"Q=WCtb-ta）X1000
3
•••W=274600.885/1000/4.18/（38-30）=8.25m
33
故生产6t液氨需要循环水W总=6/0.315X8.25m=156m
4、醇化A水冷器
出口温度t11=36C，
（1）热气带入热量实际值为t10=80CP=12MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cpi0=Copm+/Cpn=19.73KJ/KmolC
V10=59500m3
热气带人热量Q10=V10Cp10t11=59500X19.73X80/22.4=4152625.3KJ
（2）热气体带出热量Q11
t11=36CP=12MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp=Copm+"Cm=19.35KJ/KmolC
热气带出热量Q11=V11Cp11t11=59500X19.35X36/22.4=1850343.9KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水ta=30C冷却下水tb=33C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg贝U冷却水吸收热量为"Q=C吸-Q支=4152625.3-1850343.9
=2302281.4KJ
"Q=WCtb-ta）X1000
3
•W=1850343.9/1000/4.18/（33-30）=183.6m3
3
故生产I4t液氨需要循环水W总=183.6m
4、醇化B水冷热量计算
水冷器出口温度t11=45C，
（1）热气带入热量实际值为t10=140CP=12MPa故先计算常压下气体组分比热容然后用压
力校正法计算实际比热容
Cpi0=Copm+"Cm=20.13KJ/KmolC
3
V10=119000m3
热气带入热量Q10=V10Cp10t11=119000X20.13X140/22.4=14971687.5KJ
（2）热气体带出热量Q11
t11=45CP=12MPa先计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp=Copm+/Cm=19.65KJ/KmolC
热气带出热量Qii=ViCpiitii=119000X19.65X45/22.4=4697578.13KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水ta=30C冷却回水tb=33C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg贝U冷却水吸收热量为"Q=C吸-Q支=14971687.5-4697578.13
=10274108.9KJ
zdQ=Wp（Ib-ta）X1000
3
•••W=10274108.9/1000/4.18/（33-30）=819.3m
3
需要循环水W总=819.3m
5、烷化塔水冷量计算：
1#和2#醇化水冷以后，气体一并去烷化水冷
烷化塔水冷器出口温度111=60C，设气体先冷却至35C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为te=85CP=12MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校
正法计算实际比热容
Cp10=Copm+dCpn=19.93KJ/KmolC
3
V10=58500m
热气带出热量Q1o=VoCp1ot11=58500X19.93X85/22.4=4424193.1KJ
（2）热气体带出热量Q11
111=60CP=12MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp=COpm+dCpm=19.75KJ/KmolC
热气带出热量Q11=WGnt11=58500X19.75X60/22.4=3094754.3KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水ta=31.5C冷却下水tb=34.2C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg贝U冷却水吸收热量为"Q=C吸-Q支=4424193.1-3094754.3
=1329438.6KJ
dQ=WCtb-ta）X1000
•W=1329438.6/1000/4.18/（34.2-31.5）=117.8m3
需要循环水W总=117.8m
二厂
二分厂合成工段共有两套合成系统：
DN800高压双甲系统，DN1000合成系统和DN600合
成系统；其中DN1000合成系统2004年由南京昊安设计8.5万吨氨/年。
现阶段二分厂26.0MPa生产，氨净值10%合成系统压差2.5MPa,年产合成氨可达到7万吨，粗甲醇1.5万吨。
1、6#DN1000合成系统
（1）合成塔出气体带出热量Q8
查t=290CP=25.12MPa混合气体热容，按查《化工工艺设计手册》（上册）物化数
据图21-100气体热熔等温压力矫正并计算得：
Cp=COpm+dCpm=32.218KJ/KmolC
•Q出=5500.56X32.218X290/22.4=2294327.78KJ
（2）合成塔热损失
根据经验公式Q损=〉wFw（tw-tb）
设塔壁温度tw=50C空气温度25C塔外壁高h=16m外径D=1.2m
则：
w=0.209tw+33.44=0.209X50+33.44=43.89KJ/m2.h.
Q损=43.89F（tw-tb）=43.89X3.14X1.2X16X[50-（25）]=66229.23KJ
2.沸热锅炉热量计算：
（1）管内热气体带入热量Q'入
由合成塔热平衡计算得Q'入=2294327.78-66229.23=2228097.8KJ
（2）管内热气体带出热量Qs
设t9=210CP=26.02MPa
查《小氮肥工艺设计手册一理化数据》并计算得：
09=32.13KJ/Kmol.C
•••Q9=VCp9t9=5438.43X31.93X200/22.4=1550438.13KJ
⑶软水吸收热量为Q吸=2228097.8-1550438.13=677659.6KJ
（4）软水量计算
设沸热锅炉加入软水温度t=75CP=3.6MPa副产1.3MPa饱和蒸汽需软水量X
查软水焓I1=314.01KJ/Kg蒸汽焓I2=2796.3KJ/Kg
由热平衡得：
Q'吸=0吸乂0.96=X（I2-I1）=650552.64KJ
X=Q/（I2-I1）=650552.64/（2796.3-314.01）=262.1KG
所以没1000Kmol合成气量需要软水量为262.1KG,同时生产0.440吨液氨，应为合成塔
每一小时氨产量为8.5T
即每小时产蒸汽量或者用水量为：
8.5/0.440X262.14=5.18T
•沸热锅炉软水带入热量：
Q软=XI1=262.1X314.01=82302.02KJ
蒸汽带出热量Q蒸=599967.8+82302.02=517665.7KJ
3、合成水冷器热量衡算：
已知水冷器出口温度111=34C,设气体先冷却至35C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为t10=123CP=26MPa由于气体在氨饱和区，故先计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp10=Copm+ZlCpn=32.93KJ/KmolC
3
V10=5435.43m热气带入热量Q10=V10Cp10t11=5435.43X32.93X123/22.4=982839.8KJ
（2）热气体带出热量Q11
t11=34CP=26MPa由于气体在氨饱和区，故先计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容Cp=COpm+"Cpn==30.75KJ/KmolC
热气带出热量Q11=V11Cp11t11=5435.43X30.75X34/22.4=253693.4KJ
（3）冷水量计算设需冷水量W冷却上水ta=31C冷却下水tb=36C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg贝U冷却水吸收热量为"Q=C吸-Q支=982839.8-253693.4
=729146.4KJ
"Q=WP（tb-ta）X1000
3
•W=729146.4/1000/4.18//（36-31）=34.9m3
33
故生产8.5t液氨需要循环水W总=8.5/0.450X34.9m=659m
4、1000醇化水冷
已知水冷器出口温度111=48C，设气体先冷却至48C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为t10=107CP=26MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cpio=Copm+"Cn=30.50KJ/KmolC
3
V10=54700m3
热气带入热量Qio=VoCpiot11=54700X30.50X107/22.4=7969350.5KJ
（2）热气体带出热量Qii
t11=48CP=25MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp=COpm+^Cpm==26.2KJ/KmolC热气带出热量Q11=V11Cp11t11=54700X26.2X48/22.4=3071014.3KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水ta=28.5C冷却下水tb=32.5C冷却水比热容Cpl=4.18KJ/Kg贝U冷却水吸收热量为"Q=C吸-Q支=7969350.5-3071014.3
=4898336.2KJ
"Q=WCtb-ta）X1000
3
•••W=4898336.2/1000/4.18/（32.5-28.5）=293m
3
故需要循环水W、=293m
5、600醇化水冷
已知水冷器出口温度111=32.20C,设气体先冷却至35C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为110=68.5CP=26MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校
正法计算实际比热容
Cp10=COpm+"Cn28.73KJ/KmolC
3
V10=28000m3
热气带入热量Q10=V10Cp10t11=28000X28.73X68.5/22.4=1801556.8KJ
（2）热气体带出热量Q11
t11=32.2CP=25MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp=Copm+"Cpm==25.97KJ/KmolC
热气带出热量Q11=V11Cp11t11=28000X25.97X32.2/22.4=1045292.6KJ
ta=28.5C冷却下水tb=32.5C冷却水比热容CpL=4.18KJ/Kg
Q=C吸-Q支=1801556.8-1045292.6
=756264.2KJ
（3）冷水量计算
设需冷水量W冷却上水
则冷却水吸收热量为"
"Q=WCtb-ta）X1000
•W=756264.2/1000/4.18//（32.5-28.5）=108.8m
3
故生产8.5t液氨需要循环水W总=108.8m
6、烷化水冷计算：
该水冷器出口温度tn=28C，设气体先冷却至28C后再进行冷交换
（1）热气带入热量实际值为t10=51.5CP=25MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp10=Copm+/Cpn=28.43KJ/KmolC
V10=27000m3
热气带入热量Q10=V10Cp10t11=27000X28.73X51.5/22.4=1783440.4KJ
（2）热气体带出热量Q11
t11=28CP=25MPa计算常压下气体组分比热容然后用压力校正法计算实际比热容
Cp=Copm+"Cm==25.67KJ/KmolC
热气带出热量Q11=V11Cp11t11=27000X25.67X28/22.4=866362.5KJ
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