安徽理工weteam設(shè)計(jì)集4能量平衡計(jì)算書(shū)

一.概述

擬建一套年產(chǎn)15萬(wàn)噸的克勞斯硫磺回收裝置，在全工藝段中伴隨著物料從一系或單元進(jìn)入另一系或單元，在發(fā)生質(zhì)量傳遞的同時(shí)也伴隨著能量的消耗、釋放和轉(zhuǎn)化。其中的能量變換數(shù)量關(guān)系可以從能量衡算求得，對(duì)于新設(shè)計(jì)的車(chē)間，可以由此確定設(shè)備的熱負(fù)荷。再根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備。總之，通過(guò)下述能量衡算，可以為后續(xù)設(shè)計(jì)工作中提高熱量的利用率，降低能耗提供主要依據(jù)。

二.熱量衡算原理

工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算書(shū)的編制。其中一個(gè)主要依據(jù)是能量平衡方程：

QinQoutQl

其中，

Qin——表示輸入設(shè)備熱量的總和；

Qout——表示輸出設(shè)備熱量的總和；

Ql——表示損失熱量的總和。對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)：

其中，

Q+W=∑Hout-∑Hin

Q——設(shè)備的熱負(fù)荷。W—

—輸入系統(tǒng)的機(jī)械能。

∑Hout——離開(kāi)設(shè)備的各物料焓之和。

∑Hin——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。

在進(jìn)行全廠(chǎng)熱量衡算時(shí)，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放和單純的物理變化帶來(lái)的熱量變化。最終對(duì)全工藝段進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作。

三.熱量衡算任務(wù)

在進(jìn)行硫磺回收裝置的熱量衡算中，主要通過(guò)定量計(jì)算完成下述基本任務(wù)：

①確定工藝單元中物料輸送機(jī)械（如泵）所需要的功率，以便于進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型；

②確定吸收等單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計(jì)算換熱設(shè)備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗量，為后續(xù)設(shè)計(jì)中比如供汽、供冷、供水等專(zhuān)業(yè)提供設(shè)備條件；

③確定為保持一定反應(yīng)溫度所需移除或者加入的熱傳遞速率，指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和選型；

④提高熱量?jī)?nèi)部集成度，充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗；

⑤最終計(jì)算出總需求能量和能量的費(fèi)用，并由此確定工藝過(guò)程在經(jīng)濟(jì)上的可行性。

四.硫化氫燃燒工段

空氣預(yù)熱器

表4-1熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

0.

in

out

Temperature（℃）

37.2

80

Pressure（bar）

0.013

0.013

VaporFrac

1

1

MoleFlow（kmol/hr）

3000

3000

MassFlow（kg/hr）

86551.192

86551.192

VolumeFlow（cum/hr）

5.89571×106

670880×106

Enthalpy（Gcal/hr）

0.255

1.152

表4-2流股焓變計(jì)算表

表4-3熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0.897

0.255

1.152

0

燃燒爐

4-4熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-23.770028

表4-5流股焓變計(jì)算表

in Out

Temperature（℃）

80

37.2

871.3

Pressure（bar）

0.013

2.2

1.4

VaporFrac

1

1

1

MoleFlow（kmol/hr）

3000

1037.253

3911.311

MassFlow（kg/hr）

86551.192

36984.223

123535.415

VolumeFlow（cum/hr）

670880×106

12000

265947.605

Enthalpy（Gcal/hr）

1.152

-20.221

-42.839

表4-6熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

-23.770028

-19.069

-42.839

0

閃蒸塔

表4-7熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

0

表4-8流股焓變計(jì)算表

in out

Temperature（℃）

200

200

200

Pressure（bar）

1.4

1.4

1.4

VaporFrac

0.875

0

1

MoleFlow

（kmol/hr）

3985.505

499.622

3485.883

MassFlow（kg/hr）

115976.387

15901.526

100074.861

VolumeFlow

（cum/hr）

97952.992

28.099

97924.892

Enthalpy

（Gcal/hr）

-35.045

21.725

-56.771

表4-9熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0

-35.045

35.045

0

冷凝器

表4-10熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-0.22722

in

out

Temperature（℃）

200

172

Pressure（bar）

1.4

4.116

VaporFrac

0

0

MoleFlow

（kmol/hr）

499.622

499.622

MassFlow（kg/hr）

15901.526

15901.526

VolumeFlow

（cum/hr）

28.099

27.878

Enthalpy

（Gcal/hr）

21.725

21.498

表4-11流股焓變計(jì)算表

表4-12熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0.227

21.725

21.498

0

五． 硫回收工段

一級(jí)再熱器

表5-1熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

3.3948

表5-2流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

200

325

Pressure（bar）

1.4

1.4

VaporFrac

1

1

MoleFlow（kmol/hr）

3485.883

3485.883

MassFlow（kg/hr）

100074.861

100074.861

VolumeFlow（cum/hr）

97924.892

123855.139

Enthalpy（Gcal/hr）

-56.771

-53.376

表5-3熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

3.395

-56.771

-53.376

0

一級(jí)轉(zhuǎn)化器

表5-4熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

0.

表5-5流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

325

200

Pressure（bar）

1.4

1.4

VaporFrac

1

0.965

MoleFlow（kmol/hr）

3485.883

3567.769

MassFlow（kg/hr）

100074.861

100074.861

VolumeFlow（cum/hr）

123855.139

96713.288

Enthalpy（Gcal/hr）

-53.376

-52.731

表5-6熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0.645

-53.376

-52.731

0

一級(jí)閃蒸器

表5-7熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-2.381×10-15

表5-8流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

200

200

200

Pressure（bar）

1.4

1.4

1.4

VaporFrac

0.965

0

1

MoleFlow

（kmol/hr）

3567.769

125.229

3442.540

MassFlow（kg/hr）

100074.861

3982.098

96092.764

VolumeFlow

（cum/hr）

96713.289

7.035

96706.254

Enthalpy

（Gcal/hr）

-52.731

5.417

-58.148

表5-9熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0

-52.731

52.731

0

一級(jí)冷凝器

表5-10熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-0.

表5-11流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

200

165

Pressure（bar）

1.4

4.116

VaporFrac

0

0

MoleFlow（kmol/hr）

125.229

125.229

MassFlow（kg/hr）

3982.098

3982.098

VolumeFlow（cum/hr）

7.035

6.967

Enthalpy（Gcal/hr）

5.417

5.346

表5-12熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

-0.071

5.417

5.346

0

二級(jí)再熱器

表5-13熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

1.

表5-14流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

200

265

Pressure（bar）

1.4

1.4

VaporFrac

1

1

MoleFlow（kmol/hr）

3442.540

3442.540

MassFlow（kg/hr）

96092.764

96092.764

VolumeFlow（cum/hr）

96706.254

110026.626

Enthalpy（Gcal/hr）

-58.148

-56.43

表5-15熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

1.718

-58.148

-56.43

0

二級(jí)轉(zhuǎn)化器

表5-16熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-0.

表5-17流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

265

200

Pressure（bar）

1.4

1.4

VaporFrac

1

0.987

MoleFlow（kmol/hr）

3442.540

3472.237

MassFlow（kg/hr）

96092.764

96092.763

VolumeFlow（cum/hr）

110026.626

96265.835

Enthalpy（Gcal/hr）

-56.43

-56.680

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0.25

-56.43

-56.680

0

表5-18熱量平衡計(jì)算一覽表

二級(jí)閃蒸器

表5-19熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

0

表5-20流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

200

200

200

Pressure（bar）

1.4

1.4

1.4

VaporFrac

0.987

0

1

MoleFlow

（kmol/hr）

3472.237

45.452

3426.785

MassFlow（kg/hr）

96092.763

1444.815

94647.948

VolumeFlow

（cum/hr）

96265.835

2.552

96263.282

Enthalpy

（Gcal/hr）

-56.680

1.962

-58.642

表5-21熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0

-56.680

56.68

0

二級(jí)冷凝器

表5-22熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-0.

in

out

Temperature（℃）

200

159

Pressure（bar）

1.4

4.116

VaporFrac

0

0

MoleFlow（kmol/hr）

45.452

45.452

MassFlow（kg/hr）

1444.815

1444.815

表5-23流股焓變計(jì)算表

VolumeFlow（cum/hr）

2.552

2.523

Enthalpy（Gcal/hr）

1.962

1.932

表5-24熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

-0.03

1.962

1.152

0

六．尾氣處理工段

尾氣爐

表6-1熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

6.

表6-2流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

200

20

900

Pressure（bar）

1.3

1.013

1.4

VaporFrac

1

1

1

MoleFlow

（kmol/hr）

1054.535

100

1150.249

MassFlow（kg/hr）

28166.373

2885.040

31051.413

VolumeFlow

（cum/hr）

31760.837

2404.236

80123.251

Enthalpy

（Gcal/hr）

-61.503

-0.004

-54.583

表6-3熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

6.924

61.507

-54.583

0

冷凝器

表6-4熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-19.517761

表6-5流股焓變計(jì)算表

in

out

Temperature（℃）

900

20

Pressure（bar）

1.4

1.4

VaporFrac

1

0.12

MoleFlow（kmol/hr）

1150.249

1148.707

MassFlow（kg/hr）

31051.413

31051.413

VolumeFlow（cum/hr）

80123.251

2418.252

Enthalpy（Gcal/hr）

-54.583

-74.101

表6-6熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

-19.518

-54.583

-74.101

0

分離器

表6-7熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

0.

in

out

Temperature（℃）

20

20

20

Pressure（bar）

1.4

1.4

1.4

VaporFrac

0.12

0.094

1

MoleFlow

（kmol/hr）

1148.707

946.625

203.112

MassFlow（kg/hr）

31051.413

18039.058

13012.354

表6-8流股焓變計(jì)算表

VolumeFlow

（cum/hr）

2418.252

1562.225

3472.872

Enthalpy

（Gcal/hr）

-74.101

-58.820

-14.426

表6-9熱量平衡計(jì)算一覽表

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0.855

-74.101

-73.246

0

吸收塔

表6-10熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

0

表6-11流股焓變計(jì)算表

in out

Temperature

（℃）

20

20

55

33

Pressure

（bar）

1.4

1.4

1.013

1.013

VaporFrac

0

1

1

0

MoleFlow

（kmol/hr）

447.660

203.112

168.695

474.965

MassFlow

（kg/hr）

11928.119

13012.354

9808.978

15131.496

VolumeFlow

（cum/hr）

9.122

3472.872

4500.349

11.594

Enthalpy

（Gcal/hr）

-35.989

-14.426

-11.639

-38.776

W（Gcal/hr）

Q（Gcal/hr）

Hin（Gcal/hr）

Hout（Gcal/hr）

Error

0

0

-50.415

-50.415

0

表6-12熱量平衡計(jì)算一覽表

七.副產(chǎn)碳酸氫銨工段

副產(chǎn)碳酸氫銨反應(yīng)器

表7-1熱負(fù)荷表

W Q

HeatDuty（Gcal/hr）

0

-1.