第三章 物料衡算和热量衡算
设出口气体中含有x kmol/h 的蒸汽，根据分压定律有：
x/(14664.4-4370.6+x)×115.5=7.375
解得 x=702.12kmol/h=12638kg/h
表11 换热气体壳方的物料平衡表
组分 流量和组成 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 合计 Kmol/h 131.7 168.4 527.8 入 口 气 体 出 口 气 体 冷凝水 ∴蒸汽的冷凝量=78671-12638=66033kg/h
因此得到换热气体壳方的物料平衡如表11：
Kg/h 5530 7410 16890 %(mol) 0.898 1.148 3.60 %(wt) 1.402 1.877 4.282 58.58 19.93 7.692 1.04 1.273 0.0946 3.83 100 Kmol/h 131.7 168.4 527.8 Kg/h 5530 7410 %(mol) %(wt) 1.198 1.531 1.68 2.254 5.142 70.34 3.846 9.237 1.247 1.528 Kg/h 66033 66033 %(wt) 100 100 16890 4.804 8257.5 231210 56.31 4370.6 572.6 100 185.9 6.7 343.2 78671 30348 4104 29.80 3.904 0.68 8257.5 231210 75.089 702.12 572.6 100 185.9 6.7 343.2 12638 30348 4104 6.385 5.206 0.909 5018 1.269 374 0.045 5018 1.692 374 0.0606 0.1136 4.599 100 15100 2.342 100 15100 3.123 100 14664.4 394655 10995.9 328622 (3) 热衡算
a. 换热器入口气体带入热Q1=377.34×105kJ/h b. 蒸汽冷凝放出热Q2 40℃水汽化热为2410.1kJ/kg Q2=66033×2401.1=158.6×106kJ/h
c. 冷凝液带出热Q3=66033×4.184×（40-0）=110.5×105kJ/h d. 出口气体带出热Q4
出口气体各组分在0～40℃的平均摩尔热容如表12
表12 出口气体各组分在0～40℃的平均摩尔热容
物质 CP C3H6 61.92 C3H8 72.38 O2 29.46 N2 29.29 19
H2O 36.75 AN 63.35 ACN 52.09 HCN 62.76 ACL 65.61 CO2 38.66 年产200000吨丙烯腈工段工艺合成设计
Q4=
（131.7×61.92+168.4×72.38+527.8×29.46+8257.5×29.29+702.12×36.75+572.6×63.35+100×52.09+185.9 ×62.76+6.7 ×65.61+343.2×38.66）×（40-0）=148.17×105kJ/h
e. 热量衡算求换热器的热负荷
热平衡方程： Q1+ Q2= Q3+ Q4+ Q5 解得 Q5=170.5×106kJ/h
3.7 水吸收塔物料衡算和热量衡算
(1) 计算依据
a. 入塔气流量和组成与换热器出口气体相同。
b. 入塔气温度40℃，压力143kPa。出塔气温度10℃，压力101kPa。
c. 入塔吸收液温度5℃。
d. 出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）。 (2) 物料衡算
a. 进塔物流（包括气体和凝水）的组成和流量与换热器出口相同。
b. 出塔气的组成和量
设入塔气中的AN、HCN、ACL、ACN等组分全部被水吸收，C3H6、C3H8、O2、N2、CO2等组分不溶于水.出塔气中含有水蒸气得量按分压定律求得，计算如下：
10℃水的饱和蒸汽压p○H2O=1228Pa，总压为101325 Pa，出塔气中干气总量=131.7 +168.4+527.8+8257.5 +343.2 =9428.6kmol/h。因此，出塔气含有水蒸汽量：
1228/(101325-1228)×9428.6=115.7 kmol/h=2082kg/h 出塔气总量为
5530+7410 +16890 +231210 +15100 +2082=278222kg/h c. 塔顶加入的吸收水量
(a)出塔AN溶液总量 出塔AN溶液中，AN为1.8%（wt），AN的量为30348kg/h，(b) 塔顶加入的吸收水量
因此，出塔AN溶液总量为30348/0.018=16.86×105kg/h
入塔吸收液量=16.86×105+278222-10995.9-66033=16.37×105kg/h
d. 塔底AN溶液的组成和量 AN、HCN、ACN、ACL全部被水吸收，因为塔底AN溶液中的AN、HCN、ACN、ACL的量与进塔气、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。
AN 溶液中的水=塔底AN溶液量+进塔气液混合物带入的水-出塔气带出的水
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第三章 物料衡算和热量衡算
=16.37×105+12638+66033-2082=17.1×105kg/h
e.水吸收塔物料平衡如下： 组分 流量和 Kmol/组成 Kg/h h ) %(mol%(wt) Kg/h Kg/h h 入塔入 塔 气 凝液 水 Kmol/Kg/h ) %(mol%(wt) h Kmol/Kg/h ) %(mol%(wt) 入塔出 塔 气 塔底出口AN溶液 C3H6 131.7 5530 1.198 1.68 131.7 5530 1.380 1.989 0 0 0 0 C3H8 168.4 7410 1.531 2.254 168.4 7410 1.764 2.662 0 0 0 0 O2 527.8 16890 4.804 8257.231210 75.085.142 527.8 16890 5.535 8257.2312186.51 5 0 6.074 0 0 0 0 N2 70.34 5 702.19 16.3×83.09 0 0 171000 0 H2O 12638 6.385 2 3.846 66033 10 9.237 0 0 0 0 5115.7 2082 1.212 0.748 95000 00 99.05 0.61997.64 AN 572.6 30348 5.206 572.6 30348 9 1.8 ACN 100 4104 0.909 1.247 0 0 0 0 100 4104 0.108 0.0070.243 0.0221 0.298 HCN 185.9 5018 1.692 6.7 374 0.0601.528 0.113 0 0 21
0 0 0 0 0 0 185.9 5018 22 6.7 374 0.202 ACL 年产200000吨丙烯腈工段工艺合成设计
6 6 CO2 343.2 15100 3.123 1099532862100 .9 2 4.599 16.3×343.2 15100 3.599 9544.3 27324100 5 5.453 0 958650 174980 0 合计 100 66033 10 5100 .2 44 100 100
(3) 热量衡算 a. 入塔气带入热Q1
气体各组分在0～40℃的平均摩尔热容为:
物质 C3H6 CP
61.92
C3H8 72.38
O2 29.46
N2 29.29
H2O 36.75
AN 63.35
HCN 52.10
ACN 65.61
ACL 62.76
CO2 38.66
Q1=（131.7 ×61.92+168.4×72.38+527.8×29.46+8257.5
×29.29+702.12×36.75+572.6×63.35+100×52.09+185.9 ×62.76+6.7 ×65.61+
343.2×38.66）×（40-0）=148.17×105kJ/h
b. 入塔凝水带入热Q2
Q2=66033×4.184×（40-0）=110.5×105kJ/h c. 出塔气带出热Q3
Q3=（131.7 ×61.92+168.4 ×72.38+527.8×29.46+8257.5 ×29.29+115.7× 36.75+343.2×38.66）×（10-0）=2.95×106kJ/h d. 吸收水带入热Q4
Q4=16.37×105×4.184×（5-0）=342.5×105kJ/h e. 出塔AN溶液带出热Q5
AN溶液中各组分的液体摩尔热容如下：
组分
H2O
AN
ACN
HCN
ACL
cP/[kJ/(kmol· k)]
75.3 121.1 107.3 71.55 123.8
Q5=(95000×75.3+572.6×121.1+100×107.3+185.9×71.55+6.7×123.8) ×t=72.5×105t e. 水冷凝放热Q6
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