27万吨年丙烯腈项目73 附录三 能量衡算计算书.docx
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27万吨年丙烯腈项目73附录三能量衡算计算书
27万吨/年丙烯腈项目
能量衡算计算书
1概述
本项目拟建一套年产27万吨的丙烯腈装置，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。
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。
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。
2能量衡算目的
（1）确定流程中机械所需的功率，为设备设计和选型提供依据。
（2）确定精馏各单元操作中所需的热量或冷量及传递速率，确定加热蒸汽和冷却剂的用量，为后续换热和公用工程的设计做准备。
（3）确定反应过程中的热交换量，指导反应器的设计和选型。
（4）最终计算出所需的能量和费用，判定工艺过程的经济性。
3能量衡算方法
根据能量守恒：
输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量
本装置主要是反应器，精馏塔，换热器就，泵，输入整个生产系统的能量主要有电能、加热蒸汽带入的能量和进入物料的焓，输出的能量有冷却剂带走的能量和输出物料的焓。
Q+W=Hout–Hin
式中：
Q—设备的热负荷。
W—输入系统的机械能。
Hout—离开设备的各物料焓之和。
Hin——进入设备的各物料焓之和。
4系统能量衡算
4.1丙烷脱氢反应工段
图4-1丙烷脱氢反应工段流程图
表4-1加热炉F0101能量衡算表
in
out
物流编号
4
5
6
TemperatureC
133.6
300
600
Pressurebar
3
3
3
VaporFrac
1
1
1
TotalFlowkmol/hr
7300
2420.4
11425.80
TotalFlowkg/hr
131512
106430
237942
EnthalpyMW
-482.89
-50.18
-469.16
∑Hin（MW）
-533.07
∑Hout（MW）
-469.16
△Q（MW）
70.79
表4-2第一脱氢反应器R0101能量衡算表
in
out
物流编号
6
7
TemperatureC
600
502.5
Pressurebar
3
2
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
9720.4
10227.5
TotalFlowkg/hr
237941.13
237941.13
EnthalpyMW
-469.16
-469.16
∑Hin（MW）
-469.16
∑Hout（MW）
-469.16
△Q（MW）
0
表4-3氢气选择性氧化反应器R0102能量衡算表
in
out
物流编号
9
10
TemperatureC
489.25
600
Pressurebar
2
2
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
11387.5
11153.8
TotalFlowkg/hr
271423
271423
EnthalpyMW
-467.02
-478.80
∑Hin（MW）
-467.02
∑Hout（MW）
-478.80
△Q（MW）
-11.78
表4-4第二脱氢反应器R0103能量衡算表
in
out
物流编号
10
11
TemperatureC
600
553.26
Pressurebar
2
2
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
11153.84
11425.80
TotalFlowkg/hr
271423
271423
EnthalpyMW
-478.8
-478.8
∑Hin（MW）
-478.8
∑Hout（MW）
-478.8
△Q（MW）
0
4.2脱氢产物预分离工段
图4-2脱氢产物预分离工段流程图
表4-5干燥塔T0201能量衡算表
in
out
物流编号
13
15
H2O
TemperatureC
80.9
80.9
80.9
Pressurebar
1
1
1
VaporFrac
1
1
0
TotalFlowkmol/hr
7118.097
3633.401
3484.696
TotalFlowkg/hr
193461
130683
62778
EnthalpyMW
-271.58
-39.38
-232.2
∑Hin（MW）
-271.58
∑Hout（MW）
-271.58
△Q（MW）
0
表4-6变压吸附塔T0202能量衡算表
in
out
物流编号
15
16
H2
TemperatureC
80.9
80.9
80.9
Pressurebar
1
1
1
VaporFrac
1
1
1
TotalFlowkmol/hr
3633.401
3387.906
245.495
TotalFlowkg/hr
130683
130188
494.9
EnthalpyMW
-39.38
-39.44
0.06
∑Hin（MW）
-39.38
∑Hout（MW）
-39.38
△Q（MW）
0
表4-7压缩机C0201能量衡算表
in
out
物流编号
16
17
TemperatureC
80.9
285.1
Pressurebar
1
25
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
3387.906
3387.906
TotalFlowkg/hr
130188
130188
EnthalpyMW
-39.445
-24.428
∑Hin（MW）
-39.445
∑Hout（MW）
-24.428
△Q（MW）
15.017
表4-8深冷分离塔T0203能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0203进料
-41.713
T0203塔顶出料
-3.65
T0203塔釜出料
-45.102
再沸器
9.611
冷凝器
16.65
合计
-32.102
合计
-32.102
4.3丙烷丙烯分离工段
图4-3丙烷丙烯分离工段流程图
表4-9热泵精馏塔T0301能量衡算表
入方（MW）
出方（MW）
T0301进料
-45.10
T0301塔顶出料
88.79
T0301塔顶回流
31.99
T0301塔底出料
-572.18
T0301塔底回流
-470.28
合计
-483.39
合计
-483.39
表4-10压缩机C0301能量衡算表
in
out
物流编号
28
S34
TemperatureC
36.6
70.2
Pressurebar
10.2
20.8
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
18302.47
18302.47
TotalFlowkg/hr
806517
806517
EnthalpyMW
-522.12
-508.65
∑Hin（MW）
-522.12
∑Hout（MW）
-508.65
△Q（MW）
13.47
4.4氨氧化反应工段
图4-4氨氧化反应工段流程简图
表4-11氨氧化反应器R0401能量衡算表
in
out
物流编号
S14
38
TemperatureC
240
450
Pressurebar
2
2
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
9018.606
9517.976
TotalFlowkg/hr
259949
259949
EnthalpyMW
10.973
-103.95
∑Hin（MW）
10.973
∑Hout（MW）
-103.95
△Q（MW）
114.923
表4-12压缩机C0401能量衡算表
in
out
物流编号
37
S11
TemperatureC
30
121.6
Pressurebar
1
2
VaporFrac
1
1
TotalFlowkmol/hr
7250
7250
TotalFlowkg/hr
209165
209165
EnthalpyMW
-522.12
-508.65
∑Hin（MW）
0.29
∑Hout（MW）
5.70
△Q（MW）
5.41
4.5氨氧化产物预分离工段
图4-5氨氧化产物预分离工段流程图
表4-13急冷塔T0501能量衡算表
入方（MW）
出方（MW）
反应气进料
-135.21
塔顶出料
-112.33
急冷水进料
-7.93
塔底出料
-52.162
硫酸进料
-21.355
合计
-164.495
合计
-164.495
表4-14水洗塔T0502能量衡算表
入方（MW）
出方（MW）
反应气进料
-32.581
塔顶出料
-12.771
吸收剂进料
-206.67
塔底出料
-347.14
液相进料
-120.66
合计
-359.911
合计
-359.911
表4-15初馏塔T0503能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0503进料
-343.21
T0503塔顶出料
-2.658
T0503塔釜出料
-326.59
再沸器
15.59
冷凝器
1.632
合计
-327.62
合计
-327.616
表4-16分水塔T0504能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0504进料
-326.59
T0504塔顶出料
-117.65
T0504塔釜出料
-211.22
再沸器
37.168
冷凝器
39.449
合计
-289.422
合计
-289.419
表4-17氢氰酸精馏塔T0505能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0505进料
-120.66
T0505塔顶出料
4.122
T0505塔釜出料
-122.28
再沸器
36.412
冷凝器
33.916
合计
-84.248
合计
-84.248
4.6四效蒸发工段
图4-6四效蒸发工段流程图
表4-18第一蒸发器E0601能量衡算表
in
out
物流编号
62
63
64
TemperatureC
81.7
151.7
151.7
Pressurebar
5.2
5.2
5.2
VaporFrac
0
1
0
TotalFlowkmol/hr
731.743
74.86
656.878
TotalFlowkg/hr
18804.01
1552.701
17251.31
EnthalpyMW
-52.158
-4.158
-45.90
∑Hin（MW）
-52.158
∑Hout（MW）
-50.058
△Q（MW）
2.1
表4-19第二蒸发器E0602能量衡算表
in
out
物流编号
64
66
67
TemperatureC
151.7
126.8
126.8
Pressurebar
5.2
2.4
2.4
VaporFrac
0
1
0
TotalFlowkmol/hr
656.878
107.925
548.953
TotalFlowkg/hr
17251.31
2069.929
15181.38
EnthalpyMW
-45.90
-6.668
-38.522
∑Hin（MW）
-45.90
∑Hout（MW）
-45.19
△Q（MW）
0.71
表4-20第三蒸发器E0603能量衡算表
in
out
物流编号
67
70
71
TemperatureC
126.8
80.1
80.1
Pressurebar
2.4
0.5
0.5
VaporFrac
0
1
0
TotalFlowkmol/hr
548.953
161.835
387.118
TotalFlowkg/hr
15181.38
2970.656
12210.72
EnthalpyMW
-38.522
-10.585
-26.708
∑Hin（MW）
-38.522
∑Hout（MW）
-37.293
△Q（MW）
1.229
表4-21第四蒸发器E0604能量衡算表
in
out
物流编号
71
74
76
TemperatureC
80.1
63.3
63.3
Pressurebar
0.5
0.2
0.2
VaporFrac
0
1
0
TotalFlowkmol/hr
387.118
178.359
208.759
TotalFlowkg/hr
12210.72
3235.744
8974.978
EnthalpyMW
-26.708
-11.87
-12.938
∑Hin（MW）
-26.708
∑Hout（MW）
-24.808
△Q（MW）
1.9
4.7丙烯腈精制工段
图4-7丙烯腈精制工段流程图
表4-22萃取精馏塔T0701能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0701进料
-122.28
T0701塔顶出料
-3.104
循环水相进料
-18.704
T0701塔釜出料
-139.55
再沸器
83.67
冷凝器
85.34
合计
-57.314
合计
-57.314
表4-23丙烯腈分离塔T0702能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0702进料
13.943
T0702塔顶出料
16.946
腈相回流
16.495
T0702塔釜出料
27.228
再沸器
13.736
合计
44.174
合计
44.174
表4-24水分离塔T0703能量衡算表
in（MW）
out（MW）
水相回流
-12.075
T0703塔顶出料
0.144
再沸器
0.302
T0703塔釜出料
-11.916
合计
-11.773
合计
-11.772
4.8乙腈精制工段
图4-8乙腈精制工段流程图
表4-25常压精馏塔T0801能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0801进料
-144.33
T0801塔顶出料
-3.31
T0801塔釜出料
-171.33
气相回流
-26.682
冷凝器
3.628
合计
-171.012
合计
-171.012
表4-26高压精馏塔T0802能量衡算表
in（MW）
out（MW）
T0802进料
-2.779
T0802塔顶出料
-10.434
液相回流
-11.09
T0802塔釜出料
1.086
再沸器
4.521
合计
-9.348
合计
-9.348
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