化工设计竞赛附录2热量平衡计算书0002.docx
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化工设计竞赛附录2热量平衡计算书0002
热量平衡计算书
热量平衡计算书
第一章总述
本项目的目标是为南京扬子石化有限公司设计一座乙烯法生产醋酸乙烯装置。
本项目使用来自扬子石化的乙烯、其合资企业的乙酸和空气为主要原料，通过乙烯法获得纯度为99.9%的乙酸乙烯酯，年产量15万吨。
在生产过程中，伴随着物料从一个体系或单元进入另一个体系或单元，过程中发生着质量传递的同时也伴随着能量的消耗、转移和释放。
其中的能量变换关系和数量可以从能量衡算求得。
对于一个项目的设计，可以依此来确定设备的热负荷。
再根据设备的热负荷大小、所处理的物料的性质及工艺要求来选择恰当的设备。
总之，通过下述能量衡算，可以为下个阶段工作中能量的优化利用，降低能耗提供主要依据。
第二章本项目能量衡算
2.1能量衡算的原理和准则
工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。
其中一个主要依据是能量平衡方程：
输入设备热量的总和=出设备热量的总和+损失热量的总和
对于连续系统：
Q+W=ΣHout-ΣHin
其中，
Q——设备的热负荷。
W——输入系统的机械能。
ΣHout——离开设备的各物料焓之和。
ΣHin——进入设备的各物料焓之和。
在进行全厂热量衡算时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。
最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。
2.2能量衡算任务
在进行本项目装置的热量衡算中，主要通过定量计算完成下述基本任务：
（1）确定工艺单元中物料输送机械（如泵）所需要的功率，以便于进行设备的设计和选型；
（2）确定吸收等单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件；
（3）确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型；
（4）提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗；
（5）最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。
第三章能量衡算表
3.1反应工段
1.M0101原料气混合器
表3.1-1进出物料表
IN
OUT
Units
RS101
RS102
S101
S102
S103
S107
From
V0301
FS0203
M0101
To
M0101
M0101
M0101
M0101
M0101
M0103
Phase:
Vapor
Phase
Vapor
Phase
Vapor
Phase
Vapor
Phase
Vapor
Phase
VaporPhase
MoleFlow
kmol/hr
132.112
3208.715
0.157
1.078E-02
221.012
3562.006
MassFlow
kg/hr
3733.806
91301.657
6.914
0.302
6200.212
101242.891
VolumeFlow
cum/hr
327.367
7772.805
0.400
2.920E-02
569.254
9278.637
Temperature
℃
25.00
20.95
25.00
25.00
25.00
20.94
Pressure
bar
972.72
980
911.925
911.925
911.925
911.925
VaporFraction
Mole计
1
1
1
1
1
1
LiquidFraction
Mole计
0
0
0
0
0
0
SolidFraction
Mole计
0
0
0
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
2.925E+07
2.435E+07
-3.939E+08
-6.426E+04
5.212E+07
2.624E+07
MassEnthalpy
J/kg
1.035E+06
8.559E+05
-8.951E+06
-2.294E+03
1.858E+06
9.231E+05
EnthalpyFlow
kW
1.074E+03
2.171E+04
-1.719E+01
-1.924E-04
3.200E+03
2.596E+04
表3.1-2能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
25961.5888
25961.58882
-1.503E-09
2.M0102原料液混合器
表3.1-3进出物料表
IN
OUT
Units
RS103
S105
S106
S108
From
P0205
M0102
To
M0102
M0102
M0102
M0103
Phase:
LiquidPhase
LiquidPhase
LiquidPhase
LiquidPhase
MoleFlow
kmol/hr
446.386
214.535
12.379
673.300
MassFlow
kg/hr
26433.705
12883.385
223.013
39540.104
VolumeFlow
cum/hr
28.279
12.012
0.224
40.452
Temperature
℃
123.43
25.00
25.00
92.77
Pressure
bar
9.11925
9.11925
9.11925
9.11925
VaporFraction
Mole计
0
0
0
0
LiquidFraction
Mole计
1
1
1
1
SolidFraction
Mole计
0
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-4.669E+08
-4.831E+08
-2.858E+08
-4.687E+08
MassEnthalpy
J/kg
-7.884E+06
-8.045E+06
-1.587E+07
-7.981E+06
EnthalpyFlow
kW
-5.789E+04
-2.879E+04
-9.829E+02
-8.766E+04
表3.1-4能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
-87662.3475
-87662.3484
7.433E-09
3.E0101醋酸蒸发换热器
表3.1-5进出物料表
IN
OUT
Units
S109
S114
S110
S115
From
M0103
R0101
E0101
R0102
To
E0101
R0102
V0101
E0101
Phase:
VaporPhase
VaporPhase
MoleFlow
kmol/hr
4235.306
4237.966
4235.306
4236.641
MassFlow
kg/hr
140782.995
144357.024
140782.995
144357.024
VolumeFlow
cum/hr
9997.037
17944.562
14198.408
18037.401
Temperature
℃
46.10
156.17
120.00
85.18
Pressure
bar
9.11925
8.11925
9.11925
8.11925
VaporFraction
Mole计
0.83
1
1
1
LiquidFraction
Mole计
0.17
0
0
0
SolidFraction
Mole计
0
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-5.245E+07
-4.986E+07
-4.452E+07
-4.987E+07
MassEnthalpy
J/kg
-1.578E+06
-1.464E+06
-1.339E+06
-1.464E+06
EnthalpyFlow
kW
-6.170E+04
-5.869E+04
-5.238E+04
-5.869E+04
表3.1-6能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
-120391.7966
-120391.7966
0
4.R0101乙烯气相氧化反应器
表3.1-7进出物料表
IN
OUT
Units
S113
S501
S114
S502
From
E0102
M0501
R0101
R0101
To
R0101
R0101
R0102
V0501
Phase:
VaporPhase
LiquidPhase
VaporPhase
MoleFlow
kmol/hr
4346.999
1000.000
4237.966
1000.000
MassFlow
kg/hr
144357.024
18015.287
144357.024
18015.287
VolumeFlow
cum/hr
15975.555
20.729
17944.562
7025.877
Temperature
℃
150.00
144.85
154.21
144.85
Pressure
bar
9.11925
4.132216
8.11925
4.132216
VaporFraction
Mole计
1
0
1
0.86
LiquidFraction
Mole计
0
1
0
0.14
SolidFraction
Mole计
0
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-4.098E+07
-2.767E+08
-4.986E+07
-2.436E+08
MassEnthalpy
J/kg
-1.234E+06
-1.536E+07
-1.464E+06
-1.352E+07
EnthalpyFlow
kW
-4.948E+04
-7.687E+04
-5.869E+04
-6.767E+04
表3.1-8能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
-126356.9102
-126356.9097
-2.777E-09
3.2原料气和醋酸回收工段
1.V0201反应气体闪蒸罐
表3.2-1进出物料表
IN
OUT
Units
S201
S202A
S202B
From
E0103
V0201
V0201
To
V0201
C0201
M0202
Phase:
VaporPhase
LiquidPhase
MoleFlow
kmol/hr
4.24E+03
3.37E+03
8.62E+02
MassFlow
kg/hr
1.44E+05
9.80E+04
4.63E+04
VolumeFlow
cum/hr
9.91E+03
9.86E+03
4.59E+01
Temperature
℃
20.00
20.00
20.00
Pressure
bar
8.11925
8.11925
8.11925
VaporFraction
Mole计
0.80
1
0
LiquidFraction
Mole计
0.20
0
1
SolidFraction
Mole计
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-6.431E+07
2.084E+07
-3.977E+08
MassEnthalpy
J/kg
-1.888E+06
7.172E+05
-7.401E+06
EnthalpyFlow
kW
-7.569E+04
1.953E+04
-9.522E+04
表3.2-2能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
-75688.0003
-75688.0037
4.083E-08
2.C0201吸收塔进料气体压缩机
表3.2-3进出物料表
IN
OUT
Units
S202A
S203
From
V0201
C0201
To
C0201
E0201
Phase:
VaporPhase
VaporPhase
MoleFlow
kmol/hr
3374.620
3374.620
MassFlow
kg/hr
98039.302
98039.302
VolumeFlow
cum/hr
9861.221
8526.679
Temperature
℃
20.00
39.02
Pressure
bar
8.11925
10
VaporFraction
Mole计
1
1
LiquidFraction
Mole计
0
0
SolidFraction
Mole计
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
2.084E+07
2.154E+07
MassEnthalpy
J/kg
7.172E+05
7.416E+05
EnthalpyFlow
kW
1.953E+04
2.020E+04
表3.2-4能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
664.30714
19531.4492
20195.7564
-3.289E-02
3.V0202吸收塔进料闪蒸罐
表3.2-5进出物料表
IN
OUT
Units
S204
S205A
S205B
From
E0201
V202
V202
To
V202
T0201
M0202
Phase:
VaporPhase
LiquidPhase
MoleFlow
kmol/hr
3374.620
3372.137
2.484
MassFlow
kg/hr
98039.302
97896.522
142.780
VolumeFlow
cum/hr
7958.360
7958.218
0.143
Temperature
℃
20.00
20.00
20.00
Pressure
bar
10
10
10
VaporFraction
Mole计
0.9993
1
0
LiquidFraction
Mole计
0.0007
0
1
SolidFraction
Mole计
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
2.077E+07
2.107E+07
-3.915E+08
MassEnthalpy
J/kg
7.149E+05
7.259E+05
-6.810E+06
EnthalpyFlow
kW
1.947E+04
1.974E+04
-2.701E+02
表3.2-6能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
19469.4081
19469.4081
1.402E-09
4.T0201酸洗水洗塔
表3.2-7进出物料表
IN
OUT
Units
FL202
RS204
S205A
S213
S206A
S206B
From
M0201
V202
E0202
T0201
T0201
To
T0201
T0201
T0201
T0201
FS0203
VA0201
Phase:
Liquid
Phase
LiquidPhase
Vapor
Phase
Vapor
Phase
Liquid
Phase
Mole
Flow
kmol/hr
200
836.115
3372.137
5.483
3342.411
1071.324
Mass
Flow
kg/hr
3603.056
49507.886
97896.522
207.180
95105.892
56108.790
Volume
Flow
cum/hr
3.625
46.021
7958.218
11.978
8096.672
54.189
Temperature
℃
25.00
20.00
20.00
20.00
20.95
26.58
Pressure
bar
10
10
10
10
9.8
10
VaporFraction
Mole计
0
0
1
0.9264
1
0
LiquidFraction
Mole计
1
1
0
0.0736
0
1
SolidFraction
Mole计
0
0
0
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-2.858E+08
-4.797E+08
2.107E+07
-1.718E+08
2.435E+07
-4.383E+08
MassEnthalpy
J/kg
-1.587E+07
-8.102E+06
7.259E+05
-4.546E+06
8.559E+05
-8.369E+06
EnthalpyFlow
kW
-1.588E+04
-1.114E+05
1.974E+04
-2.616E+02
2.261E+04
-1.304E+05
表3.2-8能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
0
0
-107819.3930
-107819.4822
8.249E-07
冷凝器负荷（kW）
0
再沸器负荷（kW）
0
5.T0202脱气塔
表3.2-9进出物料表
IN
OUT
Units
S210
S211A
S211B
From
M0203
T0202
T0202
To
T0202
C0202
P0201
Phase:
VaporPhase
LiquidPhase
MoleFlow
kmol/hr
1935.828
5.483
1930.345
MassFlow
kg/hr
102569.292
207.180
102362.111
VolumeFlow
cum/hr
174.482
133.161
110.034
Temperature
℃
23.65
26.36
94.51
Pressure
bar
1.01325
1.01325
1.114575
VaporFraction
Mole计
0.0016
1
0
LiquidFraction
Mole计
0.9984
0
1
SolidFraction
Mole计
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-4.201E+08
-1.689E+08
-4.124E+08
MassEnthalpy
J/kg
-7.929E+06
-4.469E+06
-7.778E+06
EnthalpyFlow
kW
-2.259E+05
-2.572E+02
-2.212E+05
表3.2-10能量平衡计算表
Q（kW）
W（kW）
ΣHin（kW）
ΣHout（kW）
Error
4507.9315
0
-225919.1490
-221411.2172
-1.995E-02
冷凝器负荷（kW）
0
再沸器负荷（kW）
4507.9315
6.T0203醋酸分离回收塔
（1）T0203
表3.2-11进出物料表
IN
OUT
Units
FS201O
S214
V0204O
T203L
T203V
From
FS0201
P0201
V0204
T0203
T0203
To
T0203
T0203
T0203
P0202
E0205
Phase:
LiquidPhase
LiquidPhase
VaporPhase
LiquidPhase
VaporPhase
MoleFlow
kmol/hr
1055.023
1930.345
2873.960
4140.345
1718.983
MassFlow
kg/hr
86191.812
102362.112
167926.516
242918.363
113562.076
VolumeFlow
cum/hr
91.884
110.036
50751.035
259.805
46381.334
Temperature
℃
20
94.52
122.97
122.12
68.44
Pressure
bar
1.01325
1.4
1.21325
1.20525
1.01325
VaporFraction
Mole计
0
0
1
0
1
LiquidFraction
Mole计
1
1
0
1
0
SolidFraction
Mole计
0
0
0
0
0
MolarEnthalpy
J/kmol
-3.490E+08
-4.124E+08
-4.393E+08
-4.645E+08
-2.930E+08
MassEnthalpy
J/kg
-4.272E+06
-7.778E+06
-7.518E+06
-7.917E+06
-4.435E+06
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