化工设计竞赛附录2热量平衡计算书0002.docx

1、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

2、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 = Hout - Hin 其中， 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。 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，

3、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

4、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INOUTUnitsRS101RS102S101S102S103S107FromV0301FS0203M0101ToM0101M0101M0101M0101M0101M0103Phase:VaporPhaseVaporPhaseVaporPhaseVaporPhaseVaporPhaseVapor PhaseMole Flowkmol/hr132.1123208.7150.1571.078E-02221.0123562.006Mass Flowkg/hr3733.80691301.6576.9140.3026200.

5、212101242.891Volume Flowcum/hr327.3677772.8050.4002.920E-02569.2549278.637Temperature25.0020.9525.0025.0025.0020.94Pressurebar972.72980911.925911.925911.925911.925Vapor FractionMole计111111Liquid FractionMole计000000Solid FractionMole计000000Molar EnthalpyJ/kmol2.925E+072.435E+07-3.939E+08-6.426E+045.2

6、12E+072.624E+07Mass EnthalpyJ/kg1.035E+068.559E+05-8.951E+06-2.294E+031.858E+069.231E+05Enthalpy FlowkW1.074E+032.171E+04-1.719E+01-1.924E-043.200E+032.596E+04表3.1-2 能量平衡计算表Q(kW)W(kW)Hin(kW)Hout(kW)Error0025961.588825961.58882-1.503E-092. M0102 原料液混合器 表3.1-3 进出物料表INOUTUnitsRS103S105S106S108FromP0205

7、M0102ToM0102M0102M0102M0103Phase:Liquid PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseMole Flowkmol/hr446.386214.53512.379673.300Mass Flowkg/hr26433.70512883.385223.01339540.104Volume Flowcum/hr28.27912.0120.22440.452Temperature123.4325.0025.0092.77Pressurebar9.119259.119259.119259.11925Vapor FractionMol

8、e计0000Liquid FractionMole计1111Solid FractionMole计0000Molar EnthalpyJ/kmol-4.669E+08-4.831E+08-2.858E+08-4.687E+08Mass EnthalpyJ/kg-7.884E+06-8.045E+06-1.587E+07-7.981E+06Enthalpy FlowkW-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)Hin(kW)Hout(kW)Error00-87662.3475-87662.34847.433E-

9、093. E0101 醋酸蒸发换热器表3.1-5 进出物料表INOUTUnitsS109S114S110S115FromM0103R0101E0101R0102ToE0101R0102V0101E0101Phase:Vapor PhaseVapor PhaseMole Flowkmol/hr4235.3064237.9664235.3064236.641Mass Flowkg/hr140782.995144357.024140782.995144357.024Volume Flowcum/hr9997.03717944.56214198.40818037.401Temperature46.10

10、156.17120.0085.18Pressurebar9.119258.119259.119258.11925Vapor FractionMole计0.83111Liquid FractionMole计0.17000Solid FractionMole计0000Molar EnthalpyJ/kmol-5.245E+07-4.986E+07-4.452E+07-4.987E+07Mass EnthalpyJ/kg-1.578E+06-1.464E+06-1.339E+06-1.464E+06Enthalpy FlowkW-6.170E+04-5.869E+04-5.238E+04-5.869

11、E+04表3.1-6 能量平衡计算表Q(kW)W(kW)Hin(kW)Hout(kW)Error00-120391.7966-120391.796604. R0101 乙烯气相氧化反应器表3.1-7 进出物料表INOUTUnitsS113S501S114S502FromE0102M0501R0101R0101ToR0101R0101R0102V0501Phase:Vapor PhaseLiquid PhaseVapor PhaseMole Flowkmol/hr4346.9991000.0004237.9661000.000Mass Flowkg/hr144357.02418015.28714

12、4357.02418015.287Volume Flowcum/hr15975.55520.72917944.5627025.877Temperature150.00144.85154.21144.85Pressurebar9.119254.1322168.119254.132216Vapor FractionMole计1010.86Liquid FractionMole计0100.14Solid FractionMole计0000Molar EnthalpyJ/kmol-4.098E+07-2.767E+08-4.986E+07-2.436E+08Mass EnthalpyJ/kg-1.23

13、4E+06-1.536E+07-1.464E+06-1.352E+07Enthalpy FlowkW-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)Hin(kW)Hout(kW)Error00-126356.9102-126356.9097-2.777E-093.2 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INOUTUnitsS201S202AS202BFromE0103V0201V0201ToV0201C0201M0202Phase:Vapor PhaseLiquid Phas

14、eMole Flowkmol/hr4.24E+033.37E+038.62E+02Mass Flowkg/hr1.44E+059.80E+044.63E+04Volume Flowcum/hr9.91E+039.86E+034.59E+01Temperature20.0020.0020.00Pressurebar8.119258.119258.11925Vapor FractionMole计0.8010Liquid FractionMole计0.2001Solid FractionMole计000Molar EnthalpyJ/kmol-6.431E+072.084E+07-3.977E+08

15、Mass EnthalpyJ/kg-1.888E+067.172E+05-7.401E+06Enthalpy FlowkW-7.569E+041.953E+04-9.522E+04表3.2-2 能量平衡计算表Q(kW)W(kW)Hin(kW)Hout(kW)Error00-75688.0003-75688.00374.083E-082. C0201 吸收塔进料气体压缩机表3.2-3 进出物料表INOUTUnitsS202AS203FromV0201C0201ToC0201E0201Phase:Vapor PhaseVapor PhaseMole Flowkmol/hr3374.6203374.

16、620Mass Flowkg/hr98039.30298039.302Volume Flowcum/hr9861.2218526.679Temperature20.0039.02Pressurebar8.1192510Vapor FractionMole计11Liquid FractionMole计00Solid FractionMole计00Molar EnthalpyJ/kmol2.084E+072.154E+07Mass EnthalpyJ/kg7.172E+057.416E+05Enthalpy FlowkW1.953E+042.020E+04表3.2-4 能量平衡计算表Q(kW)W(

17、kW)Hin(kW)Hout(kW)Error0664.3071419531.449220195.7564-3.289E-023. V0202 吸收塔进料闪蒸罐表3.2-5 进出物料表INOUTUnitsS204S205AS205BFromE0201V202V202ToV202T0201M0202Phase:Vapor PhaseLiquid PhaseMole Flowkmol/hr3374.6203372.1372.484Mass Flowkg/hr98039.30297896.522142.780Volume Flowcum/hr7958.3607958.2180.143Temperat

18、ure20.0020.0020.00Pressurebar101010Vapor FractionMole计0.999310Liquid FractionMole计0.000701Solid FractionMole计000Molar EnthalpyJ/kmol2.077E+072.107E+07-3.915E+08Mass EnthalpyJ/kg7.149E+057.259E+05-6.810E+06Enthalpy FlowkW1.947E+041.974E+04-2.701E+02表3.2-6能量平衡计算表Q(kW)W(kW)Hin(kW)Hout(kW)Error0019469.4

19、08119469.40811.402E-094. T0201 酸洗水洗塔表3.2-7 进出物料表INOUTUnitsFL202RS204S205AS213S206AS206BFromM0201V202E0202T0201T0201ToT0201T0201T0201T0201FS0203VA0201Phase:LiquidPhaseLiquid PhaseVaporPhaseVaporPhaseLiquidPhaseMoleFlowkmol/hr200836.1153372.1375.4833342.4111071.324MassFlowkg/hr3603.05649507.88697896.5

20、22207.18095105.89256108.790VolumeFlowcum/hr3.62546.0217958.21811.9788096.67254.189Temperature25.0020.0020.0020.0020.9526.58Pressurebar101010109.810Vapor FractionMole计0010.926410Liquid FractionMole计1100.073601Solid FractionMole计000000Molar EnthalpyJ/kmol-2.858E+08-4.797E+082.107E+07-1.718E+082.435E+0

21、7-4.383E+08Mass EnthalpyJ/kg-1.587E+07-8.102E+067.259E+05-4.546E+068.559E+05-8.369E+06Enthalpy FlowkW-1.588E+04-1.114E+051.974E+04-2.616E+022.261E+04-1.304E+05表3.2-8 能量平衡计算表Q(kW)W(kW)Hin(kW)Hout(kW)Error00-107819.3930-107819.48228.249E-07冷凝器负荷（kW）0再沸器负荷（kW）05. T0202 脱气塔表3.2-9 进出物料表INOUTUnitsS210S211

22、AS211BFromM0203T0202T0202ToT0202C0202P0201Phase:Vapor PhaseLiquid PhaseMole Flowkmol/hr1935.8285.4831930.345Mass Flowkg/hr102569.292207.180102362.111Volume Flowcum/hr174.482133.161110.034Temperature23.6526.3694.51Pressurebar1.013251.013251.114575Vapor FractionMole计0.001610Liquid FractionMole计0.99840

23、1Solid FractionMole计000Molar EnthalpyJ/kmol-4.201E+08-1.689E+08-4.124E+08Mass EnthalpyJ/kg-7.929E+06-4.469E+06-7.778E+06Enthalpy FlowkW-2.259E+05-2.572E+02-2.212E+05表3.2-10 能量平衡计算表Q(kW)W(kW)Hin(kW)Hout(kW)Error4507.93150-225919.1490-221411.2172-1.995E-02冷凝器负荷（kW）0再沸器负荷（kW）4507.93156. T0203 醋酸分离回收塔（1

24、）T0203表3.2-11 进出物料表INOUTUnitsFS201OS214V0204OT203LT203VFromFS0201P0201V0204T0203T0203ToT0203T0203T0203P0202E0205Phase:Liquid PhaseLiquid PhaseVapor PhaseLiquid PhaseVapor PhaseMole Flowkmol/hr1055.0231930.3452873.9604140.3451718.983Mass Flowkg/hr86191.812102362.112167926.516242918.363113562.076Volum

25、e Flowcum/hr91.884110.03650751.035259.80546381.334Temperature2094.52122.97122.1268.44Pressurebar1.013251.41.213251.205251.01325Vapor FractionMole计00101Liquid FractionMole计11010Solid FractionMole计00000Molar EnthalpyJ/kmol-3.490E+08-4.124E+08-4.393E+08-4.645E+08-2.930E+08Mass EnthalpyJ/kg-4.272E+06-7.778E+06-7.518E+06-7.917E+06-4.435E+06En