物料与能量衡算说明书.doc

《物料与能量衡算说明书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物料与能量衡算说明书.doc（110页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、附录1 物料与能量衡算说明书1.1.1 环氧丙烷环氧化第一工段反应器R01001物料衡算丙烯、丙烷溶解在甲醇中与双氧水一起进入闪蒸罐提浓预热后进入R01001和R01002反应后经加料泵送入T0101和T0102精馏塔中进行粗提纯。R01001和R01002反应投料和反应条件相同。以R01001为例说明环氧丙烷环氧化第一工段反应器物料衡算如表1-1所示。环氧丙烷环氧化第一工段Aspend模拟示意图:图1-1 Aspend模拟示意图表1-1 环氧丙烷环氧化第一工段Aspend模拟图 C1-BOTC1-TOPFEED1R1-OUTSubstream: MIXED Solid Frac0.00 0.

2、00 0.00 0.00 Enthalpy kcal/mol-66.76 -21.34 -32.57 -38.05 Enthalpy kcal/kg-3377.22 -547.90 -1023.33 -1193.10 Enthalpy Gcal/hr-37.91 -20.81 -50.35 -58.70 Mole Flow kmol/hr C3H60.00 529.65 685.18 529.65 C3H80.00 42.40 42.40 42.40 C3H6O0.00 152.43 0.00 152.43 CH4O48.26 32.17 82.92 80.43 H2O509.93 218.5

3、4 573.55 728.47 H2O26.48 0.00 162.01 6.48 C4H10O22.49 0.00 0.00 2.49 C3H8O20.61 0.00 0.00 0.61 Mole Frac C3H60.00 0.54 0.44 0.34 C3H80.00 0.04 0.03 0.03 C3H6O0.00 0.16 0.00 0.10 CH4O0.08 0.03 0.05 0.05 H2O0.90 0.22 0.37 0.47 H2O20.01 0.00 0.10 0.00 C4H10O20.000.000.00 0.00 C3H8O20.00 0.00 0.00 0.00

4、Mass Flow kg/hr C3H60.00 22288.15 28832.96 22288.15 C3H80.00 1869.71 1869.71 1869.71 C3H6O0.00 8853.11 0.00 8853.11 CH4O1546.34 1030.89 2656.96 2577.23 H2O9186.46 3937.06 10332.63 13123.52 H2O2220.43 0.00 5510.74 220.43 C4H10O2224.27 0.00 0.00 224.27 C3H8O246.58 0.00 0.00 46.58 Mass Frac C3H60.00 0.

5、59 0.59 0.45 C3H80.00 0.05 0.04 0.04 C3H6O0.00 0.23 0.00 0.18 CH4O0.14 0.03 0.05 0.05 H2O0.82 0.10 0.21 0.27 H2O20.02 0.00 0.11 0.00 C4H10O20.02 0.00 0.00 0.00 C3H8O20.00 0.00 0.00 0.00 Total Flow kmol/hr567.77 975.20 1546.06 1542.96 Total Flow kg/hr11224.08 37978.92 49203.00 49203.00 Total Flow cum

6、/hr11.98 65.00 75.63 73.81 表1-2 环氧丙烷冷凝器出口物料表 C1-BOTC1-TOPFEED1R1-OUTSubstream: MIXED Solid Frac0.00 0.00 0.00 0.00 Enthalpy kcal/mol-66.76 -21.34 -32.57 -38.05 Enthalpy kcal/kg-3377.22 -547.90 -1023.33 -1193.10 Enthalpy Gcal/hr-37.91 -20.81 -50.35 -58.70 Mole Flow kmol/hr C3H60.00 529.65 685.18 529.

7、65 C3H80.00 42.40 42.40 42.40 C3H6O0.00 152.43 0.00 152.43 CH4O48.26 32.17 82.92 80.43 H2O509.93 218.54 573.55 728.47 H2O26.48 0.00 162.01 6.48 C4H10O22.49 0.00 0.00 2.49 C3H8O20.61 0.00 0.00 0.61 Mole Frac C3H60.00 0.54 0.44 0.34 C3H80.00 0.04 0.03 0.03 C3H6O0.00 0.16 0.00 0.10 CH4O0.08 0.03 0.05 0

8、.05 H2O0.90 0.22 0.37 0.47 H2O20.01 0.00 0.10 0.00 C4H10O20.000.000.00 0.00 C3H8O20.00 0.00 0.00 0.00 Mass Flow kg/hr C3H60.00 22288.15 28832.96 22288.15 C3H80.00 1869.71 1869.71 1869.71 C3H6O0.00 8853.11 0.00 8853.11 CH4O1546.34 1030.89 2656.96 2577.23 H2O9186.46 3937.06 10332.63 13123.52 H2O2220.4

9、3 0.00 5510.74 220.43 C4H10O2224.27 0.00 0.00 224.27 C3H8O246.58 0.00 0.00 46.58 Mass Frac C3H60.00 0.59 0.59 0.45 C3H80.00 0.05 0.04 0.04 C3H6O0.00 0.23 0.00 0.18 CH4O0.14 0.03 0.05 0.05 H2O0.82 0.10 0.21 0.27 H2O20.02 0.00 0.11 0.00 C4H10O20.02 0.00 0.00 0.00 C3H8O20.000.000.000.00Total Flow kmol/

10、hr567.77975.201546.061542.96Total Flow kg/hr11224.0837978.9249203.0049203.00Total Flow cum/hr11.9865.0075.6373.811.1.2 环氧丙烷环氧化第二工段反应器R01003物料衡算由T0101和T0102粗精馏后的双氧水和丙烯、丙烷作为原料进入R01003反应后产物经加料泵P0103送入环氧丙烷精馏塔精馏。物料衡算表如R01003物料衡算1-4表所示。环氧丙烷环氧化第二工段Aspend模拟示意图：图1-2 环氧丙烷环氧化第二工段Aspend模拟表1-4 R01003物料衡算C3-BOTC3

11、-TOPFEED3R3-OUTTemperature50.0050.0060.0050.00Pressure bar1.001.001.001.00Vapor Frac0.000.870.570.54Liquid Frac1.000.130.430.46Solid Frac0.000.000.000.00Substream:MIXEDMole Flow kmol/hrC3H60.00132.41171.30132.41C3H80.0010.6010.6010.60C3H6O0.0038.110.0038.11CH4O12.068.0420.7320.11H2O127.4854.63143.39

12、182.12H2O21.620.0040.501.62C4H10O20.620.000.000.62C3H8O20.150.000.000.15Mole FracC3H60.000.540.440.34C3H80.000.040.030.03C3H6O0.000.160.000.10CH4O0.080.030.050.05H2O0.900.220.370.4H2O20.010.000.100.00C4H10O20.000.000.000.00C3H8O20.000.000.000.00Mass Flow kg/hrC3H60.005572.047208.245572.04C3H80.00467

13、.43467.43467.43C3H6O0.002213.280.002213.28CH4O386.58257.72664.24644.31H2O2296.62984.262583.13280.88H2O255.110.001377.6855.11C4H10O256.070.000.0056.07C3H8O211.60.000.0011.65Mass FracC3H60.000.590.590.45C3H80.000.050.040.04C3H6O0.000.230.000.18CH4O0.140.030.050.05 H2O0.820.100.210.27H2O20.020.000.110.

14、00C4H10O20.020.000.000.00C3H8O20.000.000.000.00TotalF lowkmol/hr141.94243.80386.52385.74Total Flow kg/hr2806.029494.7312300.7512300.75Total Flow cum/hr3.005668.406107.655594.841.1.3 产品精馏塔T02002物料衡算经环氧化反应的产物经过T0101和T0102蒸馏塔粗精馏浓缩后经加料泵送入T201精馏塔精馏后送入产品精馏塔精馏得环氧丙烷质量分数为99%以上的环氧丙烷产品。精馏塔T02002物料衡算如表1-3所示。产品精

15、馏塔Aspend模拟示意图：图1-3 产品精馏塔示意图表1-5精馏塔T02002物料衡算DD1FWTemperature C25.00 25.00 60.00129.64Pressure bar0.800.804.008.28Vapor Frac0.001.000.000.00Liquid Frac1.000.001.001.00Solid Frac0.000.000.000.00Density kmol/cum14.150.0316.1120.29Substream: MIXEDMole Flow kmol/hrC3H63.270.323.590.00C3H80.300.020.320.00

16、C3H6O356.382.62361.602.59CH4O0.890.00228.69227.80H2O0.000.002.222.22Mole FracC3H60.010.110.010.00C3H80.000.010.000.00C3H6O0.990.880.610.01CH4O0.000.000.380.98H2O0.000.000.000.01Mass Flow kg/hrC3H6137.5713.66151.230.00C3H813.181.0914.270.00C3H6O20698.85152.1921001.52150.47CH4O28.590.057327.707299.07H

17、2O0.000.0039.9539.95Mass FracC3H60.010.080.010.00C3H80.000.010.000.00C3H6O0.990.910.740.02CH4O0.000.000.260.97H2O0.000.000.000.01Total Flow kmol/hr360.852.97596.42232.60Total Flow kg/hr20878.18167.0028534.677489.49Total Flow cum/hr25.5090.2537.0211.46Density kg/cum818.891.85770.69653.281.1.4 甲醇精馏塔T0

18、3001物料衡算经过相分离器将R03001双氧水分解器分解双氧水后的混合物把氢气和氧气与甲醇分离。将分离后的液相送入经加料泵送入T03001精馏提纯甲醇后去溶解混合丙烯成为原料进入闪蒸罐预热进入反应器反应。图1-4 甲醇精馏塔Aspend模拟示意图表1-6 甲醇精馏塔物料衡算DFWTemperature C63.4467.3099.22Pressure bar1.001.001.00Vapor Frac0.000.000.00Liquid Frac1.001.001.00Solid Frac0.000.000.00Enthalpy kcal/mol-55.80-59.93-66.92Entha

19、lpy kcal/kg-1719.97-2185.26-3695.09Enthalpy Gcal/hr-13.58-22.44-8.77Entropy cal/mol-K-54.74-47.53-35.03Entropy cal/gm-K-1.69-1.73-1.93Substream: MIXEDMole Flow kmol/hrC3H60.000.000.00C3H80.000.000.00C3H6O2.592.590.00CH4O239.72240.010.29H2O0.43131.04130.61H2O20.000.000.00C4H10O20.620.620.00C3H8O20.00

20、0.150.15O20.000.000.00MoleFracC3H60.000.000.00C3H80.000.000.00C3H6O0.010.010.00CH4O0.990.640.00H2O0.000.351.00H2O20.000.000.00C4H10O20.000.000.00C3H8O20.000.000.00O20.000.000.00Mass Flow kg/hrC3H60.000.000.00C3H80.000.000.00C3H6O150.47150.470.00CH4O7681.177690.359.17H2O7.782360.732352.95H2O20.000.00

21、0.00C4H10O255.8955.900.01C3H8O20.0011.1811.18O20.000.000.00Mass FracC3H60.000.000.00C3H80.000.000.00C3H6O0.020.010.00CH4O0.970.750.00H2O0.000.230.99H2O20.000.000.00C4H10O20.010.010.00C3H8O20.000.000.00O20.000.000.00Total Flow kmol/hr243.36374.41131.04Total Flow kg/hr7895.3210268.632373.31Total Flow

22、cum/hr10.5713.202.591.1.5 双氧水分解器R03001物料衡算经蒸馏塔T0103将反应器R01003生成的产物粗分离塔底混合液送入双氧水分解器R03001，双氧水分解后的产物送入相分离器R0304将分解后的氧气和甲醇分离，甲醇混合液送入甲醇回收精馏塔进行精馏提纯回收，氧气进入双氧水反应器R0401反应生成双氧水作为环氧丙烷的原料。双氧水分解器R03001器Aspend模拟示意图：图1-5 双氧水分解器R03001器Aspend模拟图表1-7 甲醇回收精馏塔物料衡算 C3-BOTR4-OUTWTemperature C50.00 50.00 130.00 Pressure

23、bar1.00 1.00 8.82 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 Liquid Frac1.00 1.00 1.00 Solid Frac0.00 0.00 0.00 Substream: MIXED Mole Flow kmol/hr C3H60.00 0.00 0.00 C3H80.00 0.00 0.00 C3H6O0.00 2.59 2.59 CH4O12.21 240.01 227.80 H2O127.21 131.04 2.22 H2O21.64 0.03 0.00 C4H10O20.62 0.62 0.00 C3H8O20.15 0.15 0.00 O20.0

24、0 0.81 0.00 Mole Frac C3H60.00 0.00 0.00 C3H80.00 0.00 0.00 C3H6O0.00 0.01 0.01 CH4O0.09 0.64 0.98 H2O0.90 0.35 0.01 H2O20.01 0.00 0.00 C4H10O20.00 0.00 0.00 C3H8O20.00 0.00 0.00 O20.00 0.00 0.00 Mass Flow kg/hr C3H60.00 0.00 0.00 C3H80.00 0.00 0.00 C3H6O0.00 150.47 150.47 CH4O391.28 7690.35 7299.07

25、 H2O2291.77 2360.73 39.95 H2O255.90 1.12 0.00 C4H10O255.90 55.90 0.00 C3H8O211.18 11.18 0.00 O20.00 25.77 0.00 Mass Frac C3H60.00 0.00 0.00 C3H80.00 0.00 0.00 C3H6O0.00 0.01 0.02 CH4O0.14 0.75 0.97 H2O0.82 0.23 0.01 H2O20.02 0.00 0.00 C4H10O20.02 0.01 0.00 C3H8O20.00 0.00 0.00 O20.00 0.00 0.00 Total

26、 Flow kmol/hr141.83 375.24 232.60 Total Flow kg/hr2806.02 10295.51 7489.49 Total Flow cum/hr2.95 15.50 11.47 1.2 能量衡算根据能量守恒定律：输入系统总的能量=输出系统的能量+系统积累的能量本厂主要设备有双氧水分解器、预制精馏塔、精制精馏塔、反应器、换热器、压缩机、泵、闪蒸器等。输入整个系统的能量主要有电能，加热剂带入的能量和进入物料的焓，本厂输出能量有冷却剂带走的能量和输出物料的焓。1、概述拟建一年30万吨环氧丙烷生产装置，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，

27、在发生质量传递的同时也伴随着能量的消耗、释放和转化。其中的能量变换数量关系可以从能量衡算求得，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。总之，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、热量衡算原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： 其中表示输入设备热量的总和；表示输出设备热量的总和；表示损失热量的总和。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。

28、 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，进而用于指导节能降耗设计工作。3、热量衡算任务在进行环氧丙烷生产装置的热量衡算中，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、反应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）提高热量内部集成度

29、，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗；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。1.2.1 环氧丙烷环氧化第一工段能量衡算表1-8 反应器R01001能量衡算精馏塔底混合液精馏塔顶混合物反应器进口原料反应器出口产物Temperature C50505050Pressure bar13131313Vapor Frac0000Liquid Frac1111Solid Frac0000Enthalpy kcal/mol-66.763727-21.337778-32.567315-38.04650Enthalpy kcal/kg-3377.2233-547.89646-

30、1023.3346-1193.104Enthalpy Gcal/hr-37.906222-20.808516-50.351134-58.70434Entropy cal/mol-K-39.261405-48.601706-43.323417-44.58455Entropy cal/gm-K-1.9860265-1.2479604-1.3613144-1.3981321.2.2 环氧丙烷环氧化第二工段能量衡算表1-9 反应器R01003能量衡算 C3-BOTC3-TOPFEED3R3-OUTTemperature C50506050Pressure bar1111Vapor Frac00.865

31、253530.570133640.5394553Liquid Frac10.134746470.429866350.4605447Solid Frac0000Enthalpy kcal/mol-66.763727-17.467161-30.02946-35.592321Enthalpy kcal/kg-3377.2233-448.5095-943.5898-1116.1438Enthalpy Gcal/hr-9.4765554-4.2584767-11.606862-13.729407Entropy cal/mol-K-39.261405-33.491916-33.707573-35.5231

32、35Entropy cal/gm-K-1.9860265-0.8599819-1.059164-1.11397421.2.3 产品精馏塔能量衡算表1-9 精馏塔T02002能量衡算Temperature C252560129.64399Pressure bar0.80.848.28Vapor Frac0100Liquid Frac1011Solid Frac0000Enthalpy kcal/mol-28.909148-19.47302-38.75989-53.93784Enthalpy kcal/kg-499.64712-346.4849-810.1441-1675.168Enthalpy

33、Gcal/hr-10.431725-0.057861-23.11719-12.54615Entropy cal/mol-K-75.032727-50.33599-63.71631-49.56773Entropy cal/gm-K-1.2968174-0.895632-1.331773-1.5394441.2.4 甲醇精馏塔能量衡算表1-10 精馏塔T03001能量衡算 塔顶产品产品流量进料流量塔底釜液Temperature C63.44 67.30 99.22 Pressure bar1.00 1.00 1.00 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 Liquid Frac1.00

34、 1.00 1.00 Solid Frac0.00 0.00 0.00 Enthalpy kcal/mol-55.80 -59.93 -66.92 Enthalpy kcal/kg-1719.97 -2185.26 -3695.09 Enthalpy Gcal/hr-13.58 -22.44 -8.77 Entropy cal/mol-K-54.74 -47.53 -35.03 Entropy cal/gm-K-1.69 -1.73 -1.93 1.2.5 双氧水分解器R03001能量衡算表1-11 反应器R0401能量衡算参数 蒸馏器底部混合物分解器出口产品原料进料流量Temperature

35、 50.00 50.00 130.00 Pressure bar1.00 1.00 8.82 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 Liquid Frac1.00 1.00 1.00 Solid Frac0.00 0.00 0.00 Enthalpy kcal/mol-66.691809-60.124254-53.926888Enthalpy kcal/kg-3371.0337-2191.3669-1674.8284Enthalpy Gcal/hr-9.459188-22.56124-12.543611Entropy cal/mol-K-39.009993-48.062187-49

36、.543495Entropy cal/gm-K-1.9718164-1.7517371-1.5386917附录2 塔设备设计说明书2.1 反应器R01001设计2.1.1 概述在完成了全流程模拟的基础之上，我们得到了塔设备设计所需要的最基本的数据。基于这些数据，在满足工艺要求的条件下，充分考虑到设备的固定投资费用及操作费用，我们进行了塔设备的选型、设计和校核等工作。我们对环氧丙烷环氧化反应器做出了详细的设计并编写了设计说明书。设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。工艺参数设计对该塔的生产能力、吸收效果、物料和能量等操作参数作了模拟，基本参数设计则完成了塔尺寸、塔壁厚、塔类型及开孔形

37、式等的设计，机械设计则完成了塔设备的封头、开口、支座、基和地震载荷等等的设计，同时完成了机械性能的校核的设计，同时完成了械性能的校核。2.1.2 设计要求环氧丙烷环氧化是生成环氧丙烷产品最重要的环节，直接决定了环氧丙烷的产量。双氧水环氧化丙烯生成环氧丙烷，具有较高经济价值的和符合环境友好型化工产品生产，降低环境污染，同时提高环氧丙烷的转化率。降低产品成本，在设计此塔时，考虑到应满足以下基本要求：（1）在给定的反应条件下达最大的转化率；（2）发电成本可容许上浮30%；（3）原料与催化剂充分接触，实现更快的反应速率；（4）生产能力大，即原料处理能力大；（5）操作稳定，操作弹性大；（6）流体流动阻力

38、小，流体通过塔设备的压降大；（7）耐腐蚀性、表面润湿性能好；（8）结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以降低设备投资，同时尽可能降低操作费用；2.1.3 反应器的选型固定床反应器和流化床反应器的比较是个复杂的问题，涉及的因素很多，难以用比较简便的方法明确地作对比。表2-1 固定床、流化床反应器的比较反应器固定床流化床定义气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置流体（气体或液体）以较高流速通过床层，带动床内固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应，具有类似流体流动的一些特性的装置特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器；床层温度分布不均匀； 床层导热性较差； 对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间传热面积大、传热系数高、传热效果好。进料、出料、废渣排放用气流输送，易于实现自动化生产；物料返混大，粒子磨损严重；要有回收和集尘装置；内构件复杂；操作要求高等应用主要用于气固相催化反应应用广泛，催化或非催化的气固、液固和气液固反应固定床：一、 凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的